Проектирование трехкорпусной выпарной установки для концентрирования раствора NaOH: Комплексный инженерный расчет и оптимизация

В современном химическом производстве, где эффективность и экономия ресурсов играют ключевую роль, процесс выпаривания занимает одно из центральных мест. Ежегодно промышленные предприятия по всему миру инвестируют миллиарды долларов в разработку и оптимизацию выпарных технологий, стремясь снизить энергопопотребление и повысить производительность. Например, в пищевой промышленности, при производстве сахара или молока, снижение температуры кипения за счет вакуумирования позволяет сохранить качество термолабильных продуктов, что является критически важным аспектом. Проектирование выпарных установок — это сложный, многогранный процесс, требующий глубоких знаний в области тепломассообмена, термодинамики и инженерного конструирования, поскольку каждая ошибка на этапе проектирования может обернуться многомиллионными потерями и снижением конкурентоспособности.

Настоящая работа посвящена комплексному проектированию трехкорпусной выпарной установки непрямого действия, предназначенной для концентрирования водного раствора гидроксида натрия (NaOH). Целью данного курсового проекта является всестороннее понимание, проектирование и выполнение инженерных расчетов такой установки. Это включает в себя изучение теоретических основ процесса выпаривания, разработку материальных и тепловых балансов для каждого корпуса, расчеты основного и вспомогательного оборудования, а также учет специфических свойств раствора NaOH. В рамках данного исследования будут рассмотрены принципы выбора оптимальной технологической схемы, методы интенсификации процесса и стратегии снижения энергозатрат, а также требования к материалам конструкции и безопасности при работе с агрессивными средами. Полученные знания и навыки станут фундаментальной основой для будущих инженеров-химиков и специалистов по процессам и аппаратам химической технологии.

Теоретические основы процесса выпаривания и классификация установок

История промышленного выпаривания уходит корнями в глубокую древность, когда для концентрирования солевых растворов использовали открытые чаны, нагреваемые на огне. С появлением паровых машин и развитием термодинамики, процесс стал более наукоемким, что привело к созданию многокорпусных установок, способных многократно использовать теплоту пара. Современные выпарные установки — это сложные инженерные комплексы, в основе которых лежат фундаментальные физико-химические принципы.

Сущность и назначение процесса выпаривания

Выпаривание — это ключевой технологический процесс, направленный на концентрирование растворов твердых нелетучих или малолетучих веществ путем удаления летучего растворителя (обычно воды) в виде пара. В отличие от дистилляции, целью которой является разделение жидких смесей на компоненты с различными температурами кипения, выпаривание сконцентрировано на увеличении массовой доли растворенного вещества, оставляя его в жидкой фазе, что позволяет значительно сократить объем продукта для транспортировки или дальнейшей переработки.

Центральной фигурой в этом процессе является греющий, или первичный, пар. Как правило, это насыщенный или перегретый водяной пар, поступающий из котлов, отработанный пар турбин или пар промежуточного отбора. Он отдает свою теплоту раствору, вызывая его кипение. Образующийся при кипении раствора пар, состоящий преимущественно из растворителя, называется вторичным паром. Именно вторичный пар становится ключевым элементом энергоэффективности в многокорпусных установках, где его теплота используется для обогрева последующих корпусов.

Процесс выпаривания может проводиться в различных условиях давления:

• При атмосферном давлении: Простейший вариант, но не всегда оптимальный, особенно для термолабильных продуктов.
• При повышенном давлении: Применяется для получения высокотемпературного вторичного пара, который может быть использован для других технологических нужд.
• Под вакуумом: Этот режим является наиболее распространенным и предпочтительным в современной промышленности. Его главное преимущество — значительное снижение температуры кипения раствора. Это критически важно для термолабильных продуктов, таких как сахар или молоко, которые при высоких температурах могут разлагаться, менять цвет или вкус. Кроме того, снижение температуры кипения позволяет увеличить полезную разность температур в многокорпусных установках, что повышает общую эффективность процесса.

Классификация выпарных установок и аппаратов

Многообразие промышленных задач и свойств обрабатываемых растворов привело к созданию широкого спектра выпарных установок и аппаратов, которые классифицируются по различным признакам:

1. По принципу работы:
   • Периодические: Загрузка, выпаривание и выгрузка продукта происходят циклами. Применяются для небольших объемов или специфических продуктов.
   • Непрерывные: Подача раствора и отвод продукта осуществляются непрерывно, что обеспечивает высокую производительность и стабильность процесса.
2. По давлению в аппарате:
   • Избыточное давление: Используется, когда требуется получить вторичный пар с высокой температурой для дальнейшего использования.
   • Атмосферное давление: Простейшие установки, но имеют ограниченное применение.
   • Вакуум: Наиболее распространенный тип, позволяющий снижать температуру кипения, что важно для термолабильных растворов или при использовании низкотемпературного греющего пара.
3. По способу организации кипения:
   • Кипение в зоне теплообмена (в трубах): Жидкость кипит непосредственно в нагревательных трубах.
   • Адиабатное испарение: Раствор нагревается выше температуры кипения, а затем подается в пространство с пониженным давлением, где происходит мгновенное испарение.
   • Непосредственный контакт с теплоносителем: Редкий способ, когда теплоноситель напрямую контактирует с раствором.
4. По агрегатному состоянию теплоносителя: Чаще всего используется конденсирующийся пар.
5. По типу циркуляции раствора: Этот критерий является одним из наиболее важных, так как определяет конструкцию аппарата и его применимость:
   • С естественной циркуляцией: Движение раствора происходит за счет разности плотностей парожидкостной смеси в подъемных трубах и столба жидкости в опускных трубах. Могут быть с кипением в зоне нагрева (в трубах) или с вынесенной зоной кипения. Скорость циркуляции относительно невысока (0,3-0,8 м/с), что ограничивает коэффициенты теплопередачи и не подходит для высоковязких растворов.
   • С принудительной циркуляцией: Раствор активно перекачивается насосом через нагревательные трубы, что обеспечивает высокие скорости движения (до 3-5 м/с) и, как следствие, высокие коэффициенты теплопередачи. Идеально подходят для высоковязких, кристаллизующихся или склонных к образованию накипи растворов.
   • Пленочные аппараты: Раствор распределяется по нагреваемой поверхности тонкой пленкой. Могут быть с падающей или восходящей пленкой. Характеризуются высокой интенсивностью теплообмена, малым временем контакта продукта с нагреваемой поверхностью, что делает их незаменимыми для термолабильных и вспенивающихся растворов.

Выбор типа выпарного аппарата в зависимости от свойств раствора

Выбор конкретного типа выпарного аппарата — это компромисс между технологическими требованиями, экономическими показателями и, главное, физико-химическими свойствами обрабатываемого раствора. Раствор NaOH обладает рядом специфических характеристик, которые необходимо учитывать:

• Вязкость: По мере концентрирования раствора NaOH его вязкость значительно увеличивается. Высокая вязкость затрудняет естественную циркуляцию и снижает коэффициент теплопередачи. Для таких растворов предпочтительны аппараты с принудительной циркуляцией или пленочные аппараты, где пленка раствора поддерживается насосом.
• Термостойкость: Растворы NaOH не являются термолабильными в классическом понимании (как, например, сахар), но высокие температуры могут ускорять коррозию оборудования. Тем не менее, для получения высококонцентрированного продукта, возможно, потребуется работа при повышенных температурах.
• Склонность к кристаллизации: При достижении высоких концентраций или при определенных температурных режимах NaOH может кристаллизоваться. Это требует аппаратов, способных эффективно работать с суспензиями, например, аппаратов с вынесенной зоной кипения и принудительной циркуляцией, которые обеспечивают высокую скорость потока и препятствуют отложению кристаллов на поверхности теплообмена.
• Образование накипи: Хотя NaOH является сильным основанием и сам по себе не образует накипи, наличие примесей в воде или в исходном растворе может привести к ее образованию. Аппараты с принудительной циркуляцией и высокой скоростью потока снижают риск образования накипи.
• Коррозионная активность: Растворы NaOH, особенно горячие и концентрированные, являются агрессивными и требуют использования коррозионностойких материалов, что существенно влияет на выбор конструкции и стоимость аппарата.

Учитывая эти факторы, для концентрирования водного раствора NaOH, особенно до высоких концентраций, наиболее эффективными будут выпарные аппараты с принудительной циркуляцией или пленочные аппараты (восходящей или падающей пленки). Аппараты с вынесенной зоной кипения также являются хорошим выбором, так как они позволяют эффективно работать с кристаллизующимися растворами и обеспечивают высокие коэффициенты теплопередачи. Выбор конкретного типа в рамках курсового проекта должен быть обоснован с учетом заданных параметров процесса и концентрации продукта.

Схемы многокорпусных выпарных установок и принципы энергоэффективности

Одним из наиболее значимых достижений в технологии выпаривания стало изобретение многокорпусных установок. Этот подход произвел революцию в энергосбережении, позволяя многократно использовать тепловую энергию, которая в однокорпусных системах просто терялась бы.

Принцип работы многокорпусной выпарной установки

Суть многокорпусной выпарной установки заключается в каскадном использовании вторичного пара. В отличие от однокорпусной установки, где вторичный пар после конденсации выбрасывается или используется в других целях, в многокорпусной системе он становится греющим паром для следующего корпуса. Этот принцип основан на создании ступенчатого падения давления и, соответственно, температуры кипения раствора от первого корпуса к последнему.

Представьте себе, что греющий пар, поступающий в первый корпус, конденсируется, отдавая тепло раствору. Образовавшийся при кипении раствора вторичный пар из первого корпуса подается в межтрубное пространство второго корпуса, где он конденсируется, нагревая раствор второго корпуса. Аналогично, вторичный пар из второго корпуса обогревает третий, и так далее. Последний корпус обычно работает под глубоким вакуумом, а его вторичный пар конденсируется в барометрическом конденсаторе или теплообменнике, охлаждаемом водой.

Такой подход обеспечивает значительную экономию греющего пара. Если теоретически в однокорпусной установке для выпаривания 1 кг воды требуется 1 кг греющего пара, то в двухкорпусной этот расход снижается примерно до 0,57 кг, в трехкорпусной — до 0,4 кг, а в четырехкорпусной — до 0,3 кг на 1 кг выпаренной воды. Однако важно отметить, что удельная экономия теплоты снижается с каждым последующим корпусом. При переходе от четырехступенчатой к пятиступенчатой установке расход пара снижается лишь на 10%. Это обусловлено ростом суммарных температурных потерь (депрессий) и уменьшением полезной разности температур, что накладывает ограничения на эффективное увеличение числа корпусов. Возникает закономерный вопрос: насколько это экономически целесообразно и при каких условиях дальнейшее увеличение числа корпусов оправдано?

Анализ основных схем многокорпусных установок

Технологические схемы многокорпусных выпарных установок различаются по направлению движения раствора и пара, что определяет их эксплуатационные характеристики и применимость.

1. Прямоточная схема (прямой ток):
   • Принцип: Исходный (слабый) раствор подается в первый корпус, затем последовательно переходит во второй, третий и так далее до последнего корпуса. Вторичный пар также движется в том же направлении, то есть вторичный пар из i-го корпуса обогревает (i+1)-й корпус.
   • Преимущества: Главное преимущество — самотечное перемещение раствора между корпусами. Давление в каждом последующем корпусе ниже, чем в предыдущем, что обеспечивает естественный переток раствора без использования перекачивающих насосов между корпусами. Это упрощает конструкцию и снижает эксплуатационные затраты.
   • Недостатки: По мере движения раствора от первого к последнему корпусу его температура кипения понижается, а концентрация повышается. Это приводит к значительному увеличению вязкости концентрированного раствора в последних корпусах, что снижает коэффициенты теплопередачи и может затруднять процесс. Поэтому прямоточная схема менее эффективна для растворов, вязкость которых резко возрастает при концентрировании, или для растворов, склонных к кристаллизации.
2. Противоточная схема (противоток):
   • Принцип: Слабый раствор подается в последний корпус (с наименьшим давлением и температурой кипения), затем перекачивается в предпоследний, и так далее до первого корпуса. Вторичный пар движется в противоположном направлении — из i-го корпуса в (i+1)-й.
   • Преимущества: В этой схеме наиболее концентрированный раствор находится в первом корпусе, где температура кипения максимальна. Это обеспечивает более высокие средние коэффициенты теплопередачи по корпусам, так как вязкость раствора в условиях повышенных температур ниже. Кроме того, равномернее распределяются температурные напоры и коэффициенты теплопередачи по всей установке.
   • Недостатки: Ключевой недостаток — необходимость установки насосов для перекачивания раствора из корпусов с меньшим давлением в корпуса с большим давлением. Это усложняет схему, увеличивает капитальные и эксплуатационные затраты (энергия на насосы) и требует более сложной системы автоматизации.
3. Схема параллельного питания корпусов раствором:
   • Принцип: Исходный раствор подается одновременно во все корпуса, а упаренный раствор отбирается из каждого корпуса. Вторичный пар используется по каскадной схеме.
   • Преимущества: Каждый корпус работает с исходной концентрацией раствора, что минимизирует проблемы с вязкостью и накипеобразованием.
   • Недостатки: Требует множества линий подачи исходного раствора и отвода продукта, что усложняет систему.
4. Схема смешанного тока:
   • Принцип: Комбинация прямоточной и противоточной схем. Например, раствор может проходить через несколько корпусов по прямоточной схеме, а затем быть перекачанным в корпус, работающий по противоточной схеме.
   • Преимущества: Позволяет оптимизировать процесс для растворов с повышенной вязкостью, уменьшая количество перекачивающих насосов по сравнению с чистой противоточной схемой.

Определение оптимального числа корпусов: Технико-экономическое обоснование

Выбор оптимального числа корпусов в выпарной установке — это сложная инженерно-экономическая задача, требующая баланса между капитальными и эксплуатационными затратами. Увеличение числа корпусов, безусловно, приводит к снижению расхода греющего пара, что является значительным преимуществом. Однако каждый дополнительный корпус увеличивает:

• Капитальные затраты: Стоимость самого аппарата, трубопроводов, арматуры, контрольно-измерительных приборов и систем автоматизации.
• Эксплуатационные затраты: Расход электроэнергии на работу насосов (особенно в противоточных схемах), затраты на обслуживание и ремонт, потери теплоты в окружающую среду через увеличенную поверхность изоляции.
• Сложность управления: Большее количество корпусов требует более точной настройки и поддержания режимов.

Оптимальное число корпусов определяется на основе многовариантных технико-экономических расчетов, целью которых является минимизация суммарных приведенных затрат. Приведенные затраты включают в себя сумму годовых эксплуатационных расходов и части капитальных затрат (амортизация, процент на капитал). Для расчёта основных конструктивных и теплообменных параметров критически важно понимать этот баланс.

Для растворов минеральных солей, таких как NaOH, особенно при необходимости получения высококонцентрированного продукта, который может иметь значительную температурную депрессию, выпарные установки обычно проектируются с 3-4 корпусами. Это позволяет достичь хорошей экономии пара, не перегружая систему излишними капитальными вложениями и сложностью эксплуатации. Для растворов с низкой температурной депрессией или при ограниченных объемах производства может быть достаточно двух корпусов, тогда как для очень больших производств и высоких стоимостей пара рассматриваются и 5-6 корпусов, но с учетом снижающейся маржинальной экономии.

Методика расчета материального и теплового балансов трехкорпусной установки

Сердце любого инженерного проекта, особенно в химической технологии, лежит в точных расчетах материального и теплового балансов. Эти балансы не просто отражают законы сохранения массы и энергии, но и служат основой для определения размеров оборудования, расхода реагентов и теплоносителей, а также оценки экономической эффективности процесса.

Материальный баланс: Расчет расходов и концентраций

Материальный баланс — это количественное выражение закона сохранения массы для конкретного процесса. Для выпарной установки он описывает потоки вещества, входящие и выходящие из системы.

Для одиночного выпарного аппарата материальный баланс по общему количеству вещества выражается как:

G_нач = G_кон + W

где:

• G_нач — массовый расход исходного раствора (кг/с);
• G_кон — массовый расход конечного (упаренного) раствора (кг/с);
• W — массовый расход выпаренной воды (кг/с).

Материальный баланс по растворенному веществу (для нелетучего компонента, который не переходит в пар) позволяет определить изменение концентрации:

x_нач ⋅ G_нач = x_кон ⋅ G_кон

где:

• x_нач — массовая доля растворенного вещества в начальном растворе (кг растворенного вещества/кг раствора);
• x_кон — массовая доля растворенного вещества в конечном растворе (кг растворенного вещества/кг раствора).

Объединяя эти два уравнения, можно выразить массовый расход упаренного раствора через исходный раствор и выпаренную воду: G_кон = G_нач - W. Подставляя это в уравнение по растворенному веществу, получаем:

x_нач ⋅ G_нач = x_кон ⋅ (G_нач - W).

При расчете многокорпусной установки материальный баланс составляется для каждого корпуса и для установки в целом. В первом приближении общее количество выпаренной воды (W_общ) распределяется поровну между корпусами: W_корп = W_общ / n, где n — число корпусов. Затем, зная W_корп и G_нач, последовательно рассчитывают G_кон и x_кон для каждого корпуса, учитывая, что G_кон_i становится G_нач_{i+1}.

Тепловой баланс: Учет тепловых потоков и потерь

Тепловой баланс описывает распределение тепловой энергии в системе и также основывается на законе сохранения энергии. Для каждого корпуса выпарной установки он составляется по статьям прихода и расхода теплоты.

Общее уравнение теплового баланса для одного выпарного аппарата имеет вид:

Q_гр.п. + Q_нач.р-ра = Q_кон.р-ра + Q_втор.п. + Q_потери

где:

• Q_гр.п. — теплота, подведенная с греющим паром, которая равна D_гр.п. ⋅ (i'_гр.п. - i''_гр.п.), где D_гр.п. — массовый расход греющего пара, i'_гр.п. и i''_гр.п. — энтальпии греющего пара до и после конденсации соответственно. Часто это выражается как D_гр.п. ⋅ r_гр.п. ⋅ X, где r_гр.п. — удельная теплота парообразования, X — паросодержание (обычно 0,95-1,0).
• Q_нач.р-ра — теплота, вносимая исходным раствором: G_нач ⋅ c_нач ⋅ t_нач, где c_нач и t_нач — теплоёмкость и температура исходного раствора.
• Q_кон.р-ра — теплота, уносимая упаренным раствором: G_кон ⋅ c_кон ⋅ t_кон, где c_кон и t_кон — теплоёмкость и температура упаренного раствора.
• Q_втор.п. — теплота, уносимая вторичным паром: W ⋅ i_втор.п., где i_втор.п. — энтальпия вторичного пара.
• Q_потери — потери теплоты в окружающую среду. Обычно принимаются равными 5% от суммы теплоты на нагрев и упаривание, или рассчитываются более точно через коэффициент теплопередачи от поверхности аппарата к воздуху и разность температур.

Количество теплоты, необходимое для выпаривания (Q), можно также представить как сумму теплоты на нагрев раствора до температуры кипения, теплоты на упаривание раствора до конечной концентрации и теплоты на компенсацию потерь. Расход теплоты на испарение (Q_исп) определяется как произведение массового расхода выпаренной воды (W) на удельную теплоту парообразования вторичного пара (r).

При расчете трехкорпусной выпарной установки необходимо определить расходы, состав и температуры по всему процессу и его отдельным участкам, а также теплопроизводительности и расходы теплоносителей (греющего пара, вторичного пара, охлаждающей воды).

Детализированный алгоритм итерационного расчета многокорпусной установки

Расчет многокорпусной выпарной установки является итерационным процессом, поскольку многие параметры (коэффициенты теплопередачи, полезные разности температур) взаимозависимы и изначально неизвестны. Вот пошаговая методика:

1. Исходные данные: Задаются начальные и конечные концентрации раствора, его расход, начальная температура, параметры греющего пара, давление в последнем корпусе.
2. Общий материальный баланс: Определяется общее количество выпаренной воды (W_общ) на основании заданных концентраций.
3. Распределение выпаренной воды: В первом приближении W_общ равномерно распределяется по корпусам. Например, для трех корпусов W1 = W2 = W3 = Wобщ / 3.
4. Расчет концентраций и расходов по корпусам: Используя материальный баланс, последовательно рассчитывают концентрации раствора на выходе из каждого корпуса и его расход.
5. Определение температур кипения растворов: Для каждой концентрации и давления (которое также задается для каждого корпуса, например, в первом приближении равномерно распределяя общий перепад давления) определяют температуру кипения раствора. Используются справочные данные и учет температурных депрессий.
6. Предварительное задание коэффициентов теплопередачи: Для начала расчетов можно принять ориентировочные значения коэффициентов теплопередачи для каждого корпуса или принять их одинаковыми.
7. Распределение полезной разности температур: Общая полезная разность температур (ΔT_общ) распределяется между корпусами пропорционально обратным значениям коэффициентов теплопередачи:
   ΔTпол_i = ΔTобщ ⋅ (1/Ki) / Σ(1/Kj)
   Здесь ΔT_общ — разность между температурой греющего пара первого корпуса и температурой кипения раствора в последнем корпусе, за вычетом всех температурных депрессий.
   В первом приближении, если K_i приняты одинаковыми, то и ΔTпол_i будут одинаковыми.
8. Расчет тепловых нагрузок корпусов: Используя полученные Wi, температуры и теплоёмкости, рассчитывают тепловую нагрузку Qi для каждого корпуса по тепловому балансу.
9. Уточнение коэффициентов теплопередачи: На основе температурных режимов и свойств раствора в каждом корпусе рассчитывают более точные значения коэффициентов теплопередачи Ki.
10. Расчет поверхностей нагрева: Используя уточненные Qi, Ki и ΔTпол_i, определяют поверхности нагрева Fi для каждого корпуса: Fi = Qi / (Ki ⋅ ΔTпол_i).
11. Проверка сходимости: Сравнивают тепловые нагрузки, рассчитанные в п. 8, с тепловыми нагрузками, полученными из поверхностей нагрева и уточненных коэффициентов: Q'i = Fi ⋅ Ki ⋅ ΔTпол_i. Если расхождения между Qi и Q'i (или между Fi в двух последовательных итерациях) превышают заданный критерий (1-2% для практических целей, 5% для учебного процесса), то расчеты повторяются, начиная с п. 5 или п. 7, используя уточненные Ki и Fi.

Этот итерационный процесс продолжается до тех пор, пока расхождения не станут минимальными, обеспечивая точные и надежные результаты для дальнейшего проектирования.

Расчет основных конструктивных и теплообменных параметров аппаратов

После определения материального и теплового балансов, следующим критически важным этапом является расчет конкретных конструктивных и теплообменных параметров выпарных аппаратов. Это включает определение площади поверхности теплообмена, расчет температурных напоров и коэффициентов теплопередачи, что является основой для выбора типоразмера оборудования.

Определение поверхности теплопередачи

Поверхность теплопередачи (F) является одним из главных конструктивных параметров выпарного аппарата, так как от ее величины зависят габариты и стоимость оборудования. Она определяется с помощью фундаментального уравнения теплопередачи:

F = Q / (K ⋅ ΔTпол)

где:

• Q — тепловая нагрузка выпарного аппарата (Вт или кВт); это количество теплоты, которое должно быть передано для испарения необходимого количества растворителя в данном корпусе. Рассчитывается из теплового баланса.
• K — коэффициент теплопередачи (Вт/(м²·К) или кВт/(м²·К)); характеризует общую интенсивность теплообмена через стенку аппарата с учетом всех термических сопротивлений.
• ΔTпол — полезная разность температур (К или °С); является движущей силой процесса теплопередачи.

Это уравнение применяется для каждого корпуса выпарной установки индивидуально, поскольку Q, K и ΔTпол могут значительно отличаться от корпуса к корпусу.

Анализ температурных напоров и депрессий

Полезная разность температур (ΔTпол) — это разность между температурой конденсации греющего пара (Tгр.п.) и температурой кипения раствора (Tкип) в конкретном корпусе. Однако, в выпарных аппаратах температура кипения раствора всегда выше температуры кипения чистого растворителя (воды) при том же давлении. Эта разница называется температурной депрессией (ΔT).

Общая температурная депрессия (ΔT) является суммой трех основных составляющих:

ΔT = ΔTф-х + ΔTг.д. + ΔTгр.д.

1. Физико-химическая температурная депрессия (ΔTф-х или ΔT1):
   • Сущность: Это разность между температурой кипения раствора и температурой кипения чистого растворителя (воды) при одинаковом давлении. Она возникает из-за понижения упругости паров над раствором вследствие присутствия растворенного вещества.
   • Зависимость: Увеличивается с ростом концентрации раствора и внешнего давления.
   • Расчет: Для определения ΔTф-х при давлениях, отличных от атмосферного, часто используется эмпирическая формула И. А. Тищенко:
     ΔTф-х = ΔTф-х.атм ⋅ (T ⋅ rатм) / (Tатм ⋅ r)
     где:
     • ΔTф-х.атм — значение температурной депрессии при атмосферном давлении (берется из справочников);
     • T и Tатм — абсолютные температуры кипения воды при давлении вторичного пара в данном корпусе и при атмосферном давлении соответственно (К);
     • r и rатм — удельные теплоты парообразования воды при соответствующих давлениях (Дж/кг).
   • Для растворов NaOH температурная депрессия может быть весьма значительной. Например, для 20% раствора NaOH при атмосферном давлении ΔTф-х ≈ 7,7 °С, а для 50% раствора она возрастает до ≈ 44 °С.
2. Гидростатическая температурная депрессия (ΔTг.д. или ΔT2):
   • Сущность: Возникает из-за повышения температуры кипения раствора за счет гидростатического давления столба жидкости в кипятильных трубах. Давление на среднем уровне кипящего слоя выше, чем в паровом пространстве над раствором.
   • Расчет: Определяется как разность температур насыщения, соответствующих давлению на среднем уровне кипящего слоя (Pдейств) и давлению вторичного пара в сепараторе (Pвтор.п.).
     Pдейств = Pвтор.п. + hср ⋅ ρр-ра ⋅ g
     где:
     • Pвтор.п. — давление вторичного пара в сепараторе (Па);
     • hср — высота столба жидкости до среднего уровня кипящих труб (м);
     • ρр-ра — плотность кипящего раствора (кг/м³);
     • g — ускорение свободного падения (9,81 м/с²).
   • Значение: В промышленных аппаратах её величина составляет в среднем 1-3 °С, но для аппаратов с естественной циркуляцией, работающих под вакуумом, может достигать 3-5 °С.
3. Гидравлическая температурная депрессия (ΔTгр.д. или ΔT3):
   • Сущность: Снижение температуры кипения раствора или насыщенного пара, вызванное потерями давления на трение и местные сопротивления при движении парожидкостной смеси в трубопроводах и аппаратах.
   • Значение: На практике её обычно принимают равной 0,5-1,5 °С (в среднем 1 °С) для каждого корпуса.

Таким образом, общая полезная разность температур для корпуса будет:

ΔTпол = (Tгр.п. - Tкип, воды) - ΔTобщ = (Tгр.п. - Tкип, воды) - (ΔTф-х + ΔTг.д. + ΔTгр.д.)
где Tкип, воды — температура кипения чистой воды при давлении вторичного пара в сепараторе данного корпуса.

Расчет коэффициента теплопередачи

Коэффициент теплопередачи (K) — это комплексный показатель, отражающий все термические сопротивления, возникающие на пути теплового потока от греющего пара к кипящему раствору. Его формула выглядит так:

K = 1 / (1/α1 + ΣR + δ/λ + 1/α2)

где:

• α1 — коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося греющего пара к стенке (Вт/(м²·К));
• ΣR — сумма термических сопротивлений слоев загрязнений (накипи) на обеих сторонах теплообменной поверхности (м²·К/Вт);
• δ — толщина стенки теплообменных труб (м);
• λ — коэффициент теплопроводности материала стенки (Вт/(м·К));
• α2 — коэффициент теплоотдачи от стенки к кипящему раствору (Вт/(м²·К)).

Определение α1 и α2 является достаточно сложной задачей и требует использования эмпирических формул, учитывающих режимы течения, физико-химические свойства фаз и геометрию аппарата. Для α1 обычно используются формулы для конденсации пара на вертикальных или горизонтальных поверхностях (например, формулы Нуссельта), для α2 — формулы для теплоотдачи при кипении в трубах или на поверхности (например, для естественной или принудительной циркуляции).

В итерационных расчетах многокорпусных установок K определяется для каждого корпуса на каждой итерации, и расчеты повторяются до достижения заданной сходимости по тепловым нагрузкам (например, 1-2%).

Расчет расхода греющего пара

Расход греющего пара (Gгр.п.) для первого корпуса является ключевым показателем энергопотребления всей установки. Он рассчитывается, исходя из тепловой нагрузки первого корпуса (Q1) и удельной теплоты конденсации греющего пара (rгр.п.):

Gгр.п. = Q1 / (X ⋅ rгр.п.)

где:

• Q1 — тепловая нагрузка первого корпуса (Вт);
• X — паросодержание греющего пара (доля сухого насыщенного пара; обычно 0,95-1,0, учитывающее возможную конденсацию в трубопроводах);
• rгр.п. — удельная теплота конденсации греющего пара (Дж/кг), зависящая от его давления и температуры.

Этот расчет определяет, сколько первичного греющего пара потребуется для работы всей многокорпусной установки.

Расчет вспомогательного оборудования для выпарной установки

Эффективная работа выпарной установки невозможна без адекватного вспомогательного оборудования, которое обеспечивает поддержание заданных режимов, отвод неконденсирующихся газов и подготовку исходного раствора.

Барометрический конденсатор: Расчет и принцип работы

Барометрический конденсатор является неотъемлемой частью выпарных установок, работающих под вакуумом, особенно в последнем корпусе. Его основная функция — конденсировать вторичный пар, поступающий из последнего корпуса, и создавать разрежение в системе.

Принцип работы: Барометрический конденсатор представляет собой аппарат смешения, где вторичный пар непосредственно контактирует с охлаждающей водой. Охлаждающая вода подается сверху и распыляется, образуя большую поверхность контакта с паром. Пар конденсируется на холодных каплях воды, передавая им свою скрытую теплоту парообразования. Образовавшаяся смесь конденсата и охлаждающей воды удаляется через барометрическую трубу, которая погружена в гидрозатвор. Высота барометрической трубы (обычно не менее 10,3 м) обеспечивает создание столба жидкости, способного компенсировать атмосферное давление и поддерживать вакуум в конденсаторе без использования насоса для откачки воды.

Расчет основных параметров:

1. Расход охлаждающей воды (Gохл.в.): Определяется на основании теплового баланса конденсатора. Теплота, внесенная вторичным паром, должна быть равна теплоте, поглощенной охлаждающей водой.
   Gохл.в. = (Wпосл ⋅ iвтор.п. - (Wпосл + Gохл.в.) ⋅ cвод ⋅ Tвых.вод) / (cохл.в. ⋅ (Tвых.вод - Tвх.вод))
   где:
   • Wпосл — массовый расход вторичного пара из последнего корпуса (кг/с);
   • iвтор.п. — энтальпия вторичного пара (Дж/кг);
   • cвод — теплоёмкость воды (Дж/(кг·К));
   • Tвых.вод и Tвх.вод — температура охлаждающей воды на выходе и входе соответственно (°С или К).
   • В упрощенном виде, пренебрегая теплотой конденсата: Gохл.в. = (W��осл ⋅ rпосл) / (cохл.в. ⋅ (Tвых.вод - Tвх.вод)), где rпосл — теплота парообразования вторичного пара последнего корпуса.
2. Размеры конденсатора (диаметр и высота): Определяются исходя из допустимой скорости пара в конденсаторе (обычно 20-40 м/с) и необходимого времени контакта пара с водой. Высота также зависит от конструкции распылительных устройств и барометрической трубы.

Для уменьшения количества загрязненных сточных вод, перед барометрическим конденсатором иногда устанавливают поверхностные теплообменники (предварительные конденсаторы), которые конденсируют 80-90% вторичного пара, а оставшийся неконденсирующийся пар и газы подаются в барометрический конденсатор.

Вакуум-насос: Расчет производительности

Помимо вторичного пара, в выпарную установку постоянно поступают неконденсирующиеся газы (главным образом воздух) через неплотности в аппаратуре, сальниках насосов, а также с исходным раствором. Эти газы, не конденсируясь, накапливаются в системе, повышая давление и снижая вакуум. Для их удаления необходим вакуум-насос.

Назначение: Вакуум-насос, обычно водокольцевой или пароэжекторный, откачивает неконденсирующиеся газы из барометрического конденсатора, поддерживая стабильный вакуум в системе. Струйные компрессоры (эжекторы) широко применяются для создания вакуума благодаря их компактности, простоте и надежности, несмотря на невысокий КПД.

Расчет производительности: Производительность вакуум-насоса определяется его объемной производительностью по неконденсирующимся газам при рабочем давлении и температуре вакуума. Расчет учитывает:

1. Количество воздуха, поступающего в систему: Это зависит от герметичности оборудования и определяется эмпирически или по нормативам (например, 0,5-1 кг воздуха на 1000 кг выпаренной воды).
2. Температура и давление всасывания: Насос должен работать при давлении и температуре в последнем корпусе (или в конденсаторе).
3. Требуемое остаточное давление: Желаемый уровень вакуума.

Формула для определения объемной производительности вакуум-насоса (Vн) может быть:

Vн = Gвозд ⋅ (Rв ⋅ Tсист) / Pсист

где:

• Gвозд — массовый расход воздуха, поступающего в систему (кг/с);
• Rв — удельная газовая постоянная воздуха (Дж/(кг·К));
• Tсист — абсолютная температура газов в точке отбора (К);
• Pсист — абсолютное давление в точке отбора (Па).

Полученное значение Vн является минимально необходимой объемной производительностью насоса, к которой затем добавляется запас (например, 20-30%).

Другое вспомогательное оборудование

Кроме конденсатора и вакуум-насоса, в состав выпарной установки входят и другие важные элементы:

• Подогреватели раствора: Исходный раствор часто имеет низкую температуру. Предварительный подогрев раствора вторичным паром или конденсатом из других корпусов позволяет использовать их теплоту, снижая нагрузку на первый корпус и повышая общую энергоэффективность установки.
• Насосы для перекачивания раствора: Необходимы для подачи исходного раствора в установку, для перекачивания раствора между корпусами в противоточных и некоторых смешанных схемах, а также для отвода концентрированного продукта. Выбор насосов зависит от вязкости, плотности, температуры и коррозионной активности раствора.
• Сборники конденсата: Для сбора конденсата греющего пара и вторичного пара, который может быть использован как питательная вода для котлов или для других технологических нужд.
• Емкости для исходного раствора и готового продукта: Обеспечивают непрерывность процесса.

Все эти элементы должны быть тщательно рассчитаны и подобраны в соответствии с технологическими параметрами и требованиями безопасности.

Интенсификация процесса и снижение энергозатрат

В условиях постоянно растущих цен на энергоносители и ужесточения экологических требований, интенсификация процесса выпаривания и снижение энергозатрат становятся не просто желательными, а критически важными задачами для химического производства.

Методы интенсификации теплообмена

Интенсификация теплообмена в выпарных аппаратах направлена на увеличение коэффициента теплопередачи (K), что позволяет уменьшить площадь поверхности нагрева при той же производительности или увеличить производительность при той же поверхности.

1. Высокая скорость движения раствора в трубах: Это один из наиболее эффективных методов. При увеличении скорости потока раствора возрастает турбулентность, что улучшает теплоотдачу от стенки к раствору (α2) и уменьшает толщину пограничного слоя. В аппаратах с принудительной циркуляцией скорость может достигать 3-5 м/с, что обеспечивает высокие значения α2 и, как следствие, K.
2. Аппараты с выносной нагревательной камерой: В таких аппаратах нагревательные трубы вынесены за пределы сепаратора. Это позволяет увеличить длину кипятильных труб и, что особенно важно, значительно увеличить разницу плотностей между парожидкостной смесью в подъемных трубах и столбом жидкости в опускных трубах. Это приводит к росту скорости естественной циркуляции (до 1,8-2 м/с) даже без принудительной перекачки насосом, что существенно интенсифицирует процесс выпаривания и может повышать коэффициенты теплопередачи до 3000 Вт/(м²·К), особенно при выпаривании кристаллизующихся растворов с умеренной вязкостью.
3. Использование различных интенсификаторов: Это могут быть турбулизаторы потока внутри труб, ребристые поверхности теплообмена, применение вибрации или пульсации, а также добавление специальных присадок, снижающих поверхностное натяжение и улучшающих кипение.
4. Уменьшение термических сопротивлений: Выбор материалов с высокой теплопроводностью для стенок теплообмена (например, медь, хотя для NaOH она не всегда подходит из-за коррозии) и эффективные методы очистки от накипи (например, механические, химические или гидродинамические) помогают снизить термическое сопротивление загрязнений (ΣR) и стенки (δ/λ).

Энергосберегающие технологии в выпарных установках

Энергосбережение — краеугольный камень современного промышленного проектирования. В выпарных установках существует несколько направлений для его достижения:

1. Многоступенчатые установки: Это основной и наиболее распространенный способ экономии энергии, как уже обсуждалось. Многократное использование теплоты вторичного пара из предыдущего корпуса для обогрева последующего позволяет значительно снизить удельный расход греющего пара.
2. Повышение параметров вторичного пара:
   • Струйные эжекторы: Используют высокоэнергетический греющий пар для подсоса и сжатия вторичного пара из одного из корпусов, повышая его давление и температуру, чтобы использовать его как греющий пар в другом корпусе (или в том же корпусе при одноступенчатом выпаривании). Несмотря на невысокий КПД, эжекторы просты и надежны.
   • Механические компрессоры (тепловые насосы): Это более современный и эффективный метод. Компрессор сжимает вторичный пар, повышая его давление и температуру до уровня, при котором он может быть использован в качестве греющего агента для того же выпарного аппарата или первого корпуса многокорпусной установки. Это позволяет значительно сократить или полностью исключить потребление первичного греющего пара. Экономическая целесообразность применения теплового насоса определяется соотношением стоимости энергии, затрачиваемой на сжатие вторичного пара, к стоимости расходуемого первичного пара. Обычно его применение рентабельно при повышении температуры насыщения пара не более чем на 10-15 °С. Для термочувствительных растворов, где высокие температуры в первых корпусах многокорпусных установок могут привести к порче продукта, тепловые насосы особенно эффективны. Полный тепловой насос позволяет снизить габариты установки, расход металла, уменьшить производственные площади и упростить управление процессом по сравнению с многокорпусными установками.
3. Подогрев раствора вторичным паром или конденсатом: Исходный слабый раствор, поступающий в установку, имеет относительно низкую температуру. Его предварительный подогрев за счет теплоты вторичного пара или конденсата (которые в ином случае были бы сброшены или охлаждены) позволяет снизить тепловую нагрузку на первый корпус и повысить общую эффективность установки.

Использование экстра-пара

Экстра-пар — это вторичный пар, отбираемый из любого корпуса (кроме последнего) многокорпусной выпарной установки и используемый для других технологических нужд вне данной установки. Например, он может быть направлен на подогрев других реагентов, сушку материалов, или использоваться в других тепловых потребителях предприятия.

Экономические выгоды: Чем дальше от первого корпуса отбирается экстра-пар (то есть, чем ниже его температура и давление), тем меньше расход первичного греющего пара, необходимого для поддержания работы выпарной установки, и тем, следовательно, экономичнее работает установка. Это объясняется тем, что каждый отбор пара из промежуточного корпуса снижает общую тепловую нагрузку на последующие корпусы, но при этом первичный пар уже отработал свою полезную функцию в предыдущих корпусах. Это позволяет рационально интегрировать выпарную установку в общую тепловую схему предприятия, достигая синергетического эффекта в энергосбережении.

Особенности проектирования для агрессивных сред: Раствор NaOH

Работа с агрессивными химическими веществами, такими как водный раствор гидроксида натрия (NaOH), накладывает особые требования на проектирование выпарных установок. Эти требования касаются как выбора конструкционных материалов, так и мер по автоматизации и безопасности.

Физико-химические свойства раствора NaOH и их влияние на процесс

Гидроксид натрия, или каустическая сода, является сильным основанием, широко используемым в промышленности. Его водные растворы обладают рядом специфических свойств, которые необходимо учитывать при выпаривании:

1. Плотность и вязкость: Плотность и вязкость растворов NaOH существенно зависят от концентрации и температуры. С ростом концентрации и понижением температуры вязкость раствора резко возрастает. Например, при 25 °С динамическая вязкость 10 моль/л (приблизительно 28,5 мас.%) раствора NaOH составляет 0,010554 Па·с, а при 19 моль/л (приблизительно 43,5 мас.%) она увеличивается до 0,051354 Па·с. Эта особенность напрямую влияет на выбор типа выпарного аппарата (предпочтительна принудительная циркуляция для высоковязких растворов) и на расчет гидравлических сопротивлений.
2. Температура кипения и теплота парообразования: Температура кипения растворов NaOH выше, чем у чистой воды при том же давлении, что обусловливает значительную физико-химическую температурную депрессию (ΔTф-х). Эта депрессия увеличивается с ростом концентрации. Например, для 20% раствора NaOH температура кипения при атмосферном давлении составляет 107,7 °С, что дает ΔTф-х ≈ 7,7 °С. Для 50% раствора NaOH температура кипения составляет 144 °С, что соответствует ΔTф-х ≈ 44 °С. Для точных расчетов необходимо использовать справочные данные, учитывающие зависимость температурной депрессии от концентрации раствора и давления. Теплота парообразования воды из раствора также изменяется, но для инженерных расчетов часто принимается равной теплоте парообразования чистой воды при той же температуре.
3. Агрегатное состояние: Безводный гидроксид натрия плавится при 318-323 °С и кипит при 1378-1403 °С. При кристаллизации из водных растворов в интервале температур от 12,3 до 61,8 °С образуется моногидрат NaOH·H₂O. Это означает, что при высоких концентрациях и температурах возможно получение продукта в расплавленном состоянии, что требует особых условий для его отвода и хранения.
4. Коррозионная активность: Растворы NaOH, особенно горячие и концентрированные, обладают высокой коррозионной активностью по отношению ко многим металлам. Это является одним из наиболее критичных факторов при выборе материалов конструкции.

Выбор конструкционных материалов для работы с NaOH

Агрессивная среда, создаваемая растворами NaOH, особенно при высоких температурах и концентрациях, приводит к интенсивной коррозии кипятильных труб и других элементов аппаратов. Поэтому выбор материалов является ключевым аспектом проектирования, определяющим долговечность, надежность и стоимость установки.

• Высоколегированные стали: Для работы с растворами NaOH широко применяются высококачественные легированные стали. Примерами могут служить:
  • 15Х25Т: Используется для труб и других элементов, контактирующих с щелочью. Обладает хорошей коррозионной стойкостью.
  • Cr25Ni5Mo2N: Высоколегированная сталь, устойчивая к коррозионному растрескиванию под напряжением и точечной коррозии, что делает ее пригодной для сепараторов и частей насосов высокого давления.
  • Другие аустенитные нержавеющие стали, такие как AISI 304, AISI 316L, могут использоваться при невысоких концентрациях и температурах, но при повышении агрессивности среды их стойкость падает, и требуются более устойчивые сплавы.
• Сплавы на основе никеля: Для наиболее агрессивных условий, например, при высоких температурах и концентрациях, могут применяться сплавы типа Hastelloy или Inconel, которые обладают исключительной коррозионной стойкостью к щелочам. Однако их высокая стоимость ограничивает их применение только наиболее критичными элементами.
• Полимеры: В некоторых случаях, для частей оборудования, не подверженных высоким механическим нагрузкам и температурам, могут использоваться полимерные материалы, обеспечивающие отличную стойкость к агрессивным средам. Примеры включают:
  • PP (Полипропилен): Хорошая стойкость к щелочам при умеренных температурах.
  • PE 1000 (Сверхвысокомолекулярный полиэтилен): Отличная химическая стойкость и износостойкость.
  • PVDF (Поливинилиденфторид): Обладает высокой химической стойкостью к агрессивным средам, включая NaOH, и способен выдерживать более высокие температуры по сравнению с PP и PE.

  Использование полимеров может быть экономически оправдано для облицовки внутренних поверхностей, изготовления труб, фитингов или корпусов насосов.

Выбор конкретного материала должен быть обоснован на основе детального анализа условий эксплуатации (температура, концентрация, наличие примесей, механические нагрузки) и экономической целесообразности, с учетом высокой стоимости высоколегированных сталей и сплавов, а также затрат на их текущий и капитальный ремонт.

Автоматизация и требования безопасности

Проектирование выпарных установок для работы с NaOH требует особого внимания к автоматизации и мерам безопасности.

Автоматизация:

• Контроль и регулирование температуры: Точное поддержание температуры кипения в каждом корпусе критично для качества продукта и энергоэффективности.
• Контроль давления/вакуума: Поддержание заданного давления в каждом корпусе, особенно вакуума в последнем, для обеспечения стабильности процесса и энергосбережения.
• Контроль концентрации: Измерение концентрации исходного и упаренного растворов (например, с помощью плотномеров или кондуктометров) для контроля производительности и качества продукта.
• Контроль уровня жидкости: Автоматическое поддержание уровня раствора в каждом корпусе для предотвращения сухого хода или перелива.
• Регулирование расходов: Автоматическое регулирование подачи исходного раствора, греющего пара и охлаждающей воды.
• Системы аварийного отключения: При отклонении параметров от нормы (например, повышение давления, падение уровня) система должна автоматически остановить процесс и подать сигнал тревоги.

Требования безопасности:

1. Защита от коррозии: Правильный выбор материалов конструкции, регулярный мониторинг состояния оборудования и своевременное проведение ремонтных работ для предотвращения аварий, вызванных разрушением аппаратуры.
2. Герметичность оборудования: Все соединения, сальники насосов и арматура должны быть максимально герметичными для предотвращения утечек агрессивного раствора и паров.
3. Вентиляция: Эффективная приточно-вытяжная вентиляция в рабочих помещениях для удаления паров щелочи и других вредных веществ.
4. Средства индивидуальной защиты (СИЗ): Обязательное использование персоналом СИЗ (защитные очки, респираторы, перчатки, спецодежда) при работе с NaOH.
5. Системы нейтрализации и аварийного слива: Наличие систем для быстрой нейтрализации проливов щелочи и аварийных емкостей для слива раствора в случае нештатных ситуаций.
6. Пожарная безопасность: Хотя NaOH негорюч, его растворы могут реагировать с некоторыми металлами с выделением водорода, что создает взрывоопасные смеси.
7. Обучение персонала: К работе с выпарными установками, особенно с агрессивными средами, должен допускаться только обученный и аттестованный персонал.

Комплексный подход к автоматизации и безопасности является залогом надежной, эффективной и безопасной эксплуатации выпарной установки, особенно при работе с таким едким и агрессивным веществом, как гидроксид натрия.

Заключение

Проектирование трехкорпусной выпарной установки для концентрирования водного раствора NaOH представляет собой комплексную инженерную задачу, успешное решение которой требует глубокого понимания теоретических основ, тщательных расчетов и учета специфических свойств обрабатываемого вещества. В рамках данного курсового проекта были всесторонне рассмотрены ключевые аспекты, начиная от физико-химических принципов процесса выпаривания и классификации установок, до детального расчета материальных и тепловых балансов, а также подбора основного и вспомогательного оборудования.

Особое внимание было уделено принципам энергоэффективности многокорпусных установок, анализу прямоточных, противоточных и смешанных схем, а также методикам определения оптимального числа корпусов с учетом технико-экономических факторов. Детальный алгоритм итерационного расчета выпарной установки с учетом температурных депрессий (физико-химической, гидростатической и гидравлической) и коэффициентов теплопередачи был представлен как основа для точного инженерного проектирования. Рассмотрение вспомогательного оборудования, такого как барометрические конденсаторы и вакуум-насосы, подчеркнуло их роль в поддержании стабильных режимов работы.

Важным аспектом, выделяющим данную работу, стал углубленный анализ особенностей проектирования для агрессивных сред, в частности, для раствора NaOH. Детальное изучение физико-химических свойств гидроксида натрия, таких как вязкость, плотность и температурная депрессия, позволило обосновать выбор конструкционных материалов (высоколегированные стали, никелевые сплавы, полимеры) и сформулировать требования к автоматизации и безопасности процесса.

Полученные в ходе выполнения проекта знания и навыки критически важны для будущих специалистов в области химической технологии. Они формируют прочную базу для дальнейшего изучения и практического применения методов проектирования, расчета и оптимизации тепломассообменных аппаратов, что является фундаментом для инновационного развития химической и других смежных отраслей промышленности.

Список использованной литературы

1. Павлов, К.Ф. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии: Учебное пособие для вузов / К.Ф. Павлов, П.Г. Романков, А.А. Носков ; под ред. П.Г. Романкова. – 11-е изд., стереотип. – М.: ООО «РусМедиаКонсалт», 2004. – 576 с.
2. Касаткин, А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии: Учебник для вузов. – 12-е изд., стереотип., дораб. – М.: ООО ТИД «Альянс», 2005. – 753 с.
3. Курсовое проектирование по процессам и аппаратам химической технологии. Краткие справочные данные: Метод.указания / ЛТИ им. Ленсовета. – Л.: 1989. – 40 с.
4. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию / Г.С. Борисов, В.П. Брыков, Ю.И. Дытнерский [и др.] ; под ред. Ю.И. Дытнерского. – 3-е изд., стереотип. – М.: ООО ИД «Альянс», 2007. – 496 с.
5. Фролов, В.Ф. Лекции по курсу «Процессы и аппараты химической технологии». – СПб.: ХИМИЗДАТ, 2003. – 608 с.
6. Романков, П.Г. Методы расчета процессов и аппаратов химической технологии (примеры и задачи): Учеб. Пособие для вузов / П.Г. Романков, В.Ф. Фролов, О.М. Флисюк. – 3-е изд., испр. – СПб.: ХИМИЗДАТ, 2010. – 544 с.
7. Яблонский, П.А. Проектирование тепло- и массообменной аппаратуры химической промышленности: Учебное пособие / П.А. Яблонский, Н.В. Озерова. – 11-е изд., перераб. и доп. – СПб.: СПб.технолог. ин-т, 1993. – 92 с.
8. Казаков, В.Г. Выпарные теплотехнологические установки: учеб. пособие / В. Г. Казаков, П. В. Луканин, Е. Н. Громова. — СПб.: ВШТЭ СПбГУПТД, 2024.
9. Банных, О.П. Расчет вакуум-выпарной установки. Учебное пособие / О.П. Банных, Е.И. Борисова, В.А. Константинов, О.Н. Круковский, О.В. Муратов, В.В. Фомин. – Университет ИТМО, 2017.
10. Выпарные установки: Учеб.- метод. пособие / НИУ ИТМО; ИХиБТ, 2014.
11. Калишук, Д.Г. Рекомендации к выбору и расчетам выпарных аппаратов / Д.Г. Калишук, Н.П. Саевич.