Laboratorijski uparjalniki

Glede na gibanje raztopine v uparjalniku ločimo:

Značilnosti izdelka

Obtočni uparjalnik

Ta vrsta uparjalnika omogoča kroženje raztopine v uparjalniku. Zaradi različnih vzrokov cirkulacije jo lahko razdelimo v dve kategoriji: naravno cirkulacijo in prisilno cirkulacijo.
1. Uparjalnik s centralno obtočno cevjo, znan tudi kot standardni uparjalnik. Njegova grelna komora je sestavljena iz navpičnih cevnih snopov, z osrednjo obtočno cevjo velikega premera na sredini, druge grelne cevi manjšega premera pa imenujemo vrelne cevi. Zaradi večje velikosti osrednje obtočne cevi je površina za prenos toplote, ki jo zavzema enota prostornine raztopine, manjša od površine, ki jo zavzema enota prostornine raztopine v vrelni cevi. To pomeni, da je stopnja segrevanja raztopine v osrednji obtočni cevi in ​​drugih grelnih ceveh različna, kar ima za posledico manjšo gostoto mešanice hlapov-tekočine v vrelni cevi kot v osrednji obtočni cevi. Poleg tega bo sesalni učinek dvigajoče se pare navzgor povzročil, da raztopina v uparjalniku tvori krožni tok iz osrednje obtočne cevi, ki se spušča do cevi za vrelišče, ki se dviga. Ta vrsta cikla je v glavnem posledica razlike v gostoti raztopine, zato se imenuje naravni cikel. Ta učinek je koristen za izboljšanje učinkovitosti prenosa toplote znotraj uparjalnika.
Da bi zagotovili dobro kroženje raztopine, je površina prečnega-prereza centralne obtočne cevi na splošno 40-100 % celotne površine prečnega prereza drugih grelnih cevi; Višina grelne cevi je običajno 1-2 m; Premer grelne cevi je med 25-75 mm. Ta vrsta uparjalnika je zaradi svoje kompaktne zgradbe, enostavne izdelave, dobrega prenosa toplote in zanesljivega delovanja zelo razširjena. Vendar pa zaradi strukturnih omejitev hitrost kolesarjenja ni visoka. Z nenehnim kroženjem raztopine v grelni komori se njena koncentracija vedno približa koncentraciji celotne raztopine, kar ima za posledico visoko vrelišče raztopine in zmanjšanje efektivne temperaturne razlike. To je pogosta pomanjkljivost obtočnih uparjalnikov. Poleg tega čiščenje in vzdrževanje opreme ni dovolj priročno, zato ta uparjalnik težko v celoti izpolnjuje proizvodne zahteve.

2. Da bi odpravili pomanjkljivosti enostavne kristalizacije, nabiranja vodnega kamna in težkega čiščenja izhlapevajoče tekočine v obtočnem uparjalniku, je bila izvedena bolj razumna izboljšava strukture standardnega uparjalnika, ki je viseči uparjalnik s košaro. Grelna komora 4 je kot košara, obešena na spodnji del lupine uparjalnika in nadomeščena s centralno obtočno cevjo z obročastim kanalom med zunanjo steno grelne komore in notranjo steno uparjalnika. Raztopina se dviga vzdolž središča grelne cevi in ​​nato teče navzdol vzdolž obročaste reže med zunanjo steno grelne komore viseče košare in notranjo steno uparjalnika, da tvori cikel. Zaradi površine obročaste reže, ki znaša približno 100 do 150 % celotne površine prečnega-prereza grelne cevi, je hitrost kroženja raztopine višja kot pri standardnem uparjalniku in doseže do 1,5 m/s. Poleg tega je mogoče grelno komoro tega uparjalnika odstraniti z vrha za vzdrževanje ali zamenjavo, toplotna izguba pa je prav tako relativno majhna. Njegova glavna pomanjkljivost je zapletena struktura in visoka poraba kovine na enoto toplotne prenosne površine.

3. Hitrost kroženja zgoraj omenjenega uparjalnika z naravnim obtokom ni dovolj visoka, na splošno pod 1,5 m/s. Da bi bil uparjalnik bolj primeren za izhlapevanje raztopin z visoko viskoznostjo, enostavno kristalizacijo ali močnim nastajanjem vodnega kamna, in za povečanje hitrosti kroženja raztopine za podaljšanje delovnega cikla in zmanjšanje števila časov čiščenja.
Njegova strukturna značilnost je dodatek vrelne komore na vrhu grelne komore. Raztopina v grelni komori ne zavre v grelni cevi zaradi statičnega tlaka, ki ga doda stolpec tekočine v vrelni komori. Zavre lahko šele, ko se dvigne do vrelne komore in se tlak zmanjša. Zato se vrenje in uparjanje raztopine premikata iz grelne komore v vrelno komoro brez površine za prenos toplote, s čimer se izognemo nastajanju kristalov ali umazanije v grelni cevi. Poleg tega je površina prečnega prereza obtočne cevi tega uparjalnika približno 2{6}}3-krat večja od skupne površine prečnega prereza grelne cevi, hitrost kroženja raztopine pa lahko doseže 2,5 do 3 m/s ali več, tako da je tudi skupni koeficient prenosa toplote relativno visok. Glavna pomanjkljivost tega uparjalnika je velika izguba temperaturne razlike, ki jo povzroča učinek statične tlačne višine stolpca tekočine (za podrobnosti glejte 6.3.1). Za vzdrževanje določene efektivne temperaturne razlike je potreben visok tlak za segrevanje pare. Poleg tega je oprema velika, porabi veliko materialov in zahteva visoke tovarne. Poleg zgoraj omenjenega uparjalnika z naravnim obtokom se pri uparjanju materialov z visoko viskoznostjo, enostavno kristalizacijo in nastajanjem vodnega kamna uporablja tudi uparjalnik s prisilnim obtokom. V tem uparjalniku je kroženje raztopine v glavnem odvisno od zunanje energije, ki jo prisili črpalka, da teče v določeni smeri, da ustvari kroženje. Velikost krožne hitrosti je mogoče nadzorovati s prilagajanjem pretoka črpalke, običajno nad 2,5 m/s. Tudi koeficient toplotnega prehoda uparjalnika s prisilnim kroženjem je višji kot pri splošnem naravnem kroženju. Toda njegova očitna pomanjkljivost je visoka poraba energije, ki zahteva približno 0,4-0,8 kW na kvadratni meter ogrevalne površine.

Enosmerni-uparjalnik

Glavna značilnost te vrsteLaboratorijski uparjalnikije, da gre raztopina samo enkrat skozi grelno komoro v uparjalniku in se izpusti kot koncentrirana tekočina brez kroženja. Ko gre raztopina skozi grelno komoro, teče v obliki filma na steni cevi, zato je splošno znan kot uparjalnik s tekočim filmom. Glede na različne smeri pretoka materialov v uparjalniku so enoprehodni uparjalniki razdeljeni na naslednje vrste.
1. Grelna komora uparjalnika z dvigajočim se filmom je sestavljena iz številnih navpičnih dolgih cevi. Običajno uporabljen premer grelne cevi je 25-50 mm, razmerje med dolžino cevi in ​​premerom cevi pa je približno 100-150. Po predgretju se tekočina uvaja z dna uparjalnika in segreva v grelni cevi, vre in hitro uparja. Ustvarjena para se z veliko hitrostjo dviga v grelno cev. Primerna izhodna hitrost pare za delovanje z normalnim tlakom je 20-50 m/s, za delovanje z zmanjšanim tlakom pa lahko hitrost pare doseže 100-160 m/s ali celo več. Raztopino poganja dvigajoča se para, ki se dviga v filmu vzdolž stene cevi in ​​še naprej izhlapeva. Mešanica hlapov in tekočine se loči v separatorju 2, pri čemer se celotna tekočina odvaja z dna separatorja, medtem ko se sekundarna para odvaja z vrha. Upoštevati je treba, da če količina vode, ki izhlapi iz tekočine, ni velika, bo težko doseči zahtevano hitrost pare, to je, da uparjalnik z dvigajočim filmom ni primeren za izhlapevanje koncentriranih raztopin; Prav tako ni primeren za materiale z visoko viskoznostjo, enostavno kristalizacijo ali luščenjem.

2. Razlika med uparjalnikom s padajočim filmom in uparjalnikom z dvigajočim se filmom je v tem, da se napajalna tekočina doda z vrha uparjalnika in pod vplivom gravitacije tvori film, kot je spust vzdolž stene cevi, ter med tem postopkom izhlapi in se zgosti, tako da na dnu dobi koncentrirano tekočino. Zaradi drugačnega mehanizma za-tvorjenje filma od uparjalnika z dvigajočim filmom lahko uparjalnik s padajočim filmom izhlapi materiale z višjo koncentracijo, viskoznostjo (na primer v območju 0,05–0,45Ns/m2) in toplotno občutljivostjo. Vendar pa zaradi neenakomerne porazdelitve tekočega filma v cevi in ​​manjšega koeficienta prenosa toplote v primerjavi z dvigajočim filmskim uparjalnikom še vedno ni primeren za materiale, ki so nagnjeni k kristalizaciji ali luščenju.
Zaradi filma podobnega toka raztopine v enosmernem-uparjalniku je konvektivni koeficient prenosa toplote močno izboljšan, kar omogoča, da raztopina doseže zahtevano koncentracijo v enem prehodu skozi grelno komoro brez nadaljnjega kroženja. Zato ima večje prednosti kot obtočni uparjalnik. Prednosti neobtoka raztopine vključujejo: (1) čas zadrževanja raztopine v uparjalniku je zelo kratek, zaradi česar je posebej primerna za izparevanje toplotno občutljivih materialov; (2) Koncentracija celotne raztopine ni vedno blizu koncentracije končne tekočine, kot pri obtočnem tipu, zato je efektivna temperaturna razlika tega uparjalnika razmeroma velika. Njegova glavna pomanjkljivost je, da je precej občutljiv na nihanja obremenitve podajanja, in če zasnova ali delovanje nista primerna, ni lahko oblikovati filma. V tem času se bo konvektivni koeficient prenosa toplote znatno zmanjšal.

3. Uparjalnik s strgalom ima v lupini uparjalnika grelni parni plašč, ki je opremljen z vrtljivimi rezili ali strgali. Obstajata dve vrsti strgal: fiksni in rotorski. Razmik med prvim in notranjo steno lupine je 0,5-1,5 mm, medtem ko se razmik med drugim in steno spreminja glede na število vrtljajev rotorja. Tekočino dodajamo vzdolž tangentne smeri od zgornjega dela uparjalnika (dodajamo jo tudi v pladenj za material koaksialno s strgalom). Zaradi gravitacije, centrifugalne sile in delovanja vrtljivega strgala raztopina tvori film, ki se vrti navzdol na notranji steni naprave in se med tem postopkom izhlapi in koncentrira, s čimer se dokonča odvajanje tekočine na dnu. Ta vrsta uparjalnika je enosmerni uparjalnik, ki uporablja zunanjo energijo za oblikovanje filma. Njegova izjemna prednost je močna prilagodljivost materialom in kratek zadrževalni čas, običajno nekaj sekund ali deset sekund, zaradi česar je primeren za visoko viskoznost (kot so taninski izvleček, med itd.) in materiale, ki so nagnjeni k kristalizaciji, luščenju in toplotni občutljivosti. Toda njegova struktura je zapletena in porabi veliko energije, kar zahteva približno 1,5-3kW na kvadratni meter površine za prenos toplote. Poleg tega je njegova zmogljivost obdelave zelo majhna, zahteve glede izdelave in namestitve pa visoke.

Uparjalnik z neposrednim kontaktnim prenosom toplote

V dejanski proizvodnji,Laboratorijski uparjalnikiz neposrednim kontaktnim prenosom toplote se včasih uporabljajo. Zmeša gorivo (običajno plin in olje) z zrakom in ga zažge v zgorevalni komori, potopljeni v raztopino, pri čemer nastane visoko{1}}temperaturni plamen in dim, ki se skozi šobe na dnu zgorevalne komore neposredno razprši v izhlapelo raztopino. Visokotemperaturni plin in raztopina prideta v neposreden stik, medtem ko pride do prenosa toplote za izparevanje in uparjanje vode. Nastala vodna para in izpušni plini se skupaj odvajajo z vrha uparjalnika. Globina potopitve njegove zgorevalne komore v raztopino je običajno 0,2-0,6m, temperatura plina, ki izstopa iz zgorevalne komore, pa lahko doseže več kot 1000 stopinj. Zaradi neposrednega kontaktnega prenosa toplote je njegov učinek prenosa toplote zelo dober in stopnja izkoristka toplote je visoka. Zaradi pomanjkanja fiksne stene za prenos toplote je struktura enostavna in posebej primerna za izhlapevanje materialov, ki so nagnjeni k kristalizaciji, luščenju in koroziji. Veliko se uporablja pri obdelavi odpadne kisline in izhlapevanju raztopine amonijevega sulfata. Če pa uparjena tekočina ne sme biti kontaminirana z dimom, potem ta vrsta uparjalnika na splošno ni primerna. In zaradi prisotnosti velike količine dima je izraba sekundarne pare omejena. Poleg tega je šoba bolj nagnjena k poškodbam zaradi potopitve v tekočino z visoko temperaturo. Iz zgornjega uvoda je razvidno, da obstaja veliko strukturnih tipov uparjalnikov, od katerih ima vsak svoje prednosti, slabosti in uporabne situacije. Pri izbiri je treba najprej upoštevati, ali se lahko prilagodi procesnim značilnostim uparjenega materiala, vključno z njegovo viskoznostjo, toplotno občutljivostjo, jedkostjo in ali je nagnjen h kristalizaciji ali luščenju. Nato mora imeti preprosto strukturo, enostavno izdelavo, nizko porabo kovine, priročno vzdrževanje, dober učinek prenosa toplote itd.