Laboratorní výparníky

Podle pohybu roztoku ve výparníku existují:

Vlastnosti produktu

Cirkulační výparník

Tento typ výparníku umožňuje, aby roztok cirkuloval ve výparníku. Vzhledem k různým příčinám cirkulace ji lze rozdělit do dvou kategorií: přirozený oběh a nucený oběh.
1. Centrální cirkulační trubkový výparník, známý také jako standardní výparník. Jeho topná komora se skládá ze svislých trubkových svazků, s centrální cirkulační trubkou velkého průměru uprostřed a ostatní topné trubky s menším průměrem se nazývají varné trubky. V důsledku větší velikosti centrální cirkulační trubky je teplosměnná plocha obsazená jednotkovým objemem roztoku menší než plocha, kterou zaujímá jednotkový objem roztoku ve varné trubce. To znamená, že stupeň ohřevu roztoku v centrální cirkulační trubce a ostatních ohřívacích trubkách je odlišný, což má za následek nižší hustotu směsi páry a kapaliny ve varné trubici než v centrální cirkulační trubce. Kromě toho efekt sání stoupající páry směrem vzhůru způsobí, že roztok ve výparníku vytvoří cirkulační tok z centrální cirkulační trubice sestupující do varné trubky vzestupně. Tento druh cyklu je způsoben hlavně rozdílem hustoty roztoku, proto se nazývá přirozený cyklus. Tento efekt je výhodný pro zlepšení účinnosti přenosu tepla uvnitř výparníku.
Aby byla zajištěna dobrá cirkulace roztoku, plocha průřezu centrální cirkulační trubky je obecně 40-100 % celkové plochy průřezu ostatních topných trubek; Výška topné trubky je obecně 1-2 m; Průměr topné trubky je mezi 25-75mm. Tento typ výparníku je široce používán díky své kompaktní konstrukci, snadné výrobě, dobrému přenosu tepla a spolehlivému provozu. Kvůli konstrukčním omezením však rychlost jízdy na kole není vysoká. Kontinuální cirkulací roztoku v ohřívací komoře se jeho koncentrace vždy blíží koncentraci úplného roztoku, což má za následek vysoký bod varu roztoku a snížení efektivního teplotního rozdílu. To je běžná nevýhoda cirkulačních výparníků. Kromě toho čištění a údržba zařízení nejsou dostatečně pohodlné, takže tento výparník je obtížné plně splnit výrobní požadavky.

2. Aby se překonaly nevýhody snadné krystalizace, tvorby kotelního kamene a obtížného čištění odpařující se kapaliny v cirkulačním výparníku, bylo provedeno rozumnější vylepšení konstrukce standardního výparníku, kterým je závěsný košový výparník. Topná komora 4 je jako koš, zavěšená ve spodní části pláště výparníku a nahrazená centrální cirkulační trubkou s prstencovým kanálem mezi vnější stěnou topné komory a vnitřní stěnou výparníku. Roztok stoupá podél středu ohřívací trubice a poté teče dolů podél prstencové mezery mezi vnější stěnou závěsné ohřívací komory koše a vnitřní stěnou výparníku, aby vytvořil cyklus. Vzhledem k tomu, že plocha prstencové mezery tvoří přibližně 100 až 150 % celkové plochy průřezu ohřívací trubice, je rychlost cirkulace roztoku vyšší než u standardního výparníku a dosahuje až 1,5 m/s. Kromě toho lze topnou komoru tohoto výparníku sejmout z horní části pro údržbu nebo výměnu a tepelné ztráty jsou také relativně malé. Jeho hlavní nevýhodou je složitá struktura a vysoká spotřeba kovu na jednotku teplosměnné plochy.

3. Výše ​​zmíněný výparník s přirozenou cirkulací má cirkulační rychlost, která není dostatečně vysoká, obecně pod 1,5 m/s. Aby byl výparník vhodnější pro odpařování roztoků s vysokou viskozitou, snadnou krystalizací nebo silným usazováním vodního kamene, a aby se zvýšila rychlost cirkulace roztoku, aby se prodloužil pracovní cyklus a snížil se počet časů čištění.
Jeho konstrukčním rysem je přidání varné komory na horní část ohřívací komory. Roztok v ohřívací komoře se v ohřívací trubce nevře v důsledku statického tlaku, který vytváří sloupec kapaliny ve varné komoře. Může začít vařit, až když stoupne do varné komory a tlak se sníží. Vaření a odpařování roztoku se proto přesouvá z ohřívací komory do varné komory bez teplosměnné plochy, čímž se zabrání tvorbě krystalů nebo nečistot v ohřívací trubici. Kromě toho je plocha průřezu cirkulační trubice tohoto výparníku asi 2-3krát větší než celková plocha průřezu ohřívací trubice a rychlost cirkulace roztoku může dosahovat 2,5 až 3 m/s nebo více, takže celkový součinitel prostupu tepla je také relativně vysoký. Hlavní nevýhodou tohoto výparníku je velká ztráta rozdílu teplot způsobená účinkem statické tlakové výšky sloupce kapaliny (podrobnosti viz 6.3.1). Pro udržení určitého efektivního teplotního rozdílu je nutný vysoký tlak pro ohřev páry. Zařízení je navíc velké, spotřebuje spoustu materiálů a vyžaduje vysoké továrny. Kromě výše zmíněné výparníku s přirozenou cirkulací se výparník s nucenou cirkulací používá také při odpařování materiálů s vysokou viskozitou, snadnou krystalizací a tvorbou kotelního kamene. V tomto výparníku cirkulace roztoku závisí hlavně na externí energii, která je nucena proudit v určitém směru čerpadlem, aby se vytvořila cirkulace. Velikost cirkulační rychlosti lze řídit úpravou průtoku čerpadla, obvykle nad 2,5 m/s. Koeficient prostupu tepla výparníku s nuceným oběhem je také vyšší než u běžné přirozené cirkulace. Ale jeho zjevnou nevýhodou je vysoká spotřeba energie, vyžadující asi 0,4-0,8 kW na metr čtvereční topné plochy.

Jednosměrný{0} výparník

Hlavním rysem tohoto typuLaboratorní výparníkyspočívá v tom, že roztok prochází ohřívací komorou pouze jednou ve výparníku a je vypouštěn jako koncentrovaná kapalina bez cirkulujícího toku. Když roztok prochází ohřívací komorou, teče ve tvaru filmu na stěně trubky, takže je běžně známý jako odpařovač kapaliny. Podle různých směrů proudění materiálů ve výparníku se jednoprůchodové výparníky dělí na následující typy.
1. Topná komora stoupacího filmového výparníku se skládá z mnoha vertikálních dlouhých trubek. Běžně používaný průměr topné trubky je 25-50 mm a poměr délky trubky k průměru trubky je přibližně 100-150. Po předehřátí se kapalina přivádí ze spodní části výparníku a zahřívá se v topné trubici, přičemž se vaří a rychle se odpařuje. Vytvořená pára stoupá vysokou rychlostí v topné trubici. Vhodná výstupní rychlost páry pro normální tlakový provoz je 20-50 m/s a pro provoz se sníženým tlakem může rychlost páry dosáhnout 100-160 m/s nebo dokonce vyšší. Roztok je poháněn stoupající párou, která stoupá ve filmu podél stěny potrubí a dále se odpařuje. Směs páry a kapaliny je separována v separátoru 2 a kompletní kapalina je vypouštěna ze spodní části separátoru, zatímco sekundární pára je odváděna shora. Je třeba poznamenat, že pokud množství vody odpařené z kapaliny není velké, bude obtížné dosáhnout požadované rychlosti páry, to znamená, že odparka se stoupajícím filmem není vhodná pro odpařování koncentrovaných roztoků; Rovněž není vhodný pro materiály s vysokou viskozitou, snadnou krystalizací nebo tvorbou kotelního kamene.

2. Rozdíl mezi výparníkem s klesajícím filmem a výparníkem se stoupajícím filmem je ten, že přiváděná kapalina se přidává z horní části výparníku a působením gravitace vytváří film podobný sestupu podél stěny potrubí a během tohoto procesu se odpařuje a houstne, čímž se na jeho dně získá koncentrovaná kapalina. Díky odlišnému mechanismu tvorby filmu- od odpařovače se stoupajícím filmem může odpařovač se stoupajícím filmem odpařovat materiály s vyšší koncentrací, viskozitou (např. v rozmezí 0,05–0,45 Ns/m2) a tepelnou citlivostí. Vzhledem k nerovnoměrnému rozložení tekutého filmu uvnitř trubice a menšímu součiniteli prostupu tepla oproti stoupací filmové odparce však stále není vhodný pro materiály náchylné ke krystalizaci nebo usazování vodního kamene.
Díky proudění roztoku v jednosměrném výparníku ve tvaru filmu- se výrazně zlepšil koeficient přenosu tepla konvekcí, což umožňuje roztoku dosáhnout požadované koncentrace při jednom průchodu ohřívací komorou bez další cirkulace. Proto má větší výhody než cirkulační výparník. Mezi výhody necirkulace roztoku patří: (1) doba zdržení roztoku ve výparníku je velmi krátká, což jej činí zvláště vhodným pro odpařování materiálů citlivých na teplo; (2) Koncentrace celého roztoku není vždy blízká koncentraci hotové kapaliny jako u cirkulačního typu, takže efektivní teplotní rozdíl tohoto výparníku je poměrně velký. Jeho hlavní nevýhodou je, že je poměrně citlivý na kolísání zatížení posuvu a při nevyhovující konstrukci nebo provozu není snadné vytvořit film. V této době se výrazně sníží součinitel prostupu tepla konvekcí.

3. Škrabkový výparník má uvnitř pláště výparníku topný parní plášť, který je vybaven otočnými lopatkami nebo škrabkami. Existují dva typy škrabek: pevný typ a typ rotoru. Mezera mezi první a vnitřní stěnou pláště je 0,5-1,5 mm, zatímco mezera mezi druhou a stěnou se mění s počtem otáček rotoru. Kapalina je přidávána podél tečného směru z horní části výparníku (také přidávána do misky na materiál koaxiálně se škrabkou). Vlivem gravitace, odstředivé síly a působením rotující škrabky vytváří roztok na vnitřní stěně zařízení film rotující směrem dolů a během tohoto procesu se odpařuje a koncentruje, čímž se dokončuje vypouštění kapaliny na dně. Tento typ výparníku je jednosměrný výparník, který využívá vnější energii k vytvoření filmu. Jeho mimořádnou výhodou je jeho silná přizpůsobivost materiálům a krátká doba zdržení, obvykle několik sekund nebo desítek sekund, díky čemuž je vhodný pro vysokou viskozitu (jako je taninový extrakt, med atd.) a materiály náchylné ke krystalizaci, tvorbě kotelního kamene a citlivosti na teplo. Jeho struktura je však složitá a spotřebovává hodně energie, vyžaduje asi 1,5-3 kW na metr čtvereční teplosměnné plochy. Kromě toho je jeho zpracovatelská kapacita velmi malá a požadavky na výrobu a instalaci jsou vysoké.

Výparník s přímým kontaktním přenosem tepla

Ve skutečné výrobě,Laboratorní výparníkys přímým kontaktním přenosem tepla se někdy používají. Míchá palivo (obvykle plyn a olej) se vzduchem a spaluje je ve spalovací komoře ponořené do roztoku, přičemž vytváří vysokoteplotní plameny a kouř, které jsou přímo rozstřikovány do odpařeného roztoku tryskami na dně spalovací komory. Plyn o vysoké teplotě a roztok se dostávají do přímého kontaktu, zatímco dochází k přenosu tepla k odpařování a odpařování vody. Výsledná vodní pára a výfukové plyny jsou odváděny společně z horní části výparníku. Hloubka ponoření jeho spalovací komory do roztoku je obecně 0,2-0,6m a teplota plynu vycházejícího ze spalovací komory může dosáhnout více než 1000 stupňů . Díky přímému kontaktnímu přenosu tepla je jeho účinek přenosu tepla velmi dobrý a míra využití tepla je vysoká. Vzhledem k absenci pevné teplosměnné stěny je konstrukce jednoduchá a zvláště vhodná pro odpařování materiálů, které jsou náchylné ke krystalizaci, usazování vodního kamene a korozi. Byl široce používán při zpracování odpadních kyselin a odpařování roztoku síranu amonného. Pokud však není dovoleno, aby odpařená kapalina byla kontaminována kouřem, pak tento typ výparníku obecně není vhodný. A kvůli přítomnosti velkého množství kouře je využití sekundární páry omezené. Navíc je tryska náchylnější k poškození v důsledku ponoření do kapaliny o vysoké teplotě. Z výše uvedeného úvodu je vidět, že existuje mnoho konstrukčních typů výparníků, z nichž každý má své výhody, nevýhody a použitelné situace. Při výběru je třeba nejprve zvážit, zda se dokáže přizpůsobit procesním charakteristikám odpařovaného materiálu, včetně jeho viskozity, tepelné citlivosti, korozivnosti a zda je náchylný ke krystalizaci nebo tvorbě kotelního kamene. Potom je vyžadována jednoduchá konstrukce, snadná výroba, nízká spotřeba kovu, pohodlná údržba, dobrý efekt přenosu tepla atd.