Лабораторные испарители

По движению раствора в испарителе различают:

Особенности продукта

Циркуляционный испаритель

Этот тип испарителя позволяет раствору циркулировать в испарителе. В связи с различными причинами циркуляции ее можно разделить на две категории: естественная циркуляция и принудительная циркуляция.
1. Испаритель с центральной циркуляционной трубкой, также известный как стандартный испаритель. Его нагревательная камера состоит из вертикальных пучков труб с центральной циркуляционной трубой большого диаметра посередине, а другие нагревательные трубы меньшего диаметра называются кипящими трубками. Из-за большего размера центральной циркуляционной трубки поверхность теплопередачи, занимаемая единицей объема раствора, меньше, чем площадь теплопередачи, занимаемая единицей объема раствора в кипящей трубке. Это означает, что степень нагрева раствора в центральной циркуляционной трубке и других нагревательных трубках различна, в результате чего плотность паро-жидкостной смеси в кипящей трубке ниже, чем в центральной циркуляционной трубке. Кроме того, восходящий эффект всасывания поднимающегося пара приведет к тому, что раствор в испарителе будет образовывать циркулирующий поток от центральной циркуляционной трубы, нисходящей, к восходящей кипящей трубке. Этот вид цикла в основном вызван разницей плотностей раствора, поэтому его называют естественным циклом. Этот эффект полезен для повышения эффективности теплопередачи внутри испарителя.
Чтобы обеспечить хорошую циркуляцию раствора, площадь поперечного-центрального циркуляционного трубопровода обычно составляет 40-100 % от общей площади поперечного сечения других нагревательных трубок; Высота нагревательной трубы обычно составляет 1-2 м; Диаметр нагревательной трубки составляет 25-75 мм. Этот тип испарителя широко используется благодаря своей компактной конструкции, простоте изготовления, хорошей теплопередаче и надежности работы. Однако из-за конструктивных ограничений скорость езды на велосипеде невысока. При непрерывной циркуляции раствора в камере нагрева его концентрация всегда приближается к концентрации всего раствора, что приводит к высокой температуре кипения раствора и уменьшению эффективной разности температур. Это общий недостаток циркуляционных испарителей. Кроме того, очистка и обслуживание оборудования недостаточно удобны, поэтому данный испаритель сложно полностью удовлетворить производственным требованиям.

2. Чтобы преодолеть недостатки легкой кристаллизации, накипи и сложной очистки испаряющейся жидкости в циркуляционном испарителе, в конструкцию стандартного испарителя было внесено более разумное усовершенствование, которое представляет собой испаритель с подвесной корзиной. Камера нагрева 4 представляет собой корзину, подвешенную в нижней части корпуса испарителя и замененную центральной циркуляционной трубой с кольцевым каналом между внешней стенкой камеры нагрева и внутренней стенкой испарителя. Раствор поднимается по центру нагревательной трубы, а затем течет вниз по кольцевому зазору между внешней стенкой нагревательной камеры с подвесной корзиной и внутренней стенкой испарителя, образуя цикл. Поскольку площадь кольцевого зазора составляет примерно 100–150 % от общей площади поперечного сечения нагревательной трубки, скорость циркуляции раствора выше, чем у стандартного испарителя, достигая 1,5 м/с. Кроме того, нагревательную камеру этого испарителя можно снять сверху для обслуживания или замены, а потери тепла также относительно невелики. Основным его недостатком является сложная конструкция и высокая металлоемкость на единицу площади теплообмена.

3. Упомянутый выше испаритель с естественной циркуляцией имеет недостаточно высокую скорость циркуляции, обычно ниже 1,5 м/с. Сделать испаритель более подходящим для испарения растворов с высокой вязкостью, легкой кристаллизацией или сильным накипением, а также увеличить скорость циркуляции раствора, чтобы продлить рабочий цикл и сократить количество раз очистки.
Его конструктивной особенностью является добавление камеры кипения поверх камеры нагрева. Раствор в камере нагрева не кипит в нагревательной трубке из-за статического давления, создаваемого столбом жидкости в камере кипения. Он может начать кипеть только тогда, когда поднимется в кипящую камеру и давление снизится. Таким образом, кипение и испарение раствора перемещаются из камеры нагрева в камеру кипения без поверхности теплопередачи, что позволяет избежать образования кристаллов или грязи в нагревательной трубке. Кроме того, площадь поперечного сечения- циркуляционной трубки этого испарителя примерно в 2-3 раза превышает общую площадь поперечного сечения нагревательной трубки, а скорость циркуляции раствора может достигать 2,5–3 м/с и более, поэтому общий коэффициент теплопередачи также относительно высок. Основным недостатком этого испарителя являются большие потери разницы температур, вызванные эффектом статического напора столба жидкости (подробнее см. 6.3.1). Для поддержания определенной эффективной разницы температур для нагрева пара требуется высокое давление. Кроме того, оборудование большое, потребляет много материалов и требует высоких заводов. Помимо упомянутого выше испарителя с естественной циркуляцией, при испарении материалов с высокой вязкостью, легкой кристаллизацией и образованием накипи также используется испаритель с принудительной циркуляцией. В этом испарителе циркуляция раствора в основном зависит от внешней энергии, которую насос заставляет течь в определенном направлении для создания циркуляции. Величину скорости циркуляции можно контролировать, регулируя скорость потока насоса, обычно выше 2,5 м/с. Коэффициент теплопередачи испарителя с принудительной циркуляцией также выше, чем у испарителя с общей естественной циркуляцией. Но его очевидным недостатком является высокое энергопотребление, требующее порядка 0,4-0,8 кВт на квадратный метр площади обогрева.

Односторонний-испаритель

Основная особенность этого типаЛабораторные испарителизаключается в том, что раствор проходит через камеру нагрева только один раз в испаритель и выводится в виде концентрированной жидкости без циркулирующего потока. Когда раствор проходит через камеру нагрева, он течет в виде пленки по стенке трубки, поэтому его широко называют жидкостно-пленочным испарителем. В зависимости от различного направления потока материалов в испарителе одноходовые испарители делятся на следующие типы.
1. Нагревательная камера испарителя с восходящей пленкой состоит из множества вертикальных длинных трубок. Обычно используемый диаметр нагревательной трубки составляет 25–50 мм, а соотношение длины трубки к диаметру трубки составляет примерно 100–150. После предварительного нагрева жидкость вводится снизу испарителя и нагревается в нагревательной трубке, кипя и быстро испаряясь. Образующийся пар с высокой скоростью поднимается в нагревательной трубе. Подходящая скорость пара на выходе для работы при нормальном давлении составляет 20-50 м/с, а для работы при пониженном давлении скорость пара может достигать 100-160 м/с или даже выше. Раствор гонится за счет поднимающегося пара, поднимающегося пленкой вдоль стенок трубы и продолжающего испаряться. Смесь пара и жидкости разделяется в сепараторе 2, вся жидкость выводится снизу сепаратора, а вторичный пар – сверху. Следует отметить, что если количество испаряемой из жидкости воды невелико, то будет трудно достичь требуемой скорости пара, т. е. испаритель с восходящей пленкой не пригоден для испарения концентрированных растворов; Он также не подходит для материалов с высокой вязкостью, легкой кристаллизацией или образованием накипи.

2. Разница между испарителем с падающей пленкой и испарителем с восходящей пленкой заключается в том, что питательная жидкость добавляется сверху испарителя и под действием силы тяжести образует пленку, подобную спуску вдоль стенки трубы, испаряется и загустевает во время этого процесса, получая концентрированную жидкость на ее дне. Благодаря механизму образования пленки-, отличному от испарителя с восходящей пленкой, испаритель с падающей пленкой может испарять материалы с более высокой концентрацией, вязкостью (например, в диапазоне 0,05–0,45 Нс/м2) и термической чувствительностью. Однако из-за неравномерного распределения пленки жидкости внутри трубки и меньшего коэффициента теплопередачи по сравнению с испарителем с поднимающейся пленкой он все же не подходит для материалов, склонных к кристаллизации или накипи.
Благодаря пленочному течению раствора в одноходовом испарителе коэффициент конвективной теплопередачи значительно улучшается, позволяя раствору достигать необходимой концентрации за один проход через камеру нагрева без дальнейшей циркуляции. Следовательно, он имеет большие преимущества, чем циркуляционный испаритель. Преимущества отсутствия циркуляции раствора включают: (1) время пребывания раствора в испарителе очень короткое, что делает его особенно подходящим для испарения термочувствительных материалов; (2) Концентрация всего раствора не всегда близка к концентрации готовой жидкости, как в циркуляционном типе, поэтому эффективная разница температур в этом испарителе относительно велика. Его основным недостатком является то, что он весьма чувствителен к колебаниям нагрузки подачи, и когда конструкция или эксплуатация не подходят, сформировать пленку непросто. В это время коэффициент конвективной теплоотдачи существенно снизится.

3. Скребковый испаритель имеет внутри корпуса испарителя нагревательную паровую рубашку, оснащенную вращающимися лопастями или скребками. Существует два типа скребков: фиксированный и роторный. Зазор между первым и внутренней стенкой корпуса составляет 0,5-1,5 мм, а зазор между последним и стенкой меняется в зависимости от числа оборотов ротора. Жидкость добавляется по касательной из верхней части испарителя (также добавляется в лоток для материала, соосный скребку). Под действием силы тяжести, центробежной силы и действия вращающегося скребка раствор образует пленку вращения вниз на внутренней стенке устройства, испаряется и концентрируется во время этого процесса, завершая слив жидкости на дно. Этот тип испарителя представляет собой односторонний испаритель, который использует внешнюю энергию для образования пленки. Его выдающимся преимуществом является сильная адаптируемость к материалам и короткое время пребывания, обычно несколько секунд или десятков секунд, что делает его пригодным для работы с высокой вязкостью (например, экстрактом танина, медом и т. д.) и материалами, склонными к кристаллизации, накипи и чувствительности к нагреванию. Но его конструкция сложна и потребляет много энергии, требуя около 1,5-3 кВт на квадратный метр поверхности теплопередачи. Кроме того, его производительность очень мала, а требования к производству и установке высоки.

Испаритель с прямой контактной передачей тепла

В реальном производствеЛабораторные испарителис прямой контактной теплопередачей иногда применяют. Он смешивает топливо (обычно газ и масло) с воздухом и сжигает его в камере сгорания, погруженной в раствор, образуя высокотемпературное пламя и дым, которые распыляются непосредственно в испаренный раствор через форсунки в нижней части камеры сгорания. Высокотемпературный газ и раствор вступают в непосредственный контакт, при этом происходит передача тепла за счет испарения и испарения воды. Образующийся водяной пар и выхлопной газ выводятся вместе из верхней части испарителя. Глубина погружения камеры сгорания в раствор обычно составляет 0,2-0,6 м, а температура газа, выходящего из камеры сгорания, может достигать более 1000 градусов. Благодаря прямому контактному теплообмену эффект теплопередачи очень хороший, а коэффициент использования тепла высокий. Из-за отсутствия фиксированной стенки для теплопередачи конструкция проста и особенно подходит для испарения материалов, склонных к кристаллизации, накипи и коррозии. Он широко используется при очистке сточных кислот и выпаривании раствора сульфата аммония. Но если не допускается загрязнение испаряемой жидкости дымом, то испаритель такого типа вообще не подходит. А из-за наличия большого количества дыма утилизация вторичного пара ограничена. Кроме того, насадка более склонна к повреждению из-за погружения в высокотемпературную жидкость. Из приведенного выше введения видно, что существует множество конструктивных типов испарителей, каждый из которых имеет свои преимущества, недостатки и применимые ситуации. При выборе первое, что следует учитывать, — может ли он адаптироваться к технологическим характеристикам испаряемого материала, включая его вязкость, термическую чувствительность, коррозионную активность, а также склонность к кристаллизации или образованию отложений. Кроме того, он должен иметь простую конструкцию, простоту изготовления, низкую металлоемкость, удобство обслуживания, хороший эффект теплопередачи и так далее.