Laboratorijski isparivači

Prema kretanju otopine u isparivaču postoje:

Značajke proizvoda

Cirkulacijski isparivač

Ovaj tip isparivača omogućuje kruženje otopine u isparivaču. Zbog različitih uzroka cirkulacije, može se podijeliti u dvije kategorije: prirodna cirkulacija i prisilna cirkulacija.
1. Centralni cijevni isparivač za cirkulaciju, poznat i kao standardni isparivač. Njegova komora za grijanje sastoji se od okomitih snopova cijevi, sa središnjom cirkulacijskom cijevi velikog promjera u sredini, a ostale grijaće cijevi manjeg promjera nazivaju se cijevima za kuhanje. Zbog veće veličine središnje cirkulacijske cijevi, površina prijenosa topline koju zauzima jedinični volumen otopine manja je od one koju zauzima jedinični volumen otopine u cijevi za vrenje. To znači da je stupanj zagrijavanja otopine u središnjoj cirkulacijskoj cijevi i drugim grijaćim cijevima različit, što rezultira manjom gustoćom smjese pare-tekućine u cijevi za kipuće nego u središnjoj cirkulacijskoj cijevi. Osim toga, učinak usisa uzlazne pare uzrokovat će da otopina u isparivaču formira cirkulirajući tok iz središnje cirkulacijske cijevi koja se spušta do cijevi za ključanje koja se uzlazno penje. Ova vrsta ciklusa je uglavnom uzrokovana razlikom u gustoći otopine, pa se naziva prirodnim ciklusom. Ovaj učinak je koristan za poboljšanje učinkovitosti prijenosa topline unutar isparivača.
Kako bi se osigurala dobra cirkulacija otopine, površina popre-presjeka središnje cirkulacijske cijevi općenito iznosi 40-100% ukupne površine poprečnog presjeka ostalih cijevi za grijanje; Visina grijaće cijevi je općenito 1-2 m; Promjer grijaće cijevi je između 25-75 mm. Ovaj tip isparivača ima široku primjenu zbog svoje kompaktne strukture, jednostavne izrade, dobrog prijenosa topline i pouzdanog rada. Međutim, zbog strukturalnih ograničenja, brzina bicikliranja nije velika. Kontinuiranim kruženjem otopine u komori za grijanje, njezina se koncentracija uvijek približava koncentraciji cijele otopine, što rezultira visokim vrelištem otopine i smanjenjem efektivne temperaturne razlike. Ovo je uobičajeni nedostatak cirkulacijskih isparivača. Osim toga, čišćenje i održavanje opreme nisu dovoljno praktični, tako da je ovaj isparivač teško u potpunosti zadovoljiti proizvodne zahtjeve.

2. Kako bi se prevladali nedostaci lake kristalizacije, kamenca i teškog čišćenja tekućine koja isparava u cirkulirajućem isparivaču, učinjeno je razumnije poboljšanje strukture standardnog isparivača, a to je viseći isparivač s košarom. Komora za grijanje 4 je poput košare, obješena na donjem dijelu ljuske isparivača, a zamijenjena središnjom cirkulacijskom cijevi s prstenastim kanalom između vanjske stijenke komore za grijanje i unutarnje stijenke isparivača. Otopina se diže duž središta cijevi za grijanje, a zatim teče prema dolje duž prstenastog razmaka između vanjske stijenke komore za grijanje viseće košare i unutarnje stijenke isparivača kako bi formirala ciklus. Budući da površina prstenastog otvora iznosi približno 100 do 150% ukupne površine poprečnog-presjeka cijevi za grijanje, brzina kruženja otopine veća je od one kod standardnog isparivača i doseže do 1,5 m/s. Osim toga, komora za grijanje ovog isparivača može se ukloniti s vrha radi održavanja ili zamjene, a gubitak topline je također relativno mali. Njegov glavni nedostatak je složena struktura i velika potrošnja metala po jedinici površine prijenosa topline.

3. Gore spomenuti isparivač s prirodnom cirkulacijom ima nedovoljno visoku brzinu cirkulacije, općenito ispod 1,5 m/s. Učiniti isparivač prikladnijim za isparavanje otopina s visokom viskoznošću, lakom kristalizacijom ili jakim stvaranjem kamenca, te povećati brzinu cirkulacije otopine kako bi se produžio radni ciklus i smanjio broj vremena čišćenja.
Njegova strukturna značajka je dodatak komore za kuhanje na vrhu komore za grijanje. Otopina u komori za grijanje ne vrije u cijevi za grijanje zbog statičkog tlaka koji stvara stupac tekućine u komori za kuhanje. Može početi ključati tek kada se popne do komore za kuhanje i tlak se smanji. Stoga se vrenje i isparavanje otopine pomiču iz komore za grijanje u komoru za kuhanje bez površine za prijenos topline, čime se izbjegava stvaranje kristala ili prljavštine u cijevi za grijanje. Osim toga, površina poprečnog-presjeka cirkulacijske cijevi ovog isparivača je oko 2-3 puta veća od ukupne površine poprečnog presjeka cijevi za grijanje, a brzina cirkulacije otopine može doseći 2,5 do 3 m/s ili više, tako da je ukupni koeficijent prijenosa topline također relativno visok. Glavni nedostatak ovog isparivača je veliki gubitak temperaturne razlike uzrokovan efektom visine statičkog tlaka stupca tekućine (pogledajte 6.3.1 za detalje). Da bi se održala određena efektivna temperaturna razlika, potreban je visok tlak za zagrijavanje pare. Osim toga, oprema je velika, troši puno materijala i zahtijeva visoke tvornice. Uz gore spomenuti isparivač s prirodnom cirkulacijom, isparivač s prisilnom cirkulacijom također se koristi kada se isparavaju materijali visoke viskoznosti, lake kristalizacije i stvaranja kamenca. U ovom isparivaču, cirkulacija otopine uglavnom se oslanja na vanjsku snagu, koju pumpa prisiljava da teče u određenom smjeru kako bi se stvorila cirkulacija. Veličina brzine cirkulacije može se kontrolirati podešavanjem protoka crpke, obično iznad 2,5 m/s. Koeficijent prijenosa topline isparivača s prisilnom cirkulacijom također je veći od koeficijenta opće prirodne cirkulacije. Ali njegov očiti nedostatak je velika potrošnja energije, koja zahtijeva oko 0,4-0,8 kW po kvadratnom metru grijaće površine.

Jednosmjerni-isparivač

Glavna značajka ove vrsteLaboratorijski isparivačije da otopina samo jednom prolazi kroz komoru za grijanje u isparivaču i ispušta se kao koncentrirana tekućina bez kruženja. Kada otopina prolazi kroz komoru za grijanje, teče u obliku filma na stijenci cijevi, pa je općenito poznat kao isparivač s tekućim filmom. Prema različitim smjerovima protoka materijala u isparivaču, jednoprolazni isparivači dijele se na sljedeće tipove.
1. Komora za grijanje isparivača s uzlaznim filmom sastoji se od mnogo okomitih dugih cijevi. Uobičajeni promjer cijevi za grijanje je 25-50 mm, a omjer duljine cijevi i promjera cijevi je približno 100-150. Nakon predgrijavanja, tekućina se uvodi s dna isparivača i zagrijava u cijevi za grijanje, vrije i brzo isparava. Stvorena para se diže velikom brzinom u grijaćoj cijevi. Prikladna izlazna brzina pare za rad s normalnim tlakom je 20-50 m/s, a za rad s niskim tlakom, brzina pare može doseći 100-160 m/s ili čak i više. Otopinu pokreće para koja se diže, diže se u obliku filma duž stijenke cijevi i nastavlja isparavati. Smjesa pare i tekućine odvaja se u separatoru 2, te se kompletna tekućina ispušta s dna separatora, dok se sekundarna para ispušta s vrha. Treba napomenuti da ako količina vode koja je isparila iz tekućine nije velika, bit će teško postići potrebnu brzinu pare, odnosno isparivač s uzlaznim filmom nije prikladan za isparavanje koncentriranih otopina; Također nije prikladan za materijale s visokom viskoznošću, lakom kristalizacijom ili stvaranjem kamenca.

2. Razlika između isparivača s padajućim filmom i isparivača s rastućim filmom je u tome što se dovodna tekućina dodaje s vrha isparivača, a pod djelovanjem gravitacije, formira film poput spuštanja duž stijenke cijevi, te isparava i zgušnjava se tijekom ovog procesa, dobivajući koncentriranu tekućinu na dnu. Zbog različitog mehanizma za-oblikovanje filma od isparivača uzlaznog filma, isparivač padajućeg filma može ispariti materijale s višom koncentracijom, viskoznošću (kao što je u rasponu od 0,05-0,45Ns/m2) i toplinskom osjetljivošću. Međutim, zbog neravnomjerne raspodjele tekućeg filma unutar cijevi i manjeg koeficijenta prijenosa topline u usporedbi s isparivačem uzlaznog filma, još uvijek nije prikladan za materijale koji su skloni kristalizaciji ili kamencu.
Zbog filma poput protoka otopine u jednosmjernom-isparivaču, konvektivni koeficijent prijenosa topline znatno je poboljšan, omogućujući otopini da postigne potrebnu koncentraciju u jednom prolazu kroz komoru za grijanje bez daljnje cirkulacije. Stoga ima veće prednosti od cirkulacijskog isparivača. Prednosti nekruženja otopine uključuju: (1) vrijeme zadržavanja otopine u isparivaču je vrlo kratko, što je čini posebno pogodnom za isparavanje termoosjetljivih materijala; (2) Koncentracija cijele otopine nije uvijek blizu koncentracije gotove tekućine kao kod cirkulacijskog tipa, tako da je efektivna temperaturna razlika ovog isparivača relativno velika. Njegov glavni nedostatak je da je prilično osjetljiv na fluktuacije u opterećenju punjenja, a kada dizajn ili rad nisu prikladni, nije lako oblikovati film. U ovom trenutku, konvektivni koeficijent prijenosa topline značajno će se smanjiti.

3. Isparivač strugača ima grijaći parni omotač unutar ljuske isparivača, koji je opremljen rotirajućim oštricama ili strugačima. Postoje dvije vrste strugača: fiksni tip i tip rotora. Razmak između prvog i unutarnje stijenke ljuske je 0,5-1,5 mm, dok razmak između drugog i stijenke varira s brojem okretaja rotora. Tekućina se dodaje duž tangente iz gornjeg dijela isparivača (također se dodaje u ladicu za materijal koaksijalno sa strugačem). Zbog gravitacije, centrifugalne sile i djelovanja rotirajućeg strugača, otopina stvara film rotacije prema dolje na unutarnjoj stijenci uređaja, te se isparava i koncentrira tijekom ovog procesa, dovršavajući ispuštanje tekućine na dnu. Ova vrsta isparivača je jednosmjerni isparivač koji koristi vanjsku snagu za stvaranje filma. Njegova izvanredna prednost je snažna prilagodljivost materijalima i kratko vrijeme zadržavanja, obično nekoliko sekundi ili desetaka sekundi, što ga čini prikladnim za visoku viskoznost (kao što je ekstrakt tanina, med itd.) i materijale koji su skloni kristalizaciji, kamencu i osjetljivosti na toplinu. Ali njegova je struktura složena i troši puno energije, zahtijevajući oko 1,5-3kW po kvadratnom metru površine za prijenos topline. Osim toga, njegov kapacitet obrade je vrlo mali, a zahtjevi za proizvodnju i ugradnju su visoki.

Isparivač s izravnim kontaktnim prijenosom topline

U stvarnoj proizvodnji,Laboratorijski isparivačis izravnim kontaktnim prijenosom topline ponekad se koriste. Miješa gorivo (obično plin i ulje) sa zrakom i sagorijeva ga u komori za izgaranje uronjenoj u otopinu, proizvodeći plamen-visoke temperature i dim koji se izravno raspršuje u isparenu otopinu kroz mlaznice na dnu komore za izgaranje. Visokotemperaturni plin i otopina dolaze u izravan kontakt, dok se prijenos topline događa isparavanjem i isparavanjem vode. Nastala vodena para i ispušni plin zajedno se ispuštaju s vrha isparivača. Dubina uranjanja njegove komore za izgaranje u otopinu općenito je 0,2-0,6m, a temperatura plina koji izlazi iz komore za izgaranje može doseći preko 1000 stupnjeva. Zbog izravnog kontaktnog prijenosa topline, njegov učinak prijenosa topline je vrlo dobar, a stopa iskorištenja topline je visoka. Zbog nedostatka fiksne stijenke za prijenos topline, struktura je jednostavna i posebno pogodna za isparavanje materijala koji su skloni kristalizaciji, kamencu i koroziji. Naširoko se koristi u obradi otpadnih kiselina i isparavanju otopine amonijevog sulfata. Ali ako se isparena tekućina ne zaprlja dimom, onda ova vrsta isparivača općenito nije prikladna. A zbog prisutnosti velike količine dima ograničeno je iskorištenje sekundarne pare. Osim toga, mlaznica je sklonija oštećenjima zbog uranjanja u tekućinu visoke temperature. Iz gornjeg uvoda može se vidjeti da postoji mnogo strukturnih tipova isparivača, svaki sa svojim prednostima, nedostacima i primjenjivim situacijama. Prilikom odabira, prvo što treba uzeti u obzir je može li se prilagoditi procesnim karakteristikama isparenog materijala, uključujući njegovu viskoznost, toplinsku osjetljivost, korozivnost i je li sklon kristalizaciji ili kamencu. Zatim, zahtijeva se jednostavna struktura, laka proizvodnja, niska potrošnja metala, praktično održavanje, dobar učinak prijenosa topline i tako dalje.