ODPARKA

Zadání

V jednočlenné odparce se zahušťuje 1500 kg za hodinu roztoku NaOH z počáteční koncentrace 10 hmotn.% na konečnou koncentraci 30 hm.%. Roztok vstupuje do odparky při teplotě 30°C, tlak v odparce je 0,1013 MPa a ztráty tepla do okolí jsou zanedbatelné.
Určete spotřebu topné páry o teplotě 130°C, jestliže se kondenzát odvádí při teplotě kondenzace a plochu odparky, je-li koeficient prostupu tepla k = 2500W/m²K. 

m_R0 = 1500 kg
w_R0 = 0,1
w_R1 = 0,3
t_R0 = 30°C
t_páry = 130°C
p_{v odparce} = 0,1013 MPa
k = 2500 W m^-2  K ^-1

Řešení

Pomocí hmotnostních bilancí odparky dopočítáme hmotnost vystupujícího roztoku m_R1 a brýdových par m_B, které potřebujeme do entalpické bilance.

mR0 = mR1 + mB

celková bilance(A)

wR0 mR0 = wR1mR1

bilance rozpuštěné složky (B)

Entalpická bilance

mR0 hR0 +  = mR1 hR1 + mB hB

(C)

kde h_R0 je měrná entalpie vstupujícího roztoku, h_R1 je měrná entalpie vystupujícího roztoku a h_B je měrná entalpie brýdových par při tlaku v odparce a  je teplo dodané topnou parou.

Odparka je považována za ideální mísič, takže složení i teplota uvnitř odparky jsou stejné jako ty ve vystupujícím proudu.
Potřebujeme najít teplotu varu roztoku t_R1 s hmotnostním zlomkem w_R1.

tR1 = tV + Dte

(D)

kde t_V je teplota varu vody při tlaku v odparce a D t_e je ebulioskopické zvýšení bodu varu, jeho hodnotu pro daný roztok nalezneme v tabulkách.
Při výpočtech všech měrných entalpií volíme teplotu standardního stavu 0°C.
Měrnou entalpii vstupujícího roztoku h_R0 vypočítáme

hR0 = tR0 (wR0 cpNaOH0 + (1 - wR0) cpvoda0) + wR0DhR0

(E)

 Měrnou entalpii vystupujícího roztoku h_R1 vypočítáme

hR0 = tR1 (wR1 cpNaOH1 + (1 - wR1) cpvoda1) + wR1DhR1

(F)

kde t_R je teplota varu daného roztoku, c_pNaOH je měrná tepelná kapacita rozpuštěné látky, c_pvoda je měrná tepelná kapacita vody při teplotě  t_R / 2 a Dh_R je integrální rozpouštěcí teplo.
Hodnoty c_p a D h_R nalezneme v tabulkách.
Měrnou entalpii brýdových par nalezneme v tabulkách pro sytou vodní páru při tlaku v odparce.
Všechny takto získané hodnoty dosadíme do entalpické bilance (C) a získáme teplo dodané do odparky .
Z entalpické bilance odparky získáme množství topné páry, které je potřebí dodat do vařáku.

= Dhv

(G)

kde  je množství topné páry a Dh_v je výparné teplo syté vodní páry, které pro zadanou teplotu nalezneme v tabulkách.
Plochu odparky A vypočítáme ze vztahu

= k A (tP - tR1)

(H)

kde k je koeficient prostupu tepla, t_P je teplota topné páry a  je teplo dodané do vařáku ve Wattech.

Zdrojový text