Лабораторни изпарители

Според движението на разтвора в изпарителя има:

Характеристики на продукта

Циркулационен изпарител

Този тип изпарител позволява на разтвора да циркулира в изпарителя. Поради различни причини за циркулацията, тя може да бъде разделена на две категории: естествена циркулация и принудителна циркулация.
1. Централен циркулационен тръбен изпарител, известен също като стандартен изпарител. Неговата нагревателна камера е съставена от вертикални тръбни снопове, с централна циркулационна тръба с голям диаметър в средата, а другите нагревателни тръби с по-малък диаметър се наричат ​​тръби за кипене. Поради по-големия размер на централната циркулационна тръба, топлопреносната повърхност, заета от единица обем разтвор, е по-малка от тази, заета от единица обем разтвор в тръбата за кипене. Това означава, че степента на нагряване на разтвора в централната циркулационна тръба и другите нагревателни тръби е различна, което води до по-ниска плътност на пара-течната смес в тръбата за кипене, отколкото в централната циркулационна тръба. Освен това ефектът на засмукване нагоре на издигащата се пара ще накара разтвора в изпарителя да образува циркулационен поток от централната циркулационна тръба, спускаща се към тръбата за кипене, изкачваща се. Този вид цикъл се причинява главно от разликата в плътността на разтвора, така че се нарича естествен цикъл. Този ефект е от полза за подобряване на ефективността на преноса на топлина вътре в изпарителя.
За да се осигури добра циркулация на разтвора, площта на напречното-сечение на централната циркулационна тръба обикновено е 40-100% от общата площ на напречното сечение на другите нагревателни тръби; Височината на нагревателната тръба обикновено е 1-2 м; Диаметърът на нагревателната тръба е между 25-75 мм. Този тип изпарители са широко разпространени поради своята компактна конструкция, лесна изработка, добър топлообмен и надеждна работа. Въпреки това, поради структурни ограничения, скоростта на колоездене не е висока. Чрез непрекъсната циркулация на разтвора в нагревателната камера неговата концентрация винаги се доближава до тази на пълния разтвор, което води до висока точка на кипене на разтвора и намаляване на ефективната температурна разлика. Това е често срещан недостатък на циркулационните изпарители. В допълнение, почистването и поддръжката на оборудването не са достатъчно удобни, така че този изпарител е трудно да отговори напълно на производствените изисквания.

2. За да се преодолеят недостатъците на лесната кристализация, образуването на котлен камък и трудното почистване на изпаряващата се течност в циркулационния изпарител, е направено по-разумно подобрение на структурата на стандартния изпарител, който е изпарител с висяща кошница. Нагревателната камера 4 е като кошница, окачена в долната част на корпуса на изпарителя и заменена от централна циркулационна тръба с пръстеновиден канал между външната стена на нагревателната камера и вътрешната стена на изпарителя. Разтворът се издига по протежение на центъра на нагревателната тръба и след това тече надолу по дължината на пръстеновидната междина между външната стена на нагревателната камера на окачената кошница и вътрешната стена на изпарителя, за да образува цикъл. Поради площта на пръстеновидната междина, която е приблизително 100 до 150% от общата площ на напречното-сечение на нагревателната тръба, скоростта на циркулация на разтвора е по-висока от тази на стандартен изпарител, достигайки до 1,5 m/s. В допълнение, нагревателната камера на този изпарител може да бъде премахната отгоре за поддръжка или подмяна, а загубата на топлина също е относително малка. Основният му недостатък е сложната му структура и високият разход на метал за единица топлообменна площ.

3. Споменатият по-горе изпарител с естествена циркулация има скорост на циркулация, която не е достатъчно висока, обикновено под 1,5 m/s. За да направи изпарителя по-подходящ за изпаряване на разтвори с висок вискозитет, лесна кристализация или силно образуване на котлен камък и да увеличи скоростта на циркулация на разтвора, за да удължи работния цикъл и да намали броя на пъти за почистване.
Неговата структурна характеристика е добавянето на камера за кипене в горната част на камерата за нагряване. Разтворът в нагревателната камера не кипи в нагревателната тръба поради статичното налягане, добавено от течния стълб в кипящата камера. Може да започне да кипи само когато се издигне до кипящата камера и налягането намалее. Следователно кипенето и изпаряването на разтвора се движат от нагревателната камера към кипящата камера без повърхност за пренос на топлина, като по този начин се избягва образуването на кристали или мръсотия в нагревателната тръба. В допълнение, площта на напречното-сечение на циркулационната тръба на този изпарител е около 2-3 пъти общата площ на напречното сечение на нагревателната тръба, а скоростта на циркулация на разтвора може да достигне 2,5 до 3 m/s или повече, така че общият коефициент на топлопреминаване също е относително висок. Основният недостатък на този изпарител е голямата загуба на температурна разлика, причинена от ефекта на статичното налягане на течния стълб (вижте 6.3.1 за подробности). За да се поддържа определена ефективна температурна разлика, е необходимо високо налягане за нагряване на парата. Освен това оборудването е голямо, консумира много материали и изисква високи фабрики. В допълнение към изпарителя с естествена циркулация, споменат по-горе, изпарител с принудителна циркулация се използва и при изпаряване на материали с висок вискозитет, лесна кристализация и образуване на котлен камък. В този изпарител циркулацията на разтвора разчита главно на външна енергия, която е принудена да тече в определена посока от помпа, за да генерира циркулация. Размерът на скоростта на циркулация може да се контролира чрез регулиране на дебита на помпата, обикновено над 2,5 m/s. Коефициентът на топлопреминаване на изпарителя с принудителна циркулация също е по-висок от този на общата естествена циркулация. Но очевидният му недостатък е високата консумация на енергия, изискваща около 0,4-0,8 kW на квадратен метър отоплителна площ.

Еднопосочен-изпарител

Основната характеристика на този видЛабораторни изпарителие, че разтворът преминава през нагревателната камера само веднъж в изпарителя и се изпуска като концентрирана течност без циркулиращ поток. Когато разтворът преминава през нагревателната камера, той тече във формата на филм върху стената на тръбата, така че е известен като изпарител с течен филм. Според различните посоки на потока на материалите в изпарителя, еднопроходните изпарители се разделят на следните типове.
1. Нагревателната камера на изпарител с повдигащ се филм се състои от много вертикални дълги тръби. Обикновено използваният диаметър на нагревателната тръба е 25-50 mm, а съотношението на дължината на тръбата към диаметъра на тръбата е приблизително 100-150. След предварително загряване течността се вкарва от дъното на изпарителя и се нагрява в нагревателната тръба, като кипи и бързо се изпарява. Генерираната пара се издига с висока скорост в нагревателната тръба. Подходящата скорост на изходящата пара за работа при нормално налягане е 20-50 m/s, а за работа с намалено налягане скоростта на парата може да достигне 100-160 m/s или дори по-висока. Разтворът се задвижва от издигащата се пара, която се издига във филм по стената на тръбата и продължава да се изпарява. Сместа от пара и течност се разделя в сепаратор 2 и цялата течност се изпуска от дъното на сепаратора, докато вторичната пара се изпуска от горната част. Трябва да се отбележи, че ако количеството вода, изпарено от течността, не е голямо, ще бъде трудно да се постигне необходимата скорост на парата, тоест изпарителят с повдигащ се филм не е подходящ за изпаряване на концентрирани разтвори; Също така не е подходящ за материали с висок вискозитет, лесна кристализация или образуване на котлен камък.

2. Разликата между изпарителя с падащ филм и изпарителя с издигащ се филм е, че захранващата течност се добавя от горната част на изпарителя и под действието на гравитацията образува филм като спускане по стената на тръбата и се изпарява и сгъстява по време на този процес, получавайки концентрирана течност на дъното. Поради различния механизъм за образуване на филм-от изпарителя с издигащ се филм, изпарителят с падащ филм може да изпарява материали с по-висока концентрация, вискозитет (като например в диапазона от 0,05-0,45Ns/m2) и термична чувствителност. Въпреки това, поради неравномерното разпределение на течния филм вътре в тръбата и по-малкия коефициент на топлопреминаване в сравнение с изпарителя с повдигащ се филм, той все още не е подходящ за материали, които са склонни към кристализация или образуване на котлен камък.
Благодарение на филмоподобния поток на разтвора в еднопосочния-изпарител, коефициентът на конвективен топлопренос е значително подобрен, което позволява на разтвора да достигне необходимата концентрация с едно преминаване през нагревателната камера без допълнителна циркулация. Следователно той има по-големи предимства от циркулационния изпарител. Предимствата от липсата на циркулация на разтвора включват: (1) времето на престой на разтвора в изпарителя е много кратко, което го прави особено подходящ за изпаряване на термочувствителни материали; (2) Концентрацията на целия разтвор не винаги е близка до концентрацията на готовата течност, както при циркулационния тип, така че ефективната температурна разлика на този изпарител е относително голяма. Основният му недостатък е, че е доста чувствителен към колебания в натоварването на захранването и когато дизайнът или работата не са подходящи, не е лесно да се образува филм. По това време коефициентът на конвективен топлопренос значително ще намалее.

3. Скреперният изпарител има нагревателна парна риза вътре в корпуса на изпарителя, която е оборудвана с въртящи се остриета или скрепери. Има два вида скрепери: фиксиран тип и тип ротор. Разстоянието между първия и вътрешната стена на корпуса е 0,5-1,5 mm, докато разстоянието между второто и стената варира в зависимост от броя на оборотите на ротора. Течността се добавя по допирателната посока от горната част на изпарителя (също се добавя към тавата за материал, коаксиална със скрепера). Благодарение на гравитацията, центробежната сила и действието на въртящия се скрепер, разтворът образува филм с въртене надолу върху вътрешната стена на устройството и се изпарява и концентрира по време на този процес, завършвайки изхвърлянето на течността на дъното. Този тип изпарител е еднопосочен изпарител, който използва външно захранване за образуване на филм. Неговото изключително предимство е неговата силна адаптивност към материали и кратко време на престой, обикновено няколко секунди или десетки секунди, което го прави подходящ за висок вискозитет (като екстракт от танин, мед и др.) и материали, които са склонни към кристализация, образуване на котлен камък и чувствителност към топлина. Но структурата му е сложна и консумира много енергия, изисквайки около 1,5-3kW на квадратен метър топлообменна повърхност. Освен това неговият капацитет за обработка е много малък и изискванията за производство и монтаж са високи.

Изпарител с директен контактен топлообмен

В действителното производство,Лабораторни изпарителис директен контактен топлопренос понякога се използват. Той смесва гориво (обикновено газ и масло) с въздух и го изгаря в горивна камера, потопена в разтвор, произвеждайки високо-температурни пламъци и дим, които се впръскват директно в изпарения разтвор през дюзи в долната част на горивната камера. Газът с висока температура и разтворът влизат в директен контакт, докато топлообменът се извършва за изпаряване и изпаряване на водата. Получените водна пара и отработен газ се изхвърлят заедно от горната част на изпарителя. Дълбочината на потапяне на неговата горивна камера в разтвора обикновено е 0,2-0,6m, а температурата на газа, излизащ от горивната камера, може да достигне над 1000 градуса. Благодарение на преноса на топлина при директен контакт, неговият ефект на топлопредаване е много добър и степента на използване на топлината е висока. Поради липсата на фиксирана стена за пренос на топлина, структурата е проста и особено подходяща за изпаряване на материали, които са склонни към кристализация, натрупване и корозия. Той се използва широко при обработка на отпадъчни киселини и изпаряване на разтвор на амониев сулфат. Но ако изпарената течност не може да бъде замърсена от дим, тогава този тип изпарител обикновено не е подходящ. И поради наличието на голямо количество дим, използването на вторична пара е ограничено. В допълнение, дюзата е по-податлива на повреда поради потапяне в течност с висока температура. От горното въведение може да се види, че има много структурни типове изпарители, всеки със своите предимства, недостатъци и приложими ситуации. Когато избирате, първото нещо, което трябва да имате предвид, е дали може да се адаптира към характеристиките на процеса на изпарения материал, включително неговия вискозитет, термична чувствителност, корозивност и дали е склонен към кристализация или образуване на котлен камък. След това се изисква да има проста структура, лесно производство, ниска консумация на метал, удобна поддръжка, добър ефект на топлопредаване и т.н.