Parowniki laboratoryjne

W zależności od ruchu roztworu w parowniku wyróżnia się:

Cechy produktu

Parownik obiegowy

Ten typ parownika umożliwia cyrkulację roztworu w parowniku. Ze względu na różne przyczyny krążenia można je podzielić na dwie kategorie: obieg naturalny i obieg wymuszony.
1. Centralny parownik rurowy obiegowy, zwany także parownikiem standardowym. Jego komora grzewcza składa się z pionowych wiązek rur, z centralną rurą cyrkulacyjną o dużej średnicy pośrodku, a pozostałe rury grzewcze o mniejszej średnicy nazywane są rurami wrzącymi. Ze względu na większy rozmiar centralnej rurki obiegowej, powierzchnia wymiany ciepła zajmowana przez jednostkę objętości roztworu jest mniejsza niż powierzchnia zajmowana przez jednostkę objętości roztworu w rurze wrzącej. Oznacza to, że stopień nagrzania roztworu w centralnej rurze obiegowej i innych rurach grzewczych jest inny, co skutkuje mniejszą gęstością mieszaniny pary-cieczy w rurze wrzącej niż w centralnej rurze obiegowej. Ponadto efekt zasysania w górę unoszącej się pary spowoduje, że roztwór w parowniku utworzy przepływ krążący z centralnej rury cyrkulacyjnej schodzącej do wznoszącej się rury wrzącej. Ten rodzaj cyklu jest spowodowany głównie różnicą gęstości roztworu, dlatego nazywa się go cyklem naturalnym. Efekt ten jest korzystny dla poprawy efektywności wymiany ciepła wewnątrz parownika.
Aby zapewnić dobrą cyrkulację roztworu, pole-przekroju centralnej rury obiegowej wynosi zazwyczaj 40-100% całkowitego pola przekroju poprzecznego innych rur grzejnych; Wysokość rury grzewczej wynosi zazwyczaj 1-2 m; Średnica rury grzewczej wynosi od 25 do 75 mm. Ten typ parownika jest szeroko stosowany ze względu na zwartą konstrukcję, łatwą produkcję, dobry transfer ciepła i niezawodne działanie. Jednak ze względu na ograniczenia konstrukcyjne prędkość jazdy na rowerze nie jest wysoka. Dzięki ciągłej cyrkulacji roztworu w komorze grzewczej jego stężenie zawsze zbliża się do stężenia pełnego roztworu, co skutkuje wysoką temperaturą wrzenia roztworu i zmniejszeniem efektywnej różnicy temperatur. Jest to powszechna wada parowników obiegowych. Ponadto czyszczenie i konserwacja sprzętu nie są wystarczająco wygodne, więc parownik ten trudno w pełni spełnić wymagania produkcyjne.

2. W celu przezwyciężenia wad związanych z łatwą krystalizacją, osadzaniem się kamienia i trudnym czyszczeniem parującej cieczy w parowniku obiegowym, wprowadzono bardziej rozsądne ulepszenie konstrukcji standardowego parownika, którym jest parownik z zawieszonym koszem. Komora grzewcza 4 ma kształt kosza, zawieszonego w dolnej części płaszcza parownika i zastąpionego centralną rurą cyrkulacyjną z pierścieniowym kanałem pomiędzy zewnętrzną ścianą komory grzewczej a wewnętrzną ścianą parownika. Roztwór unosi się wzdłuż środka rury grzewczej, a następnie spływa w dół wzdłuż pierścieniowej szczeliny pomiędzy zewnętrzną ścianą komory grzewczej z zawieszonym koszem a wewnętrzną ścianą parownika, tworząc obieg. Ponieważ powierzchnia szczeliny pierścieniowej wynosi około 100 do 150% całkowitego-powierzchni przekroju poprzecznego rury grzejnej, prędkość cyrkulacji roztworu jest wyższa niż w standardowym parowniku i dochodzi do 1,5 m/s. Ponadto komorę grzewczą tego parownika można zdjąć od góry w celu konserwacji lub wymiany, a straty ciepła są również stosunkowo niewielkie. Jego główną wadą jest złożona budowa i duże zużycie metalu na jednostkę powierzchni wymiany ciepła.

3. Wspomniany powyżej parownik z naturalnym obiegiem ma prędkość cyrkulacji, która nie jest wystarczająco wysoka, zwykle poniżej 1,5 m/s. Aby uczynić parownik bardziej odpowiednim do odparowywania roztworów o dużej lepkości, łatwej krystalizacji lub silnym osadzaniu się kamienia, a także zwiększyć prędkość cyrkulacji roztworu, aby wydłużyć cykl operacyjny i zmniejszyć liczbę czasów czyszczenia.
Jego cechą konstrukcyjną jest dodanie komory wrzenia na górze komory grzewczej. Roztwór w komorze grzewczej nie wrze w rurze grzewczej ze względu na ciśnienie statyczne wywierane przez słup cieczy w komorze wrzenia. Może zacząć wrzeć dopiero wtedy, gdy osiągnie komorę wrzenia i ciśnienie spadnie. Dlatego wrzenie i odparowanie roztworu przemieszczają się z komory grzewczej do komory wrzenia bez powierzchni wymiany ciepła, co pozwala uniknąć tworzenia się kryształów lub brudu w rurze grzewczej. Ponadto pole- przekroju poprzecznego rury cyrkulacyjnej tego parownika jest około 2-3 razy większe od całkowitego pola przekroju poprzecznego rury grzewczej, a prędkość cyrkulacji roztworu może osiągnąć 2,5 do 3 m/s lub więcej, więc ogólny współczynnik przenikania ciepła jest również stosunkowo wysoki. Główną wadą tego parownika jest duża strata różnicy temperatur spowodowana efektem statycznego ciśnienia słupa cieczy (szczegóły patrz 6.3.1). Aby utrzymać pewną efektywną różnicę temperatur, do podgrzania pary wymagane jest wysokie ciśnienie. Ponadto sprzęt jest duży, zużywa dużo materiałów i wymaga wysokich fabryk. Oprócz wspomnianej wyżej wyparki z naturalnym obiegiem, do odparowywania materiałów o dużej lepkości, łatwej krystalizacji i osadzaniu się kamienia, stosuje się również wyparkę z wymuszonym obiegiem. W tym parowniku obieg roztworu opiera się głównie na mocy zewnętrznej, która w celu wytworzenia cyrkulacji jest wymuszana przez pompę przepływ w określonym kierunku. Wielkość prędkości cyrkulacji można regulować regulując natężenie przepływu pompy, zwykle powyżej 2,5 m/s. Współczynnik przenikania ciepła parownika z wymuszonym obiegiem jest również wyższy niż w przypadku ogólnego obiegu naturalnego. Jednak jego oczywistą wadą jest duże zużycie energii, wymagające około 0,4-0,8 kW na metr kwadratowy powierzchni grzewczej.

Parownik-jednokierunkowy

Główną cechą tego typuWyparki laboratoryjnepolega na tym, że roztwór przechodzi przez komorę grzewczą dopiero po wejściu do parownika i jest odprowadzany w postaci stężonej cieczy bez przepływu krążącego. Gdy roztwór przechodzi przez komorę grzewczą, przepływa w postaci filmu na ściance rury, dlatego jest powszechnie znany jako wyparka z warstwą cieczy. W zależności od różnych kierunków przepływu materiałów w parowniku, parowniki jednoprzebiegowe dzielą się na następujące typy.
1. Komora grzewcza wyparki z wznoszącym się filmem składa się z wielu pionowych długich rur. Powszechnie stosowana średnica rury grzewczej wynosi 25-50 mm, a stosunek długości rury do średnicy rury wynosi około 100-150. Po podgrzaniu ciecz wprowadzana jest od spodu parownika i podgrzewana w rurze grzewczej, wrząc i szybko odparowując. Wytworzona para unosi się z dużą prędkością w rurze grzewczej. Odpowiednia prędkość pary wylotowej dla pracy pod normalnym ciśnieniem wynosi 20-50 m/s, a dla pracy pod obniżonym ciśnieniem prędkość pary może osiągnąć 100-160 m/s lub nawet więcej. Roztwór napędzany jest unoszącą się parą, która unosi się warstewką wzdłuż ścianki rury i kontynuuje parowanie. Mieszanina pary i cieczy zostaje rozdzielona w separatorze 2, a cała ciecz jest odprowadzana od dołu separatora, natomiast para wtórna odprowadzana jest od góry. Należy zwrócić uwagę, że jeśli ilość wody odparowanej z cieczy nie jest duża, osiągnięcie wymaganej prędkości pary będzie trudne, tzn. wyparka z wznoszącym się filmem nie nadaje się do odparowywania stężonych roztworów; Nie nadaje się również do materiałów o dużej lepkości, łatwej krystalizacji lub osadzaniu się kamienia.

2. Różnica między parownikiem z opadającym filmem a parownikiem z wznoszącym się filmem polega na tym, że ciecz zasilająca jest dodawana od góry parownika i pod działaniem grawitacji tworzy film przypominający opadanie wzdłuż ścianki rury, który odparowuje i gęstnieje podczas tego procesu, otrzymując stężony płyn na dnie. Ze względu na inny mechanizm tworzenia filmu- niż w wyparce z wznoszącą się warstwą, wyparka z opadającą warstwą może odparowywać materiały o wyższym stężeniu, lepkości (np. w zakresie 0,05–0,45 Ns/m2) i wrażliwości termicznej. Jednak ze względu na nierównomierny rozkład filmu cieczy wewnątrz rury i mniejszy współczynnik przenikania ciepła w porównaniu do wyparki z wznoszącym się filmem, w dalszym ciągu nie nadaje się on do materiałów podatnych na krystalizację lub osadzanie się kamienia.
Ze względu na filmowy przepływ roztworu w-parowniku jednokierunkowym, współczynnik konwekcyjnego przenikania ciepła znacznie się poprawia, umożliwiając osiągnięcie wymaganego stężenia roztworu podczas jednego przejścia przez komorę grzewczą bez dalszej cyrkulacji. Dlatego ma większe zalety niż parownik obiegowy. Korzyści z braku cyrkulacji roztworu obejmują: (1) czas przebywania roztworu w wyparce jest bardzo krótki, co czyni go szczególnie odpowiednim do odparowywania materiałów termoczułych; (2) Stężenie całego roztworu nie zawsze jest bliskie stężeniu gotowej cieczy, jak w przypadku typu obiegowego, dlatego efektywna różnica temperatur tego parownika jest stosunkowo duża. Jego główną wadą jest to, że jest dość wrażliwy na wahania obciążenia paszy, a gdy projekt lub działanie nie jest odpowiednie, nie jest łatwo uformować folię. W tym czasie współczynnik konwekcyjnego przenikania ciepła znacznie się zmniejszy.

3. Parownik zgarniakowy posiada wewnątrz płaszcza parownika płaszcz pary grzewczej, który jest wyposażony w obrotowe łopatki lub zgarniaki. Istnieją dwa rodzaje zgarniaczy: typu stałego i typu rotorowego. Szczelina pomiędzy pierwszą ścianką a wewnętrzną ścianką płaszcza wynosi 0,5-1,5 mm, natomiast szczelina pomiędzy tą pierwszą a ścianą zmienia się w zależności od liczby obrotów wirnika. Ciecz dodawana jest w kierunku stycznym od górnej części parownika (również dodawana do tacy materiałowej współosiowo ze zgarniaczem). Pod wpływem grawitacji, siły odśrodkowej oraz działania obracającego się zgarniacza roztwór tworzy na wewnętrznej ściance urządzenia film o ruchu obrotowym w dół, który w trakcie tego procesu ulega odparowaniu i zatężeniu, co kończy się odprowadzeniem cieczy na dno. Ten typ parownika jest parownikiem jednokierunkowym, który wykorzystuje energię zewnętrzną do utworzenia filmu. Jego wyjątkową zaletą jest duża zdolność adaptacji do materiałów i krótki czas przebywania, zwykle od kilku do kilkudziesięciu sekund, dzięki czemu nadaje się do materiałów o dużej lepkości (takich jak ekstrakt garbnikowy, miód itp.) oraz materiałów podatnych na krystalizację, osadzanie się kamienia i wrażliwość na ciepło. Jednak jego konstrukcja jest złożona i zużywa dużo energii, wymagając około 1,5-3 kW na metr kwadratowy powierzchni wymiany ciepła. Ponadto jego zdolność przerobowa jest bardzo mała, a wymagania produkcyjne i instalacyjne wysokie.

Parownik z bezpośrednim kontaktem z przemiennikiem ciepła

W rzeczywistej produkcjiWyparki laboratoryjneczasami stosuje się bezpośredni kontakt z przenoszeniem ciepła. Miesza paliwo (zwykle gaz i olej) z powietrzem i spala je w komorze spalania zanurzonej w roztworze, wytwarzając-płomienie i dym o wysokiej temperaturze, które są bezpośrednio wtryskiwane do odparowanego roztworu przez dysze na dnie komory spalania. Gaz o wysokiej temperaturze i roztwór wchodzą w bezpośredni kontakt, podczas gdy wymiana ciepła następuje w wyniku odparowania i odparowania wody. Powstała para wodna i gazy spalinowe są odprowadzane razem ze szczytu parownika. Głębokość zanurzenia komory spalania w roztworze wynosi zazwyczaj 0,2-0,6 m, a temperatura gazu opuszczającego komorę spalania może osiągnąć ponad 1000 stopni. Ze względu na bezpośredni kontakt ciepła, jego efekt przenoszenia ciepła jest bardzo dobry, a stopień wykorzystania ciepła jest wysoki. Ze względu na brak stałej ściany wymiany ciepła konstrukcja jest prosta i szczególnie odpowiednia do odparowywania materiałów podatnych na krystalizację, osadzanie się kamienia i korozję. Jest szeroko stosowany w oczyszczaniu kwasów odpadowych i odparowaniu roztworu siarczanu amonu. Jeśli jednak odparowana ciecz nie zostanie zanieczyszczona dymem, wówczas ten typ parownika na ogół nie jest odpowiedni. Natomiast ze względu na obecność dużej ilości dymu wykorzystanie pary wtórnej jest ograniczone. Dodatkowo dysza jest bardziej podatna na uszkodzenia w wyniku zanurzenia w cieczy o wysokiej temperaturze. Z powyższego wprowadzenia można zauważyć, że istnieje wiele typów konstrukcji parowników, z których każdy ma swoje zalety, wady i sytuacje, które można zastosować. Przy wyborze należy przede wszystkim wziąć pod uwagę, czy można go dostosować do właściwości procesowych odparowanego materiału, w tym jego lepkości, wrażliwości termicznej, korozyjności oraz czy jest on podatny na krystalizację lub osadzanie się kamienia. Następnie wymagana jest prosta konstrukcja, łatwa produkcja, niskie zużycie metalu, wygodna konserwacja, dobry efekt wymiany ciepła i tak dalej.