Dimensionarea unui Evaporator

1. Referat de literatură

1.1 Vaporizarea

Prin vaporizare sau evaporare se înţelege operaţia prin care un lichid este transformat în vapori. De obicei vaporizarea se face cu aport de căldură exterior; o vaporizare partială se poate face şi prin micşorarea presiunii. Cȃnd vaporizarea are loc la temperatura de fierbere, operaţia se numește fierbere. In sens restrȃns, termenul de vaporizare se folosește cȃnd transformarea lichidului in vapori se face la o teperatură inferioară punctului de fierbere.

Teoria cinetică explică vaporizarea în felul următor: prin încălzire, moleculelele lichidului îşi măresc energia, moleculele cu energie mai mare pot învinge forţele de atracţie ale moleculelor vecine de lichid şi trec în faza gazoasă; cu creşterea temperaturii, creşte şi numărul moleculelor cu energii capabile să învingă forţele de coeziune. Pe de altă parte, din faza gazoasă moleculele cu energii mai mici trec în fază lichidă, condensȃndu-se. Sistemul lichid-vapori atinge o stare de echilibru, macroscopic, caracterizat printr-o concentraţie a vaporilor – sau o presiune parțială – a cărei valoare depinde de natura substanţei şi de temperatură. Cȃnd presiunea parțială a vaporilor devine egală cu presiunea (totală) sub care se găseşte lichidul, se produce fierberea. Dacă vaporii nu sunt evacuate, presiunea şi temperatura lichidului cresc; dacă vaporii sunt evacuate, se stabileşte – pentru lichidele unare (pure) – o presiune şi o temperatură corespunzătoare, rezultate din debitul de formare a vaporilor şi debitul evacuării lor.

Căldura necesară vaporizării poate fi furnizată prin contactul direct între lichidul de vaporizat şi aerul cald sau gazele de ardere ori prin încălzirea indirectă de la un focar sau un purtător de căldură (de obicei, abur).

La primul caz, gazele au rolul de a furniza căldura necesară vaporizării şi de a lua cu ele vaporii rezultaţi, faza gazoasă este formată din doi componenţi: gazul şi vaporii; vaporizarea se face la o temperatură inferioară punctului de fierbere. Contactul între lichid şi gazele calde se face: a) prin expunerea lichidului la acţiunea aerului atmosferic, b) prin trecerea (forţată) a aerului sau a gazelor de ardere paralel cu suprafaţa lichidului aflat în recipient largi (tăvi), c) prin barbotarea gazelor prin lichidul de vaporizat, d) prin pulverizarea lichidului în aer sau într-un turn prin care circulă aerul sau gazele de ardere. Vaporizarea este efectul difuziunii moleculelor de lichid în gazul de încălzire, tinzȃnd către saturarea gazului cu vaporii lichidului.

In al doilea caz, vaporizarea se face la fierbere, sub presiune subatmosferică (la vid), atmosferică (în recipient deschise) sau supraatmosferică.

In industria de prelucrare, vaporizarea are aplicaţii numeroase şi importante, de exemplu: concentrarea soluţiilor de săruri procedȃnd simultan cu cristalizarea, concentrarea soluţiilor de hidroxid de sodiu, concentrarea soluţiilor de tananţi, concentrarea siropului de zahăr ş.a. aproape totdeauna trecerea unui produs din stare de soluţie în stare lichidă implică una sau mai multe operaţii de vaporizare. Ca aplicaţii secundare, pentru scopul urmărit aici, trebuie menţionate producerea aburului şi a apei distillate.

1.2 Factorii care influenţează vaporizarea

1.2.1 Presiunea de vapori şi teperatura de fierbere a soluţiei

Substanţele solide micşorează presiunea de vapori a solventului în care sunt dizolvate; ca urmare, soluţiile substanţelor solide fierb la temperature mai mari decȃt solventul pur, la aceeaşi presiune. Pentru protejarea instalaţiilor de vaporizare este necesar să se cunoască presiunile de vapori ale soluţiilor de diferite concentraţii şi teperaturile lor de fierbere.

1.2.2 Presiunea hidrostatică în vaporizatoare

Cȃnd fierberea unui lichid se face în strat gros, presiunea hidrostatică a lichidului se adaugă presiunii de la suprafaţa lichidului, cu efectul ca lichidul va fierbe la temperature mai înaltecu cȃt porţiunea considerată se găseşte la adȃncime mai mare. Diferenţele dintre temperatura de fierbere a lichidului de la suprafaţa şi de la fundul evaporatorului sunt mai mari, cu cȃt presiunea cu care se face fierberea este mai joasă.