Laborverdampfer

Entsprechend der Bewegung der Lösung im Verdampfer gibt es:

Produktmerkmale

Umlaufverdampfer

Dieser Verdampfertyp ermöglicht die Zirkulation der Lösung im Verdampfer. Aufgrund unterschiedlicher Zirkulationsursachen kann man sie in zwei Kategorien einteilen: Naturumlauf und Zwangsumlauf.
1. Zentraler Umlaufrohrverdampfer, auch Standardverdampfer genannt. Seine Heizkammer besteht aus vertikalen Rohrbündeln mit einem zentralen Zirkulationsrohr mit großem Durchmesser in der Mitte, und die anderen Heizrohre mit kleinerem Durchmesser werden Siederohre genannt. Aufgrund der größeren Größe des zentralen Zirkulationsrohrs ist die von einer Lösungsvolumeneinheit eingenommene Wärmeübertragungsfläche kleiner als die von einer Lösungsvolumeneinheit im Siederohr eingenommene. Dies bedeutet, dass der Erwärmungsgrad der Lösung im zentralen Zirkulationsrohr und in anderen Heizrohren unterschiedlich ist, was zu einer geringeren Dichte des Dampf-{4}}Flüssigkeitsgemisches im Siederohr als im zentralen Zirkulationsrohr führt. Darüber hinaus führt die nach oben gerichtete Saugwirkung des aufsteigenden Dampfes dazu, dass die Lösung im Verdampfer eine zirkulierende Strömung vom absteigenden zentralen Zirkulationsrohr zum aufsteigenden Siederohr bildet. Diese Art von Zyklus wird hauptsächlich durch den Dichteunterschied der Lösung verursacht und wird daher als natürlicher Zyklus bezeichnet. Dieser Effekt ist vorteilhaft für die Verbesserung der Wärmeübertragungseffizienz im Verdampfer.
Um eine gute Zirkulation der Lösung zu gewährleisten, beträgt die Querschnittsfläche des zentralen Zirkulationsrohrs im Allgemeinen 40 -100 % der Gesamtquerschnittsfläche anderer Heizrohre; Die Höhe des Heizrohrs beträgt im Allgemeinen 1-2 m; Der Durchmesser des Heizrohrs liegt zwischen 25 und 75 mm. Dieser Verdampfertyp wird aufgrund seiner kompakten Bauweise, der einfachen Herstellung, der guten Wärmeübertragung und des zuverlässigen Betriebs häufig verwendet. Aufgrund baulicher Einschränkungen ist die Radgeschwindigkeit jedoch nicht hoch. Durch die kontinuierliche Zirkulation der Lösung in der Heizkammer nähert sich ihre Konzentration immer der der vollständigen Lösung an, was zu einem hohen Siedepunkt der Lösung und einer Verringerung der effektiven Temperaturdifferenz führt. Dies ist ein häufiger Nachteil von Umlaufverdampfern. Darüber hinaus sind die Reinigung und Wartung der Geräte nicht bequem genug, sodass dieser Verdampfer die Produktionsanforderungen nur schwer vollständig erfüllen kann.

2. Um die Nachteile der leichten Kristallisation, Ablagerung und schwierigen Reinigung der verdampfenden Flüssigkeit im Umlaufverdampfer zu überwinden, wurde eine sinnvollere Verbesserung an der Struktur des Standardverdampfers vorgenommen, nämlich des Hängekorbverdampfers. Die Heizkammer 4 ist wie ein Korb am unteren Teil des Verdampfermantels aufgehängt und durch ein zentrales Zirkulationsrohr mit einem ringförmigen Kanal zwischen der Außenwand der Heizkammer und der Innenwand des Verdampfers ersetzt. Die Lösung steigt in der Mitte des Heizrohrs auf und fließt dann entlang des Ringspalts zwischen der Außenwand der Heizkammer mit hängendem Korb und der Innenwand des Verdampfers nach unten, um einen Kreislauf zu bilden. Da die Ringspaltfläche etwa 100 bis 150 % der gesamten Querschnittsfläche des Heizrohrs ausmacht, ist die Lösungszirkulationsgeschwindigkeit höher als bei einem Standardverdampfer und erreicht bis zu 1,5 m/s. Darüber hinaus kann die Heizkammer dieses Verdampfers zur Wartung oder zum Austausch von oben abgenommen werden, und auch der Wärmeverlust ist relativ gering. Sein Hauptnachteil ist seine komplexe Struktur und der hohe Metallverbrauch pro Einheit der Wärmeübertragungsfläche.

3. Der oben erwähnte Naturumlaufverdampfer hat eine nicht hoch genug Zirkulationsgeschwindigkeit, im Allgemeinen unter 1,5 m/s. Um den Verdampfer für die Verdampfung von Lösungen mit hoher Viskosität, leichter Kristallisation oder starker Ablagerung besser geeignet zu machen und die Umlaufgeschwindigkeit der Lösung zu erhöhen, um den Betriebszyklus zu verlängern und die Anzahl der Reinigungsvorgänge zu reduzieren.
Sein strukturelles Merkmal ist die Hinzufügung einer Siedekammer über der Heizkammer. Aufgrund des statischen Drucks, der durch die Flüssigkeitssäule in der Siedekammer entsteht, siedet die Lösung in der Heizkammer nicht im Heizrohr. Erst wenn es in die Siedekammer aufsteigt und der Druck abnimmt, kann es zu kochen beginnen. Daher erfolgt das Sieden und Verdampfen der Lösung ohne Wärmeübertragungsfläche von der Heizkammer zur Siedekammer, wodurch die Bildung von Kristallen oder Schmutz im Heizrohr vermieden wird. Darüber hinaus beträgt die Querschnittsfläche des Zirkulationsrohrs dieses Verdampfers etwa das 2-{6}}3-fache der Gesamtquerschnittsfläche des Heizrohrs, und die Lösungszirkulationsgeschwindigkeit kann 2,5 bis 3 m/s oder mehr erreichen, sodass der gesamte Wärmeübertragungskoeffizient ebenfalls relativ hoch ist. Der Hauptnachteil dieses Verdampfers ist der große Temperaturdifferenzverlust, der durch den statischen Druckhöheneffekt der Flüssigkeitssäule verursacht wird (Einzelheiten siehe 6.3.1). Um einen bestimmten effektiven Temperaturunterschied aufrechtzuerhalten, ist zum Erhitzen des Dampfes ein hoher Druck erforderlich. Darüber hinaus ist die Ausrüstung groß, verbraucht viel Material und erfordert hohe Fabriken. Zusätzlich zum oben erwähnten Naturumlaufverdampfer wird auch ein Zwangsumlaufverdampfer verwendet, wenn Materialien mit hoher Viskosität, leichter Kristallisation und Ablagerungen verdampft werden. In diesem Verdampfer beruht die Zirkulation der Lösung hauptsächlich auf externer Energie, die durch eine Pumpe gezwungen wird, in eine bestimmte Richtung zu fließen, um eine Zirkulation zu erzeugen. Die Größe der Zirkulationsgeschwindigkeit kann durch Einstellen der Durchflussgeschwindigkeit der Pumpe gesteuert werden, normalerweise über 2,5 m/s. Auch der Wärmeübergangskoeffizient des Zwangsumlaufverdampfers ist höher als der des allgemeinen Naturumlaufverdampfers. Der offensichtliche Nachteil ist jedoch der hohe Energieverbrauch, der etwa 0,4 bis 0,8 kW pro Quadratmeter Heizfläche erfordert.

Einwegverdampfer-

Das Hauptmerkmal dieser Art vonLaborverdampferbesteht darin, dass die Lösung die Heizkammer nur einmal im Verdampfer durchläuft und als konzentrierte Flüssigkeit ohne zirkulierende Strömung ausgetragen wird. Wenn die Lösung die Heizkammer passiert, fließt sie in Form eines Films an der Rohrwand, daher wird die Lösung allgemein als Flüssigkeitsfilmverdampfer bezeichnet. Entsprechend den unterschiedlichen Strömungsrichtungen der Materialien im Verdampfer werden Single-Pass-Verdampfer in die folgenden Typen unterteilt.
1. Die Heizkammer eines Steigfilmverdampfers besteht aus vielen vertikalen langen Rohren. Der üblicherweise verwendete Heizrohrdurchmesser beträgt 25–50 mm, und das Verhältnis von Rohrlänge zu Rohrdurchmesser beträgt etwa 100–150. Nach dem Vorheizen wird die Flüssigkeit von unten in den Verdampfer eingeführt und im Heizrohr erhitzt, wobei sie siedet und schnell verdampft. Der erzeugte Dampf steigt im Heizrohr mit hoher Geschwindigkeit auf. Die geeignete Dampfaustrittsgeschwindigkeit für den Normaldruckbetrieb beträgt 20–50 m/s, für den Unterdruckbetrieb kann die Dampfgeschwindigkeit 100–160 m/s oder sogar mehr erreichen. Die Lösung wird durch den aufsteigenden Dampf angetrieben, steigt in einem Film entlang der Rohrwand auf und verdampft weiter. Das Dampf-Flüssigkeits-Gemisch wird im Abscheider 2 getrennt, die gesamte Flüssigkeit wird unten aus dem Abscheider abgeführt, während der Sekundärdampf oben abgeführt wird. Es ist zu beachten, dass es schwierig sein wird, die erforderliche Dampfgeschwindigkeit zu erreichen, wenn die aus der Flüssigkeit verdampfte Wassermenge nicht groß ist, d. h. der Steigfilmverdampfer ist nicht zum Verdampfen konzentrierter Lösungen geeignet; Es ist auch nicht für Materialien mit hoher Viskosität, leichter Kristallisation oder Ablagerungen geeignet.

2. Der Unterschied zwischen Fallfilmverdampfer und Steigfilmverdampfer besteht darin, dass die Speiseflüssigkeit von der Oberseite des Verdampfers zugeführt wird und unter der Wirkung der Schwerkraft einen filmähnlichen Abstieg entlang der Rohrwand bildet und während dieses Prozesses verdampft und eindickt, wodurch am Boden eine konzentrierte Flüssigkeit entsteht. Aufgrund des anderen Filmbildungsmechanismus als der Steigfilmverdampfer kann der Fallfilmverdampfer Materialien mit höherer Konzentration, Viskosität (z. B. im Bereich von 0,05–0,45 Ns/m2) und thermischer Empfindlichkeit verdampfen. Aufgrund der ungleichmäßigen Verteilung des Flüssigkeitsfilms im Inneren des Rohrs und des im Vergleich zum Steigfilmverdampfer geringeren Wärmeübergangskoeffizienten ist er jedoch immer noch nicht für Materialien geeignet, die zur Kristallisation oder Ablagerung neigen.
Aufgrund der filmartigen Strömung der Lösung im Einwegverdampfer wird der konvektive Wärmeübertragungskoeffizient erheblich verbessert, sodass die Lösung die erforderliche Konzentration in einem Durchgang durch die Heizkammer ohne weitere Zirkulation erreichen kann. Daher hat er größere Vorteile als der Umlaufverdampfer. Zu den Vorteilen, wenn die Lösung nicht zirkuliert, gehören: (1) die Verweilzeit der Lösung im Verdampfer ist sehr kurz, wodurch sie besonders für die Verdampfung wärmeempfindlicher Materialien geeignet ist; (2) Die Konzentration der gesamten Lösung liegt nicht immer nahe an der Konzentration der fertigen Flüssigkeit wie beim Umlauftyp, daher ist der effektive Temperaturunterschied dieses Verdampfers relativ groß. Sein Hauptnachteil besteht darin, dass es sehr empfindlich auf Schwankungen der Zufuhrlast reagiert und es nicht einfach ist, einen Film zu bilden, wenn die Konstruktion oder der Betrieb nicht geeignet sind. Zu diesem Zeitpunkt nimmt der konvektive Wärmeübergangskoeffizient deutlich ab.

3. Der Schaberverdampfer verfügt im Inneren des Verdampfermantels über einen Heizdampfmantel, der mit drehbaren Schaufeln oder Schabern ausgestattet ist. Es gibt zwei Arten von Abstreifern: den festen Typ und den Rotortyp. Der Spalt zwischen ersterem und der Innenwand des Gehäuses beträgt 0,5-1,5 mm, während der Spalt zwischen letzterem und der Wand mit der Drehzahl des Rotors variiert. Die Flüssigkeit wird entlang der Tangentenrichtung vom oberen Teil des Verdampfers zugeführt (ebenfalls in die Materialwanne koaxial zum Schaber zugeführt). Aufgrund der Schwerkraft, der Zentrifugalkraft und der Wirkung des rotierenden Schabers bildet die Lösung einen nach unten rotierenden Film an der Innenwand des Geräts, verdampft und konzentriert sich dabei und vervollständigt den Austritt der Flüssigkeit am Boden. Bei diesem Verdampfertyp handelt es sich um einen Einwegverdampfer, der externe Energie nutzt, um einen Film zu bilden. Sein herausragender Vorteil ist seine starke Anpassungsfähigkeit an Materialien und die kurze Verweilzeit, die normalerweise einige Sekunden oder mehrere zehn Sekunden beträgt, wodurch es für hochviskose Materialien (z. B. Tanninextrakt, Honig usw.) und Materialien geeignet ist, die zu Kristallisation, Ablagerungen und Hitzeempfindlichkeit neigen. Seine Struktur ist jedoch komplex und verbraucht viel Strom, so dass etwa 1,5–3 kW pro Quadratmeter Wärmeübertragungsfläche benötigt werden. Darüber hinaus ist seine Verarbeitungskapazität sehr gering und die Herstellungs- und Installationsanforderungen hoch.

Verdampfer mit direkter Kontaktwärmeübertragung

In der tatsächlichen ProduktionLaborverdampferManchmal werden auch Systeme mit direkter Kontaktwärmeübertragung verwendet. Es mischt Kraftstoff (normalerweise Gas und Öl) mit Luft und verbrennt ihn in einer in eine Lösung getauchten Brennkammer. Dabei entstehen Hochtemperaturflammen und Rauch, die durch Düsen am Boden der Brennkammer direkt in die verdampfte Lösung gesprüht werden. Hochtemperaturgas und Lösung kommen in direkten Kontakt, während die Wärmeübertragung erfolgt, um Wasser zu verdampfen und zu verdampfen. Der entstehende Wasserdampf und das Abgas werden gemeinsam oben aus dem Verdampfer abgeführt. Die Eintauchtiefe seiner Brennkammer in die Lösung beträgt im Allgemeinen 0,2-0,6 m und die Temperatur des aus der Brennkammer austretenden Gases kann über 1000 Grad erreichen. Aufgrund der direkten Kontaktwärmeübertragung ist die Wärmeübertragungswirkung sehr gut und die Wärmenutzungsrate hoch. Aufgrund des Fehlens einer festen Wärmeübertragungswand ist die Struktur einfach und eignet sich besonders für die Verdampfung von Materialien, die zu Kristallisation, Ablagerungen und Korrosion neigen. Es wird häufig bei der Abfallsäurebehandlung und der Eindampfung von Ammoniumsulfatlösungen eingesetzt. Wenn die verdampfte Flüssigkeit jedoch nicht durch Rauch verunreinigt werden darf, ist dieser Verdampfertyp in der Regel nicht geeignet. Und aufgrund der großen Rauchmenge ist die Nutzung von Sekundärdampf begrenzt. Darüber hinaus ist die Düse anfälliger für Beschädigungen durch das Eintauchen in Flüssigkeiten mit hoher Temperatur. Aus der obigen Einleitung ist ersichtlich, dass es viele Strukturtypen von Verdampfern gibt, von denen jeder seine eigenen Vor- und Nachteile sowie Anwendungssituationen hat. Bei der Auswahl ist zunächst zu berücksichtigen, ob es sich an die Prozesseigenschaften des verdampften Materials anpassen kann, einschließlich seiner Viskosität, thermischen Empfindlichkeit, Korrosivität und ob es zur Kristallisation oder Ablagerung neigt. Dann sind eine einfache Struktur, eine einfache Herstellung, ein geringer Metallverbrauch, eine bequeme Wartung, eine gute Wärmeübertragungswirkung usw. erforderlich.