Laboratórne výparníky

Podľa pohybu roztoku vo výparníku existujú:

Vlastnosti produktu

Cirkulačný výparník

Tento typ výparníka umožňuje, aby roztok cirkuloval vo výparníku. Vzhľadom na rôzne príčiny cirkulácie ju možno rozdeliť do dvoch kategórií: prirodzená cirkulácia a nútená cirkulácia.
1. Centrálny cirkulačný rúrkový výparník, známy aj ako štandardný výparník. Jeho ohrievacia komora sa skladá z vertikálnych zväzkov rúrok s centrálnou cirkulačnou rúrkou veľkého priemeru v strede a ostatné výhrevné rúrky menšieho priemeru sa nazývajú varné rúry. V dôsledku väčšej veľkosti centrálnej cirkulačnej trubice je teplovýmenná plocha, ktorú zaberá jednotkový objem roztoku, menšia ako plocha, ktorú zaberá jednotkový objem roztoku vo varnej trubici. To znamená, že stupeň ohrevu roztoku v centrálnej cirkulačnej rúre a iných ohrievacích rúrach je odlišný, čo má za následok nižšiu hustotu par-kvapalnej zmesi vo varnej rúre ako v centrálnej cirkulačnej rúre. Okrem toho, sací efekt stúpajúcej pary smerom nahor spôsobí, že roztok vo výparníku vytvorí cirkulačný tok z centrálnej cirkulačnej rúrky klesajúci do varnej rúrky vzostupne. Tento druh cyklu je spôsobený hlavne rozdielom hustoty roztoku, preto sa nazýva prirodzený cyklus. Tento efekt je prospešný pre zlepšenie účinnosti prenosu tepla vo výparníku.
Aby sa zabezpečila dobrá cirkulácia roztoku, plocha prierezu centrálnej cirkulačnej trubice je vo všeobecnosti 40-100 % celkovej plochy prierezu iných vykurovacích trubíc; Výška vykurovacej trubice je zvyčajne 1-2 m; Priemer vyhrievacej trubice je medzi 25-75 mm. Tento typ výparníka je široko používaný vďaka svojej kompaktnej konštrukcii, ľahkej výrobe, dobrému prenosu tepla a spoľahlivej prevádzke. Vzhľadom na štrukturálne obmedzenia však rýchlosť jazdy na bicykli nie je vysoká. Kontinuálnou cirkuláciou roztoku v ohrievacej komore sa jeho koncentrácia vždy približuje koncentrácii úplného roztoku, čo vedie k vysokej teplote varu roztoku a zníženiu efektívneho teplotného rozdielu. Toto je bežná nevýhoda cirkulačných výparníkov. Okrem toho čistenie a údržba zariadenia nie sú dostatočne pohodlné, takže tento výparník je ťažké úplne splniť výrobné požiadavky.

2. Aby sa prekonali nevýhody ľahkej kryštalizácie, tvorby vodného kameňa a zložitého čistenia vyparujúcej sa kvapaliny v cirkulačnom výparníku, urobilo sa rozumnejšie zlepšenie konštrukcie štandardného výparníka, ktorým je závesný košíkový výparník. Ohrievacia komora 4 je ako kôš, zavesená v spodnej časti plášťa výparníka a nahradená centrálnou cirkulačnou rúrkou s prstencovým kanálom medzi vonkajšou stenou ohrievacej komory a vnútornou stenou výparníka. Roztok stúpa pozdĺž stredu ohrievacej rúrky a potom steká nadol pozdĺž prstencovej medzery medzi vonkajšou stenou závesnej ohrievacej komory koša a vnútornou stenou výparníka, aby vytvoril cyklus. Vzhľadom na to, že plocha prstencovej medzery predstavuje približne 100 až 150 % celkovej plochy prierezu ohrievacej trubice, rýchlosť cirkulácie roztoku je vyššia ako rýchlosť štandardného výparníka a dosahuje až 1,5 m/s. Okrem toho je možné ohrievaciu komoru tohto výparníka pri údržbe alebo výmene odobrať zhora a tepelné straty sú tiež relatívne malé. Jeho hlavnou nevýhodou je zložitá štruktúra a vysoká spotreba kovu na jednotku teplovýmennej plochy.

3. Vyššie uvedený výparník s prirodzenou cirkuláciou má rýchlosť cirkulácie, ktorá nie je dostatočne vysoká, vo všeobecnosti pod 1,5 m/s. Aby bol výparník vhodnejší na odparovanie roztokov s vysokou viskozitou, ľahkou kryštalizáciou alebo silnou tvorbou vodného kameňa, a aby sa zvýšila rýchlosť cirkulácie roztoku, aby sa predĺžil pracovný cyklus a znížil sa počet časov čistenia.
Jeho konštrukčným znakom je pridanie varnej komory na vrch vykurovacej komory. Roztok vo vyhrievacej komore nevrie vo vyhrievacej trubici v dôsledku statického tlaku, ktorý vytvára stĺpec kvapaliny vo varnej komore. Môže začať vrieť až vtedy, keď vystúpi do varnej komory a tlak sa zníži. Preto sa varenie a odparovanie roztoku presúva z ohrievacej komory do varnej komory bez teplovýmennej plochy, čím sa predchádza tvorbe kryštálov alebo nečistôt vo vyhrievacej rúrke. Okrem toho plocha prierezu cirkulačnej trubice tohto výparníka je približne 2-3-násobok celkovej plochy prierezu vykurovacej trubice a rýchlosť cirkulácie roztoku môže dosiahnuť 2,5 až 3 m/s alebo viac, takže celkový súčiniteľ prestupu tepla je tiež relatívne vysoký. Hlavnou nevýhodou tohto výparníka je veľká strata rozdielu teplôt spôsobená účinkom statického tlaku stĺpca kvapaliny (podrobnosti pozri 6.3.1). Aby sa udržal určitý efektívny teplotný rozdiel, je potrebný vysoký tlak na ohrev pary. Okrem toho je zariadenie veľké, spotrebuje veľa materiálov a vyžaduje vysoké továrne. Okrem vyššie uvedeného výparníka s prirodzenou cirkuláciou sa výparník s núteným obehom používa aj pri odparovaní materiálov s vysokou viskozitou, ľahkou kryštalizáciou a tvorbou vodného kameňa. V tomto výparníku sa cirkulácia roztoku spolieha hlavne na externú energiu, ktorá je nútená prúdiť v určitom smere pomocou čerpadla, aby sa vytvorila cirkulácia. Veľkosť rýchlosti cirkulácie je možné regulovať nastavením prietoku čerpadla, zvyčajne nad 2,5 m/s. Koeficient prestupu tepla výparníka s núteným obehom je tiež vyšší ako koeficient všeobecnej prirodzenej cirkulácie. Ale jeho zjavnou nevýhodou je vysoká spotreba energie, vyžadujúca asi 0,4-0,8 kW na meter štvorcový vykurovacej plochy.

Jednosmerný-výparník

Hlavnou črtou tohto typuLaboratórne výparníkyspočíva v tom, že roztok prechádza ohrievacou komorou iba raz vo výparníku a je vypúšťaný ako koncentrovaná kvapalina bez cirkulujúceho prúdu. Keď roztok prechádza ohrievacou komorou, tečie vo forme filmu na stene rúrky, takže je bežne známy ako odparovač kvapalného filmu. Podľa rôznych smerov prúdenia materiálov vo výparníku sa jednopriechodové výparníky delia na nasledujúce typy.
1. Ohrievacia komora stúpacieho filmového výparníka pozostáva z mnohých vertikálnych dlhých rúrok. Bežne používaný priemer vykurovacej rúrky je 25-50 mm a pomer dĺžky rúrky k priemeru rúrky je približne 100-150. Po predhriatí sa kvapalina zavádza zospodu výparníka a zahrieva sa v ohrievacej trubici, pričom sa varí a rýchlo sa odparuje. Vytvorená para stúpa vysokou rýchlosťou v ohrievacej trubici. Vhodná výstupná rýchlosť pary pre prevádzku s normálnym tlakom je 20-50 m/s a pre prevádzku so zníženým tlakom môže rýchlosť pary dosiahnuť 100-160 m/s alebo dokonca vyššiu. Roztok je poháňaný stúpajúcou parou, ktorá stúpa vo filme pozdĺž steny potrubia a pokračuje vo vyparovaní. Zmes pár a kvapaliny sa oddelí v separátore 2 a celá kvapalina sa vypustí zo spodnej časti separátora, zatiaľ čo sekundárna para sa vypustí zhora. Treba poznamenať, že ak množstvo vody odparenej z kvapaliny nie je veľké, bude ťažké dosiahnuť požadovanú rýchlosť pary, to znamená, že odparovač so stúpajúcim filmom nie je vhodný na odparovanie koncentrovaných roztokov; Tiež nie je vhodný pre materiály s vysokou viskozitou, ľahkou kryštalizáciou alebo tvorbou vodného kameňa.

2. Rozdiel medzi odparovačom s klesajúcim filmom a odparovačom so stúpajúcim filmom je v tom, že privádzaná kvapalina sa pridáva z hornej časti odparky a pôsobením gravitácie vytvára film podobný zostupu pozdĺž steny potrubia a počas tohto procesu sa vyparuje a zahusťuje, čím sa na dne získa koncentrovaná kvapalina. V dôsledku odlišného mechanizmu tvorby filmu- od odparovača so stúpajúcim filmom môže odparovač so zostupným filmom odparovať materiály s vyššou koncentráciou, viskozitou (napríklad v rozsahu 0,05 – 0,45 Ns/m2) a tepelnou citlivosťou. Kvôli nerovnomernému rozloženiu tekutého filmu vo vnútri trubice a menšiemu súčiniteľu prestupu tepla v porovnaní so stúpajúcim filmovým výparníkom však stále nie je vhodný pre materiály náchylné na kryštalizáciu alebo tvorbu vodného kameňa.
Vďaka filmovému toku roztoku v jednosmernom výparníku- sa výrazne zlepšil koeficient prestupu tepla konvekciou, čo umožňuje roztoku dosiahnuť požadovanú koncentráciu pri jednom prechode ohrievacou komorou bez ďalšej cirkulácie. Preto má väčšie výhody ako cirkulačný výparník. Výhody necirkulácie roztoku zahŕňajú: (1) čas zotrvania roztoku vo výparníku je veľmi krátky, čo ho robí obzvlášť vhodným na odparovanie materiálov citlivých na teplo; (2) Koncentrácia celého roztoku nie je vždy blízka koncentrácii hotovej kvapaliny ako pri cirkulačnom type, takže efektívny teplotný rozdiel tohto výparníka je pomerne veľký. Jeho hlavnou nevýhodou je, že je dosť citlivý na kolísanie zaťaženia posuvu a pri nevyhovujúcej konštrukcii alebo prevádzke nie je ľahké vytvoriť film. V tomto čase sa koeficient prestupu tepla konvekciou výrazne zníži.

3. Škrabkový výparník má vo vnútri plášťa výparníka ohrievací parný plášť, ktorý je vybavený otočnými lopatkami alebo škrabkami. Existujú dva typy škrabiek: pevný typ a typ rotora. Medzera medzi prvým a vnútornou stenou plášťa je 0,5-1,5 mm, pričom medzera medzi plášťom a stenou sa mení podľa počtu otáčok rotora. Kvapalina sa pridáva pozdĺž tangenty z hornej časti výparníka (tiež sa pridáva do misky na materiál koaxiálne so škrabkou). Vďaka gravitácii, odstredivej sile a pôsobeniu rotujúcej škrabky vytvára roztok na vnútornej stene zariadenia film rotácie smerom nadol a počas tohto procesu sa odparuje a koncentruje, čím sa dokončí vypúšťanie kvapaliny na dne. Tento typ výparníka je jednosmerný výparník, ktorý využíva vonkajšiu energiu na vytvorenie filmu. Jeho mimoriadnou výhodou je jeho silná prispôsobivosť materiálom a krátky čas zotrvania, zvyčajne niekoľko sekúnd alebo desiatok sekúnd, vďaka čomu je vhodný pre vysokú viskozitu (ako je tanínový extrakt, med a pod.) a materiály náchylné na kryštalizáciu, tvorbu vodného kameňa a citlivosť na teplo. Jeho štruktúra je však zložitá a spotrebuje veľa energie, čo si vyžaduje približne 1,5-3 kW na meter štvorcový teplovýmennej plochy. Okrem toho je jeho spracovateľská kapacita veľmi malá a požiadavky na výrobu a inštaláciu sú vysoké.

Výparník s priamym kontaktným prenosom tepla

V skutočnej výrobe,Laboratórne výparníkys priamym kontaktným prenosom tepla sa niekedy používajú. Mieša palivo (zvyčajne plyn a olej) so vzduchom a spaľuje ho v spaľovacej komore ponorenej do roztoku, pričom vytvára vysokoteplotné plamene a dym, ktoré sú priamo striekané do odpareného roztoku cez dýzy na dne spaľovacej komory. Plyn s vysokou teplotou a roztok prichádzajú do priameho kontaktu, pričom dochádza k prenosu tepla, aby sa odparila a vyparila voda. Výsledná vodná para a výfukové plyny sú vypúšťané spoločne z hornej časti výparníka. Hĺbka ponorenia spaľovacej komory do roztoku je vo všeobecnosti 0,2-0,6 m a teplota plynu vystupujúceho zo spaľovacej komory môže dosiahnuť viac ako 1000 stupňov . Vďaka priamemu kontaktnému prenosu tepla je jeho efekt prenosu tepla veľmi dobrý a miera využitia tepla je vysoká. Vzhľadom na absenciu pevnej steny na prenos tepla je konštrukcia jednoduchá a vhodná najmä na odparovanie materiálov, ktoré sú náchylné na kryštalizáciu, usádzanie a koróziu. Široko sa používa pri spracovaní odpadových kyselín a odparovaní roztoku síranu amónneho. Ak však nie je dovolené kontaminovať odparovanú kvapalinu dymom, potom tento typ výparníka vo všeobecnosti nie je vhodný. A kvôli prítomnosti veľkého množstva dymu je využitie sekundárnej pary obmedzené. Okrem toho je tryska náchylnejšia na poškodenie v dôsledku ponorenia do kvapaliny s vysokou teplotou. Z vyššie uvedeného úvodu je zrejmé, že existuje mnoho konštrukčných typov výparníkov, z ktorých každý má svoje výhody, nevýhody a použiteľné situácie. Pri výbere je v prvom rade potrebné zvážiť, či sa dokáže prispôsobiť procesným charakteristikám odparovaného materiálu, vrátane jeho viskozity, tepelnej citlivosti, korozívnosti a či je náchylný na kryštalizáciu alebo tvorbu vodného kameňa. Potom sa vyžaduje jednoduchá konštrukcia, ľahká výroba, nízka spotreba kovu, pohodlná údržba, dobrý efekt prenosu tepla atď.