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工業(yè)上常用蒸發(fā)器動圖解析,建議收藏!

日期: 2020-06-02 作者: 環(huán)諾

前言:蒸發(fā)器主要由加熱室和分離室兩部分組成。加熱室的型式有多種,最初采用夾套式或蛇管式加熱裝置,其后則有橫臥式短管加熱室及豎式短管加熱室。繼而又發(fā)明了豎式長管液膜蒸發(fā)器,以及刮板式薄膜蒸發(fā)器等等。根據(jù)溶液在蒸發(fā)器中流動的情況,大致可將工業(yè)上常用的間接加熱蒸發(fā)器分為循環(huán)型與單程型兩類。

 

一、循環(huán)型蒸發(fā)器

這類蒸發(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)的原理的不同,又可將其分為自然循環(huán)和強制循環(huán)兩種類型。前者是藉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:中央循環(huán)管式蒸發(fā)器;懸筐式蒸發(fā)器;外熱式蒸發(fā)器;列文蒸發(fā)器;強制循環(huán)蒸發(fā)器。

 

1、中央循環(huán)管式蒸發(fā)器

中央循環(huán)管式蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)如圖片所示,其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,再由加熱管上升的自然循環(huán)流動。溶液的循環(huán)速度取決于溶液產(chǎn)生的密度差以及管的長度,其密度差越大,管子越長,溶液的循環(huán)速度越大。但這類蒸發(fā)器由于受總高度限制,加熱管長度較短,一般為1~2m,直徑為25~75mm,長徑比為20~40。中央循環(huán)管蒸發(fā)器具有結(jié)構(gòu)緊湊、制造方便、操作可靠等優(yōu)點,故在工業(yè)上的應(yīng)用十分廣泛,有所謂“標準蒸發(fā)器”之稱。但實際上,由于結(jié)構(gòu)上的限制,其循環(huán)速度較低(一般在0.5m/s以下);而且由于溶液在加熱管內(nèi)不斷循環(huán),使其濃度始終接近完成液的濃度,因而溶液的沸點高、有效溫度差減小。此外,設(shè)備的清洗和檢修也不夠方便。

 

2、懸筐式蒸發(fā)器

懸筐式蒸發(fā)器是中央循環(huán)管蒸發(fā)器的改進。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,便于清洗與更換。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。操作時,溶液沿環(huán)隙下降而沿加熱管上升,形成自然循環(huán)。一般環(huán)隙截面積約為加熱管總面積的100~150%,因而溶液循環(huán)速度較高(約為1~1.5m/s)。由于與蒸發(fā)器外殼接觸的是溫度較低的沸騰液體,故其熱損失較小。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。它的缺點是結(jié)構(gòu)復(fù)雜,單位傳熱面需要的設(shè)備材料量較大。

 

3、外熱式蒸發(fā)器

外熱式蒸發(fā)器的特點是加熱室與分離室分開,這樣不僅便于清洗與更換,而且可以降低蒸發(fā)器的總高度。因其加熱管較長(管長與管徑之比為50~100),同時由于循環(huán)管內(nèi)的溶液不被加熱,故溶液的循環(huán)速度大,可達1.5m/s。

 

4、列文蒸發(fā)器

 

列文蒸發(fā)器的特點是在加熱室的上部增設(shè)一沸騰室。這樣,加熱室內(nèi)的溶液由于受到這一段附加液柱的作用,只有上升到沸騰室時才能汽化。在沸騰室上方裝有縱向隔板,其作用是防止氣泡長大。此外,因循環(huán)管不被加熱,使溶液循環(huán)的推動力較大。循環(huán)管的高度一般為7~8m,其截面積約為加熱管總截面積的200~350%。因而循環(huán)管內(nèi)的流動阻力較小,循環(huán)速度可高達2 ~3m/s。列文蒸發(fā)器的優(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,故適用于處理有晶體析出或易結(jié)垢的溶液。其缺點是設(shè)備龐大,需要的廠房高。此外,由于液層靜壓力大,故要求加熱蒸汽的壓力較高。

 

5、強制循環(huán)蒸發(fā)器

上述各種蒸發(fā)器均為自然循環(huán)型蒸發(fā)器,即靠加熱管與循環(huán)管內(nèi)溶液的密度差引起溶液的循環(huán),這種循環(huán)速度一般都比較低,不宜處理粘度大、易結(jié)垢及有大量析出結(jié)晶的溶液。對于這類溶液的蒸發(fā),可采用強制循環(huán)型蒸發(fā)器。這種蒸發(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。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(yīng)性較好,但其動力消耗較大。

 

二、單程型蒸發(fā)器

這類蒸發(fā)器的特點是,溶液沿加熱管壁成膜狀流動,一次通過加熱室即達到要求的濃度,而停留時間僅數(shù)秒或十幾秒鐘。單程型蒸發(fā)器的主要優(yōu)點是傳熱效率高,蒸發(fā)速度快,溶液在蒸發(fā)器內(nèi)停留時間短,因而特別適用于熱敏性物料的蒸發(fā)。按物料在蒸發(fā)器內(nèi)的流動方向及成膜原因的不同,可以分為以下幾種類型:升膜蒸發(fā)器;降膜蒸發(fā)器;升—降膜蒸發(fā)器;刮板薄膜蒸發(fā)器。

 

1、升膜蒸發(fā)器

升膜式蒸發(fā)器其加熱室由一根或數(shù)根垂直長管組成,通常加熱管直徑為25~50mm,管長與管徑之比為100~150。原料液經(jīng)預(yù)熱后由蒸發(fā)器的底部進入,加熱蒸汽在管外冷凝。當溶液受熱沸騰后迅速汽化,所生成的二次蒸汽在管內(nèi)高速上升,帶動液體沿管內(nèi)壁成膜狀向上流動,上升的液膜因受熱而繼續(xù)蒸發(fā)。故溶液自蒸發(fā)器底部上升至頂部的過程中逐漸被蒸濃,濃溶液進入分離室與二次蒸汽分離后由分離器底部排出。常壓下加熱管出口處的二次蒸汽速度不應(yīng)小于10m/s,一般為20~50m/s,減壓操作時,有時可達100~160m/s或更高。升膜蒸發(fā)器適用于蒸發(fā)量較大(即稀溶液)、熱敏性及易起泡沫的溶液,但不適于高粘度、有晶體析出或易結(jié)垢的溶液。

 

 2、降膜蒸發(fā)器

降膜式蒸發(fā)器與升膜蒸發(fā)器的區(qū)別在于原料液由加熱管的頂部加入。溶液在自身重力作用下沿管內(nèi)壁呈膜狀下流,并被蒸發(fā)濃縮,汽液混合物由加熱管底部進入分離室,經(jīng)氣液分離后,完成液由分離器的底部排出。為使溶液能在壁上均勻成膜,在每根加熱管的頂部均需設(shè)置液體布膜器。布膜器的型式有多種。降膜蒸發(fā)器可以蒸發(fā)濃度較高的溶液,對于粘度較大的物料也能適用。但對于易結(jié)晶或易結(jié)垢的溶液不適用。此外,由于液膜在管內(nèi)分布不易均勻,與升膜蒸發(fā)器相比,其傳熱系數(shù)較小。

 

3、刮板薄膜蒸發(fā)器

這種蒸發(fā)器是利用旋轉(zhuǎn)刮片的刮帶作用,使液體分布在加熱管壁上。它的突出優(yōu)點是對物料的適應(yīng)性很強,例如對于高粘度、熱敏性和易結(jié)晶、結(jié)垢的物料都能適用。刮板薄膜蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)如圖片(5-11)所示。它的殼體外部裝有加熱蒸汽夾套,其內(nèi)部裝有可旋轉(zhuǎn)的攪拌刮片,旋轉(zhuǎn)刮片有固定的和活動的兩種。前者與殼體內(nèi)壁的縫隙為0.75~1.5mm,后者與器壁的間隙隨攪拌軸的轉(zhuǎn)數(shù)而變。料液由蒸發(fā)器上部沿切線方向加入后,在重力和旋轉(zhuǎn)刮片帶動下,溶液在殼體內(nèi)壁上形成下旋的薄膜,并在下降過程中不斷被蒸發(fā)濃縮,在底部得到完成液。在某些情況下,可將溶液蒸干而由底部直接獲得固體產(chǎn)物。這類蒸發(fā)器的缺點是結(jié)構(gòu)復(fù)雜,動力消耗大,傳熱面積小,一般為3~4m2,最大不超過20m2,故其處理量較小。


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