Laboratorijski isparivači

Prema kretanju rastvora u isparivaču postoje:

Karakteristike proizvoda

Cirkulacioni isparivač

Ovaj tip isparivača omogućava da otopina cirkulira u isparivaču. Zbog različitih uzroka cirkulacije, može se podijeliti u dvije kategorije: prirodna cirkulacija i prisilna cirkulacija.
1. Centralna cirkulacijska cijev isparivača, također poznata kao standardni isparivač. Njegova grejna komora se sastoji od vertikalnih snopova cevi, sa centralnom cirkulacionom cevi velikog prečnika u sredini, a ostale grejne cevi manjeg prečnika nazivaju se cevi za vrenje. Zbog veće veličine centralne cirkulacione cijevi, površina prijenosa topline koju zauzima jedinični volumen otopine je manja od one koju zauzima jedinični volumen otopine u cijevi za ključanje. To znači da je stepen zagrevanja rastvora u centralnoj cirkulacionoj cevi i drugim grejnim cevima različit, što rezultira manjom gustinom smeše pare{4}}tečnosti u cevi za ključanje nego u centralnoj cirkulacijskoj cevi. Osim toga, efekat usisa pare koja se diže prema gore će uzrokovati da otopina u isparivaču formira cirkulirajući tok od centralne cirkulacione cijevi koja se spušta do cijevi za vrenje koja se uzdiže. Ovakav ciklus uglavnom je uzrokovan razlikom gustine otopine, pa se naziva prirodni ciklus. Ovaj efekat je koristan za poboljšanje efikasnosti prenosa toplote unutar isparivača.
Kako bi se osigurala dobra cirkulacija otopine, površina poprečnog -poprečnog presjeka centralne cirkulacione cijevi je općenito 40-100% ukupne površine poprečnog presjeka ostalih cijevi za grijanje; Visina cijevi za grijanje je uglavnom 1-2m; Prečnik cevi za grejanje je između 25-75mm. Ovaj tip isparivača se široko koristi zbog svoje kompaktne strukture, jednostavne proizvodnje, dobrog prijenosa topline i pouzdanog rada. Međutim, zbog strukturalnih ograničenja, brzina bicikliranja nije velika. Kontinuiranim kruženjem otopine u komori za grijanje, njegova koncentracija se uvijek približava onoj potpune otopine, što rezultira visokom tačkom ključanja otopine i smanjenjem efektivne temperaturne razlike. Ovo je uobičajeni nedostatak cirkulirajućih isparivača. Osim toga, čišćenje i održavanje opreme nisu dovoljno zgodni, pa je ovaj isparivač teško u potpunosti ispuniti zahtjeve proizvodnje.

2. Da bi se prevazišli nedostaci lake kristalizacije, kamenca i otežanog čišćenja tečnosti koja isparava u cirkulišućem isparivaču, napravljeno je razumnije poboljšanje strukture standardnog isparivača, a to je isparivač sa suspenzijom. Grejna komora 4 je poput korpe, okačena na donji deo kućišta isparivača, a zamenjena je centralnom cirkulacijskom cevi sa prstenastim kanalom između spoljašnjeg zida grejne komore i unutrašnjeg zida isparivača. Rastvor se diže duž centra cijevi za grijanje, a zatim teče prema dolje duž prstenastog razmaka između vanjskog zida komore za grijanje viseće košare i unutrašnjeg zida isparivača kako bi se formirao ciklus. S obzirom da površina prstenastog razmaka iznosi približno 100 do 150% ukupne površine poprečnog presjeka cijevi za grijanje, brzina cirkulacije otopine je veća od one kod standardnog isparivača i dostiže do 1,5 m/s. Osim toga, komora za grijanje ovog isparivača može se ukloniti sa 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 navedeni isparivač s prirodnom cirkulacijom ima brzinu cirkulacije koja nije dovoljno visoka, uglavnom ispod 1,5 m/s. Da bi isparivač bio pogodniji za isparavanje rastvora visokog viskoziteta, lake kristalizacije ili jakog kamenca, i da bi se povećala brzina cirkulacije rastvora kako bi se produžio radni ciklus i smanjio broj vremena čišćenja.
Njegova strukturna karakteristika je dodavanje komore za vrenje na vrhu komore za grejanje. Rastvor u komori za grejanje ne ključa u grejnoj cevi zbog statičkog pritiska koji dodaje kolona tečnosti u komori za vrenje. Može da počne da ključa tek kada se podigne do komore za vrenje i kada se pritisak smanji. Stoga se ključanje i isparavanje otopine kreću iz komore za grijanje u komoru za vrenje 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 ukupne površine poprečnog presjeka cijevi za grijanje, a brzina cirkulacije otopine može doseći 2,5 do 3 m/s ili više, tako da je i ukupni koeficijent prijenosa topline relativno visok. Glavni nedostatak ovog isparivača je veliki gubitak temperaturne razlike uzrokovan efektom statičkog pritiska na stub tečnosti (pogledajte 6.3.1 za detalje). Da bi se održala određena efektivna temperaturna razlika, potreban je visok pritisak za zagrevanje pare. Osim toga, oprema je velika, troši mnogo materijala i zahtijeva visoke fabrike. Pored gore pomenutog isparivača sa prirodnom cirkulacijom, isparivač sa prinudnom cirkulacijom se takođe koristi kada se isparavaju materijali visokog viskoziteta, lake kristalizacije i skaliranja. U ovom isparivaču, cirkulacija otopine se uglavnom oslanja na vanjsko napajanje, koje je prisiljeno da teče u određenom smjeru pomoću pumpe kako bi se stvorila cirkulacija. Veličina brzine cirkulacije može se kontrolisati podešavanjem brzine protoka pumpe, obično iznad 2,5 m/s. Koeficijent prolaza toplote isparivača sa prinudnom cirkulacijom je takođe veći od koeficijenta opšte prirodne cirkulacije. Ali njegov očigledan nedostatak je visoka potrošnja energije, koja zahtijeva oko 0,4-0,8 kW po kvadratnom metru grijne površine.

Jedno-isparivač

Glavna karakteristika ove vrsteLaboratorijski isparivačije da otopina samo jednom prolazi kroz komoru za grijanje u isparivaču i ispušta se kao koncentrirana tekućina bez cirkulirajućeg toka. Kada otopina prođe kroz komoru za grijanje, ona teče u obliku filma na stijenci cijevi, tako da je uobičajeno poznat kao isparivač tekućeg filma. Prema različitim smjerovima protoka materijala u isparivaču, jednoprolazni isparivači se dijele na sljedeće tipove.
1. Komora za grijanje isparivača sa uzdižućim filmom sastoji se od mnogih vertikalnih dugih cijevi. Uobičajeni promjer cijevi za grijanje je 25-50 mm, a omjer dužine cijevi i promjera cijevi je približno 100-150. Nakon predgrijavanja, tekućina se unosi sa dna isparivača i zagrijava u cijevi za grijanje, ključa i brzo isparava. Stvorena para raste velikom brzinom u cijevi za grijanje. Pogodna izlazna brzina pare za normalan rad pod pritiskom je 20-50m/s, a za rad sa smanjenim pritiskom, brzina pare može doseći 100-160m/s ili čak i više. Rastvor se pokreće parom koja se diže, uzdiže se u filmu duž zida cijevi i nastavlja da isparava. Smjesa pare i tečnosti se odvaja u separatoru 2, a kompletna tečnost se ispušta sa dna separatora, dok se sekundarna para ispušta sa vrha. Treba napomenuti da ako količina vode koja se ispari iz tekućine nije velika, bit će teško postići potrebnu brzinu pare, odnosno isparivač uzdižući film nije pogodan za isparavanje koncentriranih otopina; Takođe nije pogodan za materijale visokog viskoziteta, lake kristalizacije ili skaliranja.

2. Razlika između isparivača sa padajućim filmom i isparivača sa dižućim filmom je u tome što se tečnost za punjenje dodaje sa vrha isparivača, i pod dejstvom gravitacije formira film poput spuštanja duž zida cevi, i isparava i zgušnjava se tokom ovog procesa, dobijajući koncentrovanu tečnost na svom dnu. Zbog različitog mehanizma za stvaranje filma-od isparivača uzdižućeg filma, isparivač sa padajućim filmom može ispariti materijale veće koncentracije, viskoziteta (kao što je u rasponu od 0,05-0,45Ns/m2) i toplinske osjetljivosti. Međutim, zbog neravnomjerne distribucije tekućeg filma unutar cijevi i manjeg koeficijenta prijenosa topline u odnosu na isparivač uzdižući film, još uvijek nije prikladan za materijale koji su skloni kristalizaciji ili ljuštenju.
Zbog protoka otopine nalik na film u jednosmjernom-isparivaču, koeficijent konvektivnog prijenosa topline je znatno poboljšan, omogućavajući otopini da postigne potrebnu koncentraciju u jednom prolazu kroz komoru za grijanje bez dalje cirkulacije. Stoga ima veće prednosti od cirkulacionog isparivača. Prednosti necirkulacije rastvora uključuju: (1) vreme zadržavanja rastvora u isparivaču je veoma kratko, što ga čini posebno pogodnim za isparavanje termoosetljivih materijala; (2) Koncentracija cjelokupne otopine nije uvijek bliska koncentraciji gotove tečnosti kao kod cirkulacionog tipa, pa je efektivna temperaturna razlika ovog isparivača relativno velika. Njegov glavni nedostatak je što je prilično osjetljiv na fluktuacije u opterećenju, a kada dizajn ili rad nije prikladan, nije lako formirati film. U ovom trenutku će se koeficijent konvektivnog prijenosa topline značajno smanjiti.

3. Isparivač strugača ima grijaću parnu košuljicu unutar kućišta isparivača, koja je opremljena rotirajućim noževima ili strugačima. Postoje dvije vrste strugača: fiksni i rotorski. Razmak između prvog i unutrašnjeg zida ljuske je 0,5-1,5 mm, dok zazor između drugog i zida varira sa brojem obrtaja rotora. Tečnost se dodaje u pravcu tangente od gornjeg dela isparivača (također se dodaje u ležište za materijal koaksijalno sa strugačem). Zbog gravitacije, centrifugalne sile i djelovanja rotirajućeg strugača, otopina formira film rotacije prema dolje na unutrašnjoj stijenci uređaja, te se tokom ovog procesa isparava i koncentrira, dovršavajući ispuštanje tekućine na dno. Ovaj tip isparivača je jednosmjerni isparivač koji koristi vanjsku snagu za formiranje filma. Njegova izvanredna prednost je snažna prilagodljivost materijalima i kratko vrijeme zadržavanja, obično nekoliko sekundi ili desetina sekundi, što ga čini pogodnim za visoke viskoznosti (kao što su ekstrakt tanina, med, itd.) i materijale koji su skloni kristalizaciji, ljuštenju i osjetljivosti na toplinu. Ali njegova struktura je složena i troši mnogo energije, zahtijevajući oko 1,5-3 kW po kvadratnom metru površine za prijenos topline. Osim toga, njegov kapacitet obrade je vrlo mali, a zahtjevi za proizvodnju i instalaciju su visoki.

Isparivač sa direktnim kontaktom za prijenos topline

U stvarnoj proizvodnji,Laboratorijski isparivačis direktnim kontaktom prijenosa topline ponekad se koriste. On miješa gorivo (obično plin i ulje) sa zrakom i sagorijeva ga u komori za sagorijevanje uronjenoj u otopinu, stvarajući visoko-plamen i dim koji se direktno raspršuju u ispareni rastvor kroz mlaznice na dnu komore za izgaranje. Visokotemperaturni plin i otopina dolaze u direktan kontakt, dok dolazi do prijenosa topline da bi isparila i isparila voda. Rezultirajuća vodena para i ispušni plin se zajedno ispuštaju s vrha isparivača. Dubina uranjanja njegove komore za sagorevanje u rastvor je generalno 0,2-0,6m, a temperatura gasa koji izlazi iz komore za sagorevanje može dostići preko 1000 stepeni. Zbog direktnog kontaktnog prijenosa topline, njegov učinak prijenosa topline je vrlo dobar i stopa iskorištenja topline je visoka. Zbog nedostatka fiksnog zida za prijenos topline, struktura je jednostavna i posebno pogodna za isparavanje materijala koji su skloni kristalizaciji, ljuštenju i koroziji. Široko se koristi u tretmanu otpadnih kiselina i isparavanju otopine amonijum sulfata. Ali ako se isparena tekućina ne smije kontaminirati dimom, onda ovaj tip isparivača općenito nije prikladan. A zbog prisustva velike količine dima, korištenje sekundarne pare je ograničeno. Osim toga, mlaznica je sklonija oštećenjima zbog potapanja u tekućinu visoke temperature. Iz gornjeg uvoda može se vidjeti da postoji mnogo strukturnih tipova isparivača, od kojih svaki ima svoje prednosti, nedostatke i primjenjive situacije. Prilikom odabira, prva stvar koju treba uzeti u obzir je može li se prilagoditi procesnim karakteristikama isparenog materijala, uključujući njegovu viskoznost, toplinsku osjetljivost, korozivnost i da li je sklon kristalizaciji ili skaliranju. Zatim, potrebno je imati jednostavnu strukturu, laku proizvodnju, nisku potrošnju metala, praktično održavanje, dobar učinak prijenosa topline itd.