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循環(huán)型蒸發(fā)器的特點是溶液在蒸發(fā)器內(nèi)作循環(huán)流動,根據(jù)造成液體循環(huán)的原理不同,又可將其分為自然循環(huán)和強制循環(huán)兩種類型。前者是借助在加熱室不同位置上溶液的受熱程度不同,使溶液產(chǎn)生密度差而引起的自然循環(huán);后者是依靠外加動力使溶液進行強制循環(huán)。
目前常用的循環(huán)型蒸發(fā)器有以下幾種:
一、中央循環(huán)管式蒸發(fā)器
簡介:中央循環(huán)管式蒸發(fā)器的加熱室由一垂直的加熱管束(沸騰管束)構(gòu)成,在管束中央有一根直徑較大的管子,稱為中央循環(huán)管,其截面積一般為加熱管束總截面積的40~100。當加熱介質(zhì)通入管間加熱時,由于加熱管內(nèi)單位體積液體的受熱面積大于中央循環(huán)管內(nèi)液體的受熱面積,因此加熱管內(nèi)液體的相對密度小,從而造成加熱管與中央循環(huán)管內(nèi)液體之間的密度差,這種密度差使得溶液自中央循環(huán)管下降,再由加熱管上升,形成自然循環(huán)流動。
操作時,管束內(nèi)單位體積溶液的受熱面積大于粗管內(nèi)的,即前者受熱好,溶液汽化的多,因此細管內(nèi)的溶液含汽量多,致使密度比粗管內(nèi)溶液的要小,這種密度差促使溶液作沿粗管下降而沿細管上升的循環(huán)運動,故粗管除稱為中央循環(huán)管外還稱為降液管,細管稱為加熱管或沸騰管。
應用:中央循環(huán)管式蒸發(fā)器在過程工業(yè)中應用十分廣泛,故又稱為標準式蒸發(fā)器。它適用于蒸發(fā)結(jié)垢不嚴重、有少量結(jié)晶析出和腐蝕性較小的溶液。這種蒸發(fā)器的傳熱面積可高達數(shù)百平方米,傳熱系數(shù)約為600w/(m.℃)--3000w/(m.℃)
優(yōu)缺點:中央循環(huán)管式蒸發(fā)器是從水平加熱室及蛇管加熱室蒸發(fā)器發(fā)展而來。相對于這些老式蒸發(fā)器而言,它具有溶液循環(huán)好、傳熱速率快等優(yōu)點。
但實際上這類蒸發(fā)器由于受總高度的限制,所以加熱管長度較短,一般為1zhi2m,直徑:25zhi75mm,所以循環(huán)速度一般在0.4m/s-0.5m/s以下。另外,由于溶液不斷循環(huán),使加熱管內(nèi)溶液始終接近完成液的濃度,故有溶液粘度大、沸點高等缺點。此外,蒸發(fā)器的加熱室不易清洗。
二、懸筐式蒸發(fā)器
簡介:懸筐式蒸發(fā)器是在中央循環(huán)管蒸發(fā)器的基礎(chǔ)上進行的改進,其加熱室像個懸筐,懸掛在蒸發(fā)器殼體的下部,可由頂部取出。加熱介質(zhì)由中央蒸汽管進入加熱室,而在加熱室外壁與蒸發(fā)器殼體的內(nèi)壁之間有環(huán)隙通道,其作用類似于中央循環(huán)管。
應用:懸筐式蒸發(fā)器適用于蒸發(fā)易結(jié)垢或有晶體析出的溶液,常用于燒堿工業(yè)中。
優(yōu)缺點:懸筐式蒸發(fā)器的優(yōu)點是循環(huán)速度較高(約為1~1.5m/s),傳熱系數(shù)較大。由于與殼體接觸的是溫度較低的溶液,其熱損失較小,且加熱室的一端可自由膨脹,避免了管子與管板之間的溫差應力。此外,由于懸掛的加熱室可以由蒸發(fā)器上方取出,故其清洗和檢修都比較方便。
其缺點是結(jié)構(gòu)復雜,金屬消耗量大。
三、外熱式蒸發(fā)器
外熱式循環(huán)蒸發(fā)器具有制造簡單、維修方便等優(yōu)點,是循環(huán)型蒸發(fā)器中應用廣泛的蒸發(fā)器之一,也典型的一種蒸發(fā)器。外熱式循環(huán)蒸發(fā)器可分為外熱式自然循環(huán)蒸發(fā)器和外熱式強制循環(huán)蒸發(fā)器。
外熱式自然循環(huán)蒸發(fā)器
簡介:外熱式自然循環(huán)蒸發(fā)器由循環(huán)管、加熱室、沸騰管、分離室四個主要部分組成。蒸發(fā)過程中,料液進入加熱室加熱升溫,由于未達到該狀態(tài)下的飽和溫度,溶液并不沸騰,隨著加熱和管內(nèi)壓強的降低,當溶液的溫度達到該狀態(tài)下的飽和壓強后,開始沸騰,從而產(chǎn)生大量氣泡。溶液的密度也隨之減小,這樣在沸騰管中的氣液混合物和循環(huán)管側(cè)的未沸騰的料液間存在密度差,形成了外熱式自然循環(huán)蒸發(fā)器的循環(huán)推動力。
應用:可以在真空條件下操作,適用于中藥、西藥、葡萄糖、淀粉、味精、乳品等熱敏性物料的低溫真空濃縮,應用范圍較廣。
優(yōu)缺點:外熱式蒸發(fā)器的加熱管長徑比為60~100,常壓蒸發(fā)時,溶液在循環(huán)管內(nèi)的循環(huán)速度小于一米每秒。由于其采用的是外置加熱室,便于清洗和更換,并且不受分離室結(jié)構(gòu)以及加熱室尺寸的影響,一個蒸發(fā)器可配一到四個加熱室,因此能夠達到很大的蒸發(fā)能力。
但人無完人,物也一樣,外熱式自然循環(huán)蒸發(fā)器也有一些不足之處。主要就是溶液的循環(huán)速度不高,傳熱效果欠佳,溶液溫度較高。
外熱式強制循環(huán)蒸發(fā)器
簡介:外熱式強制循環(huán)蒸發(fā)器是由加熱室和蒸發(fā)室組成,靠循環(huán)管、循環(huán)泵連接成一個整體,它適合于有結(jié)晶顆粒或粉粒的溶液蒸發(fā)濃縮。
應用:可用于工業(yè)廢水處理、城市污水處理等。
優(yōu)缺點:其結(jié)構(gòu)簡單,容易操作,不足的是電耗相對較高。這種蒸發(fā)器利用外加動力促使料液循化,工業(yè)中一般用軸流泵提供動力。在同樣條件下,提高蒸發(fā)器內(nèi)液體的循環(huán)速度,則單位時間內(nèi)通過加熱管的溶液越多,溶液溫度越低,越有利于熱敏性物質(zhì)的蒸發(fā),且還有利于傳熱系數(shù)的提高。同時,由于降低了單程氣化率,溶液在加熱管壁面附近的局部濃度提高現(xiàn)象得到了控制,減緩了加熱管上的結(jié)構(gòu)現(xiàn)象。
但是強制循環(huán)蒸發(fā)器在蒸發(fā)過程中,隨著溶液濃度的逐漸增大,在動設(shè)備(如循環(huán)泵)處易發(fā)生結(jié)晶結(jié)構(gòu)等現(xiàn)象,并且設(shè)備運行時動力消耗大,通常為0.4~0.8kW(每1m?傳熱面積)。因此,加熱面積越大,所需循環(huán)泵的動力越大,其維修和操作費用也越大。
四、列文蒸發(fā)器
簡介:列文蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)特點是在加熱室上增設(shè)沸騰室。加熱室中的溶液因受到沸騰室液柱附加的靜壓力的作用,而并不在加熱管內(nèi)沸騰,直到上升zhi沸騰室內(nèi)當其所受壓力降低后才能開始沸騰,因而溶液的沸騰汽化由加熱室移到了沒有傳熱面的沸騰室。
應用:適用于處理有晶體析出或易結(jié)垢的溶液。
優(yōu)缺點:優(yōu)點是循環(huán)速度大,傳熱效果好。由于溶液在加熱管中不沸騰,可以避免在加熱管中析出晶體。另外,這種蒸發(fā)器的循環(huán)管截面積約為加熱管的總截面積的2zhi3倍,溶液循環(huán)速度可達2.5zhi3m/s以上,故總傳熱系數(shù)亦較大。
主要缺點是液柱靜壓頭效應引起的溫度差損失較大,為了保持一定的有xiao溫度差,要求加熱蒸汽有較高的壓力。此外,設(shè)備龐大,消耗的材料多,需要高大的廠房等。
五、強制循環(huán)蒸發(fā)器
簡介:強制循環(huán)蒸發(fā)器是利用外加動力(循環(huán)泵)使溶液沿一定方向作高速循環(huán)流動。循環(huán)速度的大小可通過調(diào)節(jié)泵的流量來控制,一般循環(huán)速度在2.5m/s以上。它的加熱室有臥式和立式兩種結(jié)構(gòu),液體循環(huán)速度大小由泵調(diào)節(jié)。根據(jù)分離室循環(huán)料液進出口的位置不同,它又可以分為正循環(huán)強制蒸發(fā)器及逆循環(huán)強制蒸發(fā)器,循環(huán)料液進口位置在出口位置上部的稱為正循環(huán),反之為逆循環(huán)。
應用:強制循環(huán)蒸發(fā)器用于避免在加熱面上沸騰的產(chǎn)品而形成結(jié)垢或產(chǎn)生結(jié)晶。為此,管中的流動速度必須高。當循環(huán)液體流過熱交換器時被加熱,然后在分離器的壓力降低時部分蒸發(fā),從而將液體冷卻zhi對應該壓力下的沸點溫度。
由于循環(huán)泵的原因,蒸發(fā)器的操作與溫差基本無關(guān),物料的再循環(huán)速度可以調(diào)節(jié),蒸發(fā)速率設(shè)定在一定的范圍內(nèi)。在結(jié)晶應用中,晶體可以通過調(diào)節(jié)循環(huán)流動速度和采用特殊的分離器設(shè)計從循環(huán)晶體泥漿中分離出來。設(shè)備采用泵強制循環(huán),具有蒸發(fā)速率高,濃縮比重大的特點,特別適用于濃度或粘度較高物料的蒸發(fā)。
優(yōu)缺點:這種蒸發(fā)器的優(yōu)點是傳熱系數(shù)大,對于粘度較大或易結(jié)晶、結(jié)垢的物料,適應性較好,但其動力消耗較大。
蒸發(fā)器的加熱室不易清洗。