Laboratoriumverdampers

Afhankelijk van de beweging van de oplossing in de verdamper zijn er:

Producteigenschappen

Circulerende verdamper

Dit type verdamper zorgt ervoor dat de oplossing in de verdamper kan circuleren. Vanwege verschillende oorzaken van circulatie kan deze in twee categorieën worden verdeeld: natuurlijke circulatie en geforceerde circulatie.
1. Verdamper met centrale circulatiebuis, ook wel standaardverdamper genoemd. De verwarmingskamer bestaat uit verticale buisbundels, met in het midden een centrale circulatiebuis met een grote diameter, en de andere verwarmingsbuizen met een kleinere diameter worden kookbuizen genoemd. Vanwege de grotere afmeting van de centrale circulatiebuis is het warmteoverdrachtsoppervlak dat wordt ingenomen door een eenheidsvolume oplossing kleiner dan dat ingenomen door een eenheidsvolume oplossing in de kookbuis. Dit betekent dat de verwarmingsgraad van de oplossing in de centrale circulatiebuis verschillend is van die van andere verwarmingsbuizen, wat resulteert in een lagere dichtheid van het damp-vloeistofmengsel in de kookbuis dan in de centrale circulatiebuis. Bovendien zal het opwaartse zuigeffect van opstijgende stoom ervoor zorgen dat de oplossing in de verdamper een circulerende stroom vormt vanuit de centrale circulatiebuis die afdaalt naar de opstijgende kookbuis. Dit soort cyclus wordt voornamelijk veroorzaakt door het dichtheidsverschil van de oplossing en wordt daarom een ​​natuurlijke cyclus genoemd. Dit effect is gunstig voor het verbeteren van de efficiëntie van de warmteoverdracht in de verdamper.
Om een ​​goede circulatie van de oplossing te garanderen, bedraagt ​​het dwarsdoorsnedeoppervlak van de centrale circulatiebuis doorgaans 40-100% van het totale dwarsdoorsnedeoppervlak van andere verwarmingsbuizen; De hoogte van de verwarmingsbuis is over het algemeen 1-2 m; De diameter van de verwarmingsbuis ligt tussen 25-75 mm. Dit type verdamper wordt veel gebruikt vanwege de compacte structuur, eenvoudige productie, goede warmteoverdracht en betrouwbare werking. Door structurele beperkingen is de fietssnelheid echter niet hoog. Door de oplossing continu in de verwarmingskamer te laten circuleren, benadert de concentratie ervan altijd die van de volledige oplossing, wat resulteert in een hoog kookpunt van de oplossing en een afname van het effectieve temperatuurverschil. Dit is een veelvoorkomend nadeel van circulerende verdampers. Bovendien zijn het reinigen en onderhouden van de apparatuur niet gemakkelijk genoeg, waardoor het moeilijk is om deze verdamper volledig aan de productie-eisen te voldoen.

2. Om de nadelen van gemakkelijke kristallisatie, aanslag en moeilijke reiniging van de verdampende vloeistof in de circulerende verdamper te overwinnen, is een redelijkere verbetering aangebracht aan de structuur van de standaardverdamper, namelijk de hangende mandverdamper. De verwarmingskamer 4 is als een mand, opgehangen aan het onderste deel van de verdampermantel, en vervangen door een centrale circulatiebuis met een ringvormig kanaal tussen de buitenwand van de verwarmingskamer en de binnenwand van de verdamper. De oplossing stijgt langs het midden van de verwarmingsbuis en stroomt vervolgens naar beneden langs de ringvormige opening tussen de buitenwand van de hangende mandverwarmingskamer en de binnenwand van de verdamper om een ​​cyclus te vormen. Omdat het ringvormige spleetoppervlak ongeveer 100 tot 150% van het totale dwarsdoorsnedeoppervlak van de verwarmingsbuis bedraagt, is de circulatiesnelheid van de oplossing hoger dan die van een standaardverdamper, tot wel 1,5 m/s. Daarnaast is de verwarmingskamer van deze verdamper van bovenaf te verwijderen voor onderhoud of vervanging en is het warmteverlies ook relatief klein. Het grootste nadeel is de complexe structuur en het hoge metaalverbruik per eenheid warmteoverdrachtsoppervlak.

3. De bovengenoemde verdamper met natuurlijke circulatie heeft een circulatiesnelheid die niet hoog genoeg is, doorgaans lager dan 1,5 m/s. Om de verdamper geschikter te maken voor het verdampen van oplossingen met een hoge viscositeit, gemakkelijke kristallisatie of ernstige kalkaanslag, en om de circulatiesnelheid van de oplossing te verhogen om de bedrijfscyclus te verlengen en het aantal reinigingstijden te verminderen.
Het structurele kenmerk is de toevoeging van een kookkamer bovenop de verwarmingskamer. De oplossing in de verwarmingskamer kookt niet in de verwarmingsbuis vanwege de statische druk die wordt toegevoegd door de vloeistofkolom in de kookkamer. Het kan pas gaan koken als het naar de kookkamer stijgt en de druk afneemt. Daarom verplaatsen het koken en verdampen van de oplossing zich van de verwarmingskamer naar de kookkamer zonder een warmteoverdrachtsoppervlak, waardoor de vorming van kristallen of vuil in de verwarmingsbuis wordt vermeden. Bovendien is het dwarsdoorsnedeoppervlak van de circulatiebuis van deze verdamper ongeveer 2-3 keer het totale dwarsdoorsnedeoppervlak van de verwarmingsbuis, en kan de circulatiesnelheid van de oplossing 2,5 tot 3 m/s of meer bereiken, dus de totale warmteoverdrachtscoëfficiënt is ook relatief hoog. Het belangrijkste nadeel van deze verdamper is het grote temperatuurverschilverlies veroorzaakt door het statische drukhoogte-effect van de vloeistofkolom (zie 6.3.1 voor details). Om een ​​bepaald effectief temperatuurverschil te behouden is voor het verwarmen van de stoom een ​​hoge druk nodig. Bovendien is de apparatuur groot, verbruikt veel materialen en vereist hoge fabrieken. Naast de hierboven genoemde verdamper met natuurlijke circulatie, wordt ook een verdamper met geforceerde circulatie gebruikt bij het verdampen van materialen met een hoge viscositeit, gemakkelijke kristallisatie en kalkaanslag. In deze verdamper is de circulatie van de oplossing voornamelijk afhankelijk van externe energie, die door een pomp in een bepaalde richting wordt gedwongen om circulatie te genereren. De grootte van de circulatiesnelheid kan worden geregeld door het debiet van de pomp aan te passen, meestal boven 2,5 m/s. De warmteoverdrachtscoëfficiënt van een verdamper met geforceerde circulatie is ook hoger dan die van de algemene natuurlijke circulatie. Maar het voor de hand liggende nadeel is een hoog energieverbruik, waarvoor ongeveer 0,4-0,8 kW per vierkante meter verwarmingsoppervlak nodig is.

Eén-wegverdamper

Het belangrijkste kenmerk van dit typeLaboratorium verdampersis dat de oplossing slechts één keer door de verwarmingskamer in de verdamper gaat en wordt afgevoerd als een geconcentreerde vloeistof zonder circulerende stroming. Wanneer de oplossing door de verwarmingskamer stroomt, stroomt deze in filmvorm op de buiswand, daarom staat deze algemeen bekend als een vloeistoffilmverdamper. Afhankelijk van de verschillende stroomrichtingen van materialen in de verdamper, zijn verdampers met één doorgang onderverdeeld in de volgende typen.
1. De verwarmingskamer van een stijgfilmverdamper bestaat uit vele verticale lange buizen. De algemeen gebruikte diameter van de verwarmingsbuis is 25-50 mm, en de verhouding tussen de buislengte en de buisdiameter is ongeveer 100-150. Na het voorverwarmen wordt de vloeistof vanaf de bodem van de verdamper ingebracht en in de verwarmingsbuis verwarmd, kokend en snel verdampend. De gegenereerde stoom stijgt met hoge snelheid op in de verwarmingsbuis. De geschikte uitlaatstoomsnelheid voor werking onder normale druk is 20-50 m/s, en voor werking onder verminderde druk kan de stoomsnelheid 100-160 m/s of zelfs hoger bereiken. De oplossing wordt aangedreven door de opstijgende stoom, die in een film langs de buiswand opstijgt en blijft verdampen. In afscheider 2 wordt het mengsel van damp en vloeistof gescheiden en wordt de volledige vloeistof via de onderkant van de afscheider afgevoerd, terwijl de secundaire stoom via de bovenkant wordt afgevoerd. Opgemerkt moet worden dat als de hoeveelheid water die uit de vloeistof verdampt niet groot is, het moeilijk zal zijn om de vereiste dampsnelheid te bereiken, dat wil zeggen dat de stijgfilmverdamper niet geschikt is voor het verdampen van geconcentreerde oplossingen; Het is ook niet geschikt voor materialen met een hoge viscositeit, gemakkelijke kristallisatie of schilfering.

2. Het verschil tussen de vallende filmverdamper en de stijgende filmverdamper is dat de voedingsvloeistof vanaf de bovenkant van de verdamper wordt toegevoegd en onder invloed van de zwaartekracht een filmachtige afdaling langs de buiswand vormt, en tijdens dit proces verdampt en dikker wordt, waardoor een geconcentreerde vloeistof aan de onderkant wordt verkregen. Vanwege het andere filmvormingsmechanisme- dan de stijgfilmverdamper, kan de vallende filmverdamper materialen verdampen met een hogere concentratie, viscositeit (zoals in het bereik van 0,05-0,45 Ns/m2) en thermische gevoeligheid. Vanwege de ongelijke verdeling van de vloeibare film in de buis en de kleinere warmteoverdrachtscoëfficiënt vergeleken met de stijgfilmverdamper, is deze echter nog steeds niet geschikt voor materialen die gevoelig zijn voor kristallisatie of aanslag.
Dankzij de filmachtige stroming van de oplossing in de een- verdamper wordt de convectieve warmteoverdrachtscoëfficiënt aanzienlijk verbeterd, waardoor de oplossing de vereiste concentratie in één keer door de verwarmingskamer kan bereiken zonder verdere circulatie. Daarom heeft het grotere voordelen dan de circulatieverdamper. De voordelen van het niet laten circuleren van de oplossing zijn onder meer: ​​(1) de verblijftijd van de oplossing in de verdamper is zeer kort, waardoor deze bijzonder geschikt is voor de verdamping van warmtegevoelige materialen; (2) De concentratie van de gehele oplossing ligt niet altijd dicht bij de concentratie van de uiteindelijke vloeistof, zoals bij het circulatietype, dus het effectieve temperatuurverschil van deze verdamper is relatief groot. Het grootste nadeel is dat het vrij gevoelig is voor schommelingen in de voedingsbelasting, en als het ontwerp of de werking niet geschikt is, is het niet eenvoudig om een ​​film te vormen. Op dit moment zal de convectieve warmteoverdrachtscoëfficiënt aanzienlijk afnemen.

3. De schraperverdamper heeft een verwarmende stoommantel in de verdamperbehuizing, die is uitgerust met draaibare bladen of schrapers. Er zijn twee soorten schrapers: het vaste type en het rotortype. De opening tussen eerstgenoemde en de binnenwand van de schaal bedraagt ​​0,5-1,5 mm, terwijl de opening tussen laatstgenoemde en de wand varieert met het aantal omwentelingen van de rotor. De vloeistof wordt toegevoegd langs de raakrichting vanaf het bovenste deel van de verdamper (ook toegevoegd aan de materiaalbak coaxiaal met de schraper). Als gevolg van de zwaartekracht, de middelpuntvliedende kracht en de werking van de roterende schraper vormt de oplossing een film van neerwaartse rotatie op de binnenwand van het apparaat en wordt tijdens dit proces verdampt en geconcentreerd, waardoor de afvoer van de vloeistof op de bodem wordt voltooid. Dit type verdamper is een eenrichtingsverdamper die externe energie gebruikt om een ​​film te vormen. Het opmerkelijke voordeel is het sterke aanpassingsvermogen aan materialen en de korte verblijftijd, meestal enkele seconden of tientallen seconden, waardoor het geschikt is voor hoge viscositeit (zoals tannine-extract, honing, enz.) en materialen die gevoelig zijn voor kristallisatie, schilfering en hittegevoeligheid. Maar de structuur ervan is complex en verbruikt veel stroom, waardoor ongeveer 1,5-3 kW per vierkante meter warmteoverdrachtsoppervlak nodig is. Bovendien is de verwerkingscapaciteit zeer klein en zijn de productie- en installatie-eisen hoog.

Verdamper met directe contactwarmteoverdracht

Bij de daadwerkelijke productieLaboratorium verdampersmet directe contactwarmteoverdracht worden soms gebruikt. Het mengt brandstof (meestal gas en olie) met lucht en verbrandt deze in een verbrandingskamer die is ondergedompeld in een oplossing, waardoor vlammen en rook op hoge temperatuur- worden geproduceerd die rechtstreeks in de verdampte oplossing worden gespoten via mondstukken op de bodem van de verbrandingskamer. Gas en oplossing op hoge temperatuur komen in direct contact, terwijl warmteoverdracht plaatsvindt om water te verdampen en te verdampen. De resulterende waterdamp en het uitlaatgas worden samen via de bovenkant van de verdamper afgevoerd. De onderdompelingsdiepte van de verbrandingskamer in de oplossing is over het algemeen 0,2-0,6 m, en de temperatuur van het gas dat de verbrandingskamer verlaat kan oplopen tot meer dan 1000 graden. Door directe contactwarmteoverdracht is het warmteoverdrachtseffect zeer goed en is de warmtebenuttingsgraad hoog. Door het ontbreken van een vaste warmteoverdrachtswand is de structuur eenvoudig en bijzonder geschikt voor verdamping van materialen die gevoelig zijn voor kristallisatie, aanslag en corrosie. Het wordt veel gebruikt bij de behandeling van afvalzuur en de verdamping van ammoniumsulfaatoplossing. Maar als de verdampte vloeistof niet door rook verontreinigd mag worden, dan is dit type verdamper doorgaans niet geschikt. En door de aanwezigheid van een grote hoeveelheid rook is de benutting van secundaire stoom beperkt. Bovendien is het mondstuk gevoeliger voor beschadiging als gevolg van onderdompeling in vloeistof met een hoge temperatuur. Uit de bovenstaande inleiding blijkt dat er veel structurele typen verdampers zijn, elk met zijn eigen voordelen, nadelen en toepasbare situaties. Bij de selectie moet allereerst worden overwogen of het zich kan aanpassen aan de proceseigenschappen van het verdampte materiaal, inclusief de viscositeit, thermische gevoeligheid en corrosiviteit, en of het gevoelig is voor kristallisatie of aanslag. Vervolgens is het vereist om een ​​eenvoudige structuur, gemakkelijke productie, laag metaalverbruik, gemakkelijk onderhoud, goed warmteoverdrachtseffect, enzovoort te hebben.