¿Qué es Evaporador?
Dispositivo para concentrar una solución o precipitar cristales de una solución por calentamiento. Generalmente, la solución es una solución acuosa diluida que contiene solutos sólidos no volátiles. Calentar la solución a ebullición para vaporizar parte del solvente puede aumentar la concentración del soluto en la solución. Por ejemplo, la producción industrial de sosa cáustica, sal y El azúcar debe tratarse con un evaporador. Además, el evaporador también se puede utilizar para la purificación de solventes, como la preparación de agua dulce. La fuente de calor del evaporador es principalmente vapor saturado, pero también gas de combustión, fuego y energía solar.
El tipo deevaporador según la presión de funcionamiento se divide en tres tipos: presión normal, presurizada y presión reducida. Según el estado de movimiento de la solución en el evaporador, existen: Tipo circular: la solución hirviendo pasa a través de la superficie de calentamiento muchas veces en la cámara de calentamiento, como el tipo de tubo de circulación central, el tipo de cesta colgante, el tipo de calentamiento externo, el tipo Levin y circulación forzada Ecuaciones y así sucesivamente.
Tipo de paso único: la solución hirviendo pasa a través de la superficie de calentamiento en la cámara de calentamiento una vez, sin flujo circulante, y luego descarga el líquido concentrado, como película ascendente, película descendente, película ascendente-descendente, película de agitación y película centrífuga, etc. . Tipo de contacto directo: el medio de calentamiento contacta directamente con la solución para la transferencia de calor, como un evaporador de combustión sumergido.
El evaporador de tubo de circulación central estácompuesto por tres partes: cámara de calentamiento, cámara de evaporación y cámara de separación (Figura 1). La cámara de calentamiento es en realidad un intercambiador de calor. La solución en los tubos se calienta con el vapor entre los tubos (vapor calentado, también llamado vapor primario o vapor fresco), llega a ebullición y sube a la cámara de evaporación. La presión de la solución disminuye y el solvente se evapora en gran cantidad para formar vapor (llamado vapor secundario). La solución no vaporizada ingresa a la tubería de circulación central de gran diámetro y desciende.
Debido a la diferencia de densidad entre ella y el flujo de dos fases de vapor-líquido en la tubería de calefacción circundante de pequeño diámetro, se forma un flujo de circulación direccional y luego es Se transfiere a la tubería de calefacción circundante, se calienta y se evapora, y el líquido concentrado se descarga por la válvula de descarga inferior. La cámara de evaporación tiene una cierta altura (denominada espacio de separación) para permitir que las gotas grandes del vapor caigan de forma natural y realicen una separación preliminar.El espacio de separación es generalmente de unos 800 mm.
El vapor secundario separado preliminarmente ingresa a la cámara de separación para separar aún más las gotitas finas y reducir las pérdidas por arrastre mecánico. Durante el proceso de evaporación, cabe señalar que: En la cámara de calentamiento, el punto de ebullición de la solución aumenta con el aumento de la concentración de la solución y varía con la altura de la posición. Cuanto más alta es la columna de líquido por encima de la posición , cuanto mayor sea la columna de líquido. Cuanto mayor sea la presión estática, mayor será el punto de ebullición. De esta manera, la diferencia de temperatura efectiva entre el vapor de calentamiento y la solución es menor.
Para mantener un alto coeficiente de transferencia de calor, la pared de la tubería en el lado de la solución debe estar limpia, libre de incrustaciones y una limpieza regular; el espacio de vapor de calefacción fuera de la tubería, especialmente en algunos rincones muertos, debe estar equipado con gas no condensable El puerto de descarga, para evitar la acumulación de gas y afectar la transferencia de calor. Este tipo de evaporador también se denomina evaporador estándar. Se caracteriza por una circulación de la solución mejorada, una mayor eficiencia de transferencia de calor, una menor suciedad, una estructura simple y una fabricación conveniente. Este tipo de evaporador se utiliza a menudo en la industria azucarera.
Evaporador de cesta colgante "La cámara de calentamiento de este tipo de evaporador es un componente independiente en forma de cesta, que puede colgarse (o apoyarse) en la pared del evaporador, de ahí el nombre" cesta colgante ". El evaporador de cesta colgante es también un evaporador de circulación de uso común. Su cámara de calentamiento tiene solo haces de tubos verticales y no tiene tubo central. El espacio de sección transversal anular entre la cámara de calentamiento y la pared se utiliza como circuito de circulación de la solución.
Debido al área de sección transversal más grande del canal anular, la circulación de la solución es mejor y la eficiencia de transferencia de calor es mayor; y un extremo de la cámara de calentamiento puede expandirse libremente, evitando la tensión de diferencia de temperatura entre el tubo. y la placa del tubo. Debido a que la cámara de calentamiento es fácil de reemplazar, el evaporador de canasta colgante se usa a menudo en la industria de la combustión.
Evaporador de tipo de calentamiento externo "La cámara de calentamiento de este evaporador se coloca fuera de la cámara de evaporación. De esta manera, no solo se puede reducir la altura de todo el evaporador, sino que también es fácil de limpiar y reemplazar. Su haz de tubos de calentamiento es más largo, generalmente más de 5 metros, y el tubo de circulación no se calienta, y el tubo es todo en fase líquida, por lo que la velocidad de circulación también es alta, la eficiencia de transferencia de calor es alta y los granos de cristal no lo son fácil de escalar.
Sin embargo, la parte superior del haz de tubos calefactores se desgasta y bloquea fácilmente.
Evaporador de tipo Levinsu principio fue propuesto por la Unión Soviética PE Levin en la década de 1950. Bajó la cámara de calentamiento y colocó una sección de soporte y una sección de flujo constante entre la cámara de calentamiento y la cámara de evaporación, para que pueda operar a un nivel alto de líquido (Figura 2).
De esta manera, se establece una presión estática considerable del nivel del líquido en la cámara de calentamiento para aumentar el punto de ebullición de la solución, de modo que la solución solo se calienta en la cámara de calentamiento sin hervir (controle su temperatura para que sea de 2 a 3 por debajo del punto de ebullición), por lo que no precipitará los granos.
Cuando la solución sube, pasa por la sección de soporte y la sección de flujo constante a la cámara de evaporación, se reduce la presión y también se baja el punto de ebullición, es decir, hierve y se evapora, y los granos de cristal se precipitan, así evitando incrustaciones en la pared del tubo calefactor. Debido a que la velocidad de circulación de la solución es tan alta como 2 metros por segundo, se debe establecer una sección de flujo constante en la salida sobre la cámara de calentamiento para dispersar el flujo de líquido y evitar el "golpe de ariete". El evaporador tipo Levin se utiliza principalmente para evaporar la solución con granos de cristal.
Evaporador de circulación forzadaEste es un evaporador que usa una bomba para forzar la circulación de la solución (Figura 3). La mayoría de las bombas de circulación son externas, pero también las hay integradas. En la cámara de calentamiento fuera de la bomba de circulación, la solución fluye de abajo hacia arriba; mientras que en la cámara de calentamiento incorporada en la bomba de circulación, la solución fluye de arriba hacia abajo y luego pasa a través del espacio anular entre la cámara de calentamiento y la pared.
Hacia arriba, a través del deflector de guía detrás de la bomba, introduzca la bomba de circulación y circule hacia abajo. Debajo del haz de tubos calefactores, también hay un deflector de guía para uniformar el flujo de líquido y reducir la resistencia. El propósito de utilizar la circulación forzada es: Reforzar la transferencia de calor.
Utilizado para la evaporación en condiciones de pequeña diferencia de temperatura, también se puede utilizar vapor de baja energía con un punto de ebullición de 3 5 más alto que el de la solución; mientras que la diferencia de temperatura de evaporación de la circulación natural es generalmente superior a 7 10 . Reducir la escala. Cuando la solución está a una velocidad alta de aproximadamente 3 metros por segundo, los pequeños granos de cristal son difíciles de depositar y la solución no hierve realmente en el tubo de calentamiento, por lo que los pequeños granos de cristal no crecerán.
Evaporador de película ascendenteLa cámara de calentamiento de este evaporador tiene un haz de tubos compuesto por muchos tubos verticales largos (Figura 4). Los tubos calefactores de uso común tienen un diámetro de 25-50 mm y la relación entre la longitud del tubo y el diámetro del tubo es de aproximadamente 100-150. La solución se precalienta y se introduce en la parte inferior de la cámara de calentamiento.
Durante el proceso ascendente de la tubería, es calentada por el vapor entre las tuberías, y hierve y vaporiza rápidamente, formando una gran cantidad de burbujas, que llevan la solución. y formar un flujo de alta velocidad en la pared de la tubería. La película líquida. Para formar eficazmente la película, la velocidad del vapor ascendente debe mantenerse por encima de un cierto valor. Por ejemplo, la velocidad del vapor de salida adecuada a presión normal es generalmente de 20 a 50 m / s, y la velocidad del vapor a presión reducida será mayor.
La corriente de vapor con una gran cantidad de espuma líquida entra en la cámara de evaporación y el líquido concentrado separado se mezcla con las gotitas de líquido separadas de la cámara de separación y se descarga por el extremo inferior como producto. Las características del evaporador de película ascendente son: gran coeficiente de transferencia de calor, alta eficiencia de transferencia de calor, corto tiempo de residencia en la superficie de calentamiento, adecuado para la evaporación de viscosidad y concentración medias, tendencia a la formación de espuma, solución sensible al calor; pero también para soluciones concentradas que cristalizarán en la zona de ebullición no son adecuados.
Evaporador de película descendente "El extremo superior del tubo de calentamiento de este evaporador está equipado con un distribuidor de líquido con ranuras en espiral (Figura 5). La solución se agrega desde la parte superior y se esparce sobre la pared de la tubería mediante un movimiento en espiral a través de las ranuras del distribuidor, formando una película líquida, que fluye hacia abajo por gravedad y se evapora con el calor.
Dado que la presión en la cámara de evaporación es menor que en la cámara de calentamiento, el vapor en el tubo de calentamiento es aspirado por la cámara de evaporación y fluye hacia abajo (en la misma dirección que la película de líquido) y lo acelera. El tiempo de residencia de la solución en el tubo de calentamiento es similar al del tipo de película ascendente y el propósito de este evaporador es similar al del tipo de película ascendente.
Evaporador de película ascendente-descendente "Este evaporador combina la película ascendente y la película descendente en una carcasa. La solución precalentada primero sube a través de la cámara de calentamiento de película ascendente, luego desciende de la cámara de calentamiento de película descendente y finalmente se separa del vapor secundario en la cámara de separación para obtener una solución concentrada. Este tipo de evaporador se usa principalmente en situaciones donde la viscosidad de la solución cambia mucho durante la operación, la cantidad de agua evaporada en la solución no es grande y la altura de la planta es limitada.
El evaporador de recompresión de vapor tomael vapor secundario de la cámara de evaporación a través de un compresor mecánico (como un turbocompresor) o una bomba de chorro para aumentar la presión y la temperatura de saturación correspondiente, y luego ingresa a la cámara de calentamiento del evaporador como un uso primario de vapor para mejorar la utilización del vapor. Es adecuado para la concentración de soluciones con un pequeño aumento del punto de ebullición.
Tendencia de desarrollo.
Dado que el evaporador en sí es esencialmente una especie de intercambiador de calor, con el desarrollo del intercambiador de calor, la investigación sobre el evaporador también ha logrado ciertos avances, principalmente: Han aparecido algunas nuevas estructuras de cámara de calentamiento, como un evaporador de placas para procesamiento diversos materiales que son muy sensibles a las altas temperaturas; se investiga experimentalmente un evaporador de aleta-placa; se propone un evaporador con tubos calefactores de aleta interior y exterior; se desarrolla un evaporador de tubo coaxial especialmente adecuado para concentrar jarabe.
Mejore el rendimiento de transferencia de calor del área de intercambio de calor original, investigue y pruebe a producir una superficie porosa similar a una fibra de cobre que cubra el tubo de cobre del evaporador para formar un evaporador de tubo de alto flujo de calor. Para resolver el problema de las condiciones especiales de resistencia a la corrosión y alta temperatura, apareció en el dispositivo de producción de ácido clorhídrico un evaporador circulante hecho de vidrio de borosilicato con alto contenido de SiO 2 ; para resistencia a altas temperaturas, se propuso un elemento de evaporación de material metalcerámico ., Se puede utilizar en el dispositivo de vacío durante la pulverización de metales.
En términos de ahorro de energía y uso de nueva energía, no solo se ha popularizado y aplicado el evaporador de recompresión de vapor propuesto basado en el principio de bomba de calor, sino que también apareció un evaporador solar de alta eficiencia en la década de 1970. En cuanto a la supresión y prevención de incrustaciones en el evaporador, muchos académicos han realizado un trabajo de investigación y han propuesto agregar cristales semilla, agregar mezclas de polifosfatos y tratamiento ultrasónico a la solución.
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