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中央循環(huán)管式蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)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。
外熱式蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)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。
升膜式蒸發(fā)器的加熱室由一根或數(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。
其與臥式殼管式冷凝器的結(jié)構(gòu)基本相似。按供液方式可分為殼管式蒸發(fā)器和干式蒸發(fā)器兩種。臥式殼管式蒸發(fā)器廣泛使用于閉式鹽水循環(huán)系統(tǒng)。
結(jié)構(gòu)緊湊,液體與傳熱表面接觸好,傳熱系數(shù)高。但是它需要充入大量制冷劑,液柱對蒸發(fā)溫度將會有一定的影響。且當鹽水濃度降低或鹽水泵因故停機時,鹽水在管內(nèi)有被凍結(jié)的可能。若制冷劑為氟利昂,則氟利昂內(nèi)溶解的潤滑油很難返回壓縮機。此外清洗時需停止工作。
立管式和螺旋管式蒸發(fā)器的共同點是制冷劑在管內(nèi)蒸發(fā),整個蒸發(fā)器管組沉浸在盛滿載冷劑的箱體內(nèi)(或池、槽內(nèi)),為了保證載冷劑在箱內(nèi)以一定速度循環(huán),箱內(nèi)焊有縱向隔板和裝有螺旋攪拌器。載冷劑流速一般為0.3~0.7m/s,以增強傳熱。
立管式和螺旋管式蒸發(fā)器只能用于開式循環(huán)系統(tǒng),故載冷劑必須是非揮發(fā)性物質(zhì),常用的是鹽水和水等。如用鹽水,蒸發(fā)器管子易被氧化,且鹽水易吸潮而使?jié)舛冉档汀_@兩種蒸發(fā)器可以直接觀察載冷劑的流動情況,廣泛用于以氨為制冷劑的鹽水制冷系統(tǒng)。
冷卻排管是用來冷卻空氣的一種蒸發(fā)器。廣泛應用于低溫冷藏庫中,制冷劑在冷卻排管內(nèi)流動并蒸發(fā),管外作為傳熱介質(zhì)的被冷卻空氣作自然對流。
冷卻排管最大的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單,便于制作,對庫房內(nèi)貯存的非包裝食品造成的干耗較少。但排管的傳熱系數(shù)較低,且融霜時操作困難,不利于實現(xiàn)自動化。對于氨直接冷卻系統(tǒng)用無縫鋼管焊制,采用光管或繞制翅片管;對于氟利昂系統(tǒng),大都采用繞片或套片式銅管翅片管組。
蛇管式頂管重力供液或氨泵供液均可;單排和雙排蛇管式墻排管可用于下進上出式的氨泵供液系統(tǒng)及重力供液系統(tǒng),對單根蛇管式排管還可用于氨泵上進下出供液系統(tǒng)和熱力膨脹閥供液系統(tǒng)。
蛇管式排管的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單,易于制作,存液量較小,適用性強。其主要缺點為排管下段產(chǎn)生的蒸氣不能及時引出,必須經(jīng)過排管的全長后才能排出,故傳熱系數(shù)小,汽液二相流動阻力大。
冷風機多是由軸流式風機與冷卻排管等組成的一臺成套設(shè)備。它依靠風機強制庫房內(nèi)的空氣流經(jīng)箱體內(nèi)的冷卻排管進行熱交換,使空氣冷卻,從而達到降低庫溫的目的。
冷風機按冷卻空氣所采用的方式可分為干式、濕式和干濕混合式三種。其中,制冷劑或載冷劑在排管內(nèi)流動,通過管壁冷卻管外空氣的稱為干式冷風機;以噴淋的載冷劑液體直接和空氣進行熱交換的,稱為濕式冷風機;混合式冷風機除冷卻排管外,還有載冷劑的噴淋裝置。
冷庫常用的干式冷風機按其安裝的位置又可分為吊頂式和落地式兩種類型。它們都由空氣冷卻排管,通風機及除霜裝置組成,且冷風機內(nèi)的冷卻排管都是套片式的。大型干式冷風機常為落地式。
這種蒸發(fā)器的特征在于加長的加熱管,并使加熱室安裝在蒸發(fā)器的外面,這樣可以減低蒸發(fā)器的總長度,同時循環(huán)管沒有受到蒸汽加熱,使溶液的自然循環(huán)速度較快。
它是中央循環(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)復雜,單位傳熱面需要的設(shè)備材料量較大。
列文蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)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。
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,適應性較好,但其動力消耗較大。
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,較常用的三種,采用一螺旋型溝槽的圓柱體作為導流管,液體沿溝槽旋轉(zhuǎn)下流分布在整個管內(nèi)壁上;導流管下部為圓錐體,錐體底面向下內(nèi)凹,以免沿錐體斜面流下的液體再向中央聚集;液體是通過齒縫沿加熱管內(nèi)壁成膜狀下降。
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。
刮板薄膜蒸發(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。
物料原液從換熱器上管箱加入,經(jīng)過布液器把物料分配到每根換熱管內(nèi),并且沿著換熱管內(nèi)壁形成均勻的液體膜,管內(nèi)液體膜在向下流的過程中被殼程的加熱蒸汽加熱,邊向下流動邊沸騰并進行蒸發(fā)。到換熱管底端物料變成濃縮液和二次蒸汽。
濃縮液落入下管箱,二次蒸汽進入氣液分離器。在氣液分離器中二次蒸汽夾帶的液體飛沫被去除,純凈的二次蒸發(fā)從分離器中輸送到壓縮機。壓縮機把二次蒸汽壓縮后作為加熱蒸汽輸送到換熱器殼程用于蒸發(fā)器熱源。實現(xiàn)連續(xù)蒸發(fā)過程。
1、換熱效率高
2、占地面積小
3、物料停留的時間短,不易引起物料變質(zhì)。
4、適用于較高粘度的物料。
降膜蒸發(fā)器適用于MVR蒸發(fā)結(jié)晶過程預濃縮工序,可以蒸發(fā)粘度較大的物料,尤其適用于熱敏性物料,但不適用處理有結(jié)晶的物料。
強制循環(huán)蒸發(fā)器由蒸發(fā)分離器、換熱器和強制循環(huán)泵組成。物料在換熱器的換熱管內(nèi)被換熱管外的蒸汽加熱溫度升高。在循環(huán)泵作用下物料上升到蒸發(fā)分離器中,在蒸發(fā)分離器內(nèi)由于物料靜壓下降使物料發(fā)生蒸發(fā)。
蒸發(fā)產(chǎn)生二次蒸汽從物料中溢出,物料被濃縮產(chǎn)生過飽和而使結(jié)晶生長,解除過飽和的物料進入強制循環(huán)泵,在循環(huán)泵作用下進入換熱器,物料如此循環(huán)不斷蒸發(fā)濃縮或濃縮結(jié)晶。
晶漿從循環(huán)管路中用出料泵輸出。蒸發(fā)分離器內(nèi)的二次蒸汽經(jīng)過蒸發(fā)分離器上部的分離和除沫裝置凈化后輸送到壓縮機,壓縮機把二次蒸汽壓縮后輸送到換熱器殼程用作蒸發(fā)器加熱蒸汽,實現(xiàn)熱能循環(huán)連續(xù)蒸發(fā)。
1. 傳熱系數(shù)較低;
2. 換熱表面不易形成結(jié)垢或結(jié)晶。
適用于易結(jié)垢、產(chǎn)生結(jié)晶、高粘度物料蒸發(fā)濃縮或蒸發(fā)結(jié)晶過程。
OSLO蒸發(fā)結(jié)晶器由OSLO蒸發(fā)器、換熱器和強制循環(huán)泵組成。物料在換熱器的換熱管內(nèi)被換熱管外的蒸汽加熱溫度升高。在循環(huán)泵作用下物料上升到OSLO蒸發(fā)結(jié)晶器中,在OSLO蒸發(fā)結(jié)晶器內(nèi)由于物料靜壓下降使物料發(fā)生蒸發(fā)。
蒸發(fā)產(chǎn)生二次蒸汽從物料中溢出,物料被濃縮產(chǎn)生過飽,過飽和溶液在OSLO蒸發(fā)結(jié)晶器的中心管內(nèi)下降與溶液中的小結(jié)晶充分接觸而使結(jié)晶進一步生長,成長較大的結(jié)晶經(jīng)過淘析柱淘析把大結(jié)晶沉淀到淘析柱下面用晶漿泵輸送到稠厚器。較小的結(jié)晶在OSLO結(jié)晶器中繼續(xù)成長。
經(jīng)過澄清的液體被強制循環(huán)泵輸送到換熱器繼續(xù)加熱,物料如此循環(huán)不斷蒸發(fā)濃縮或濃縮結(jié)晶。OSLO蒸發(fā)結(jié)晶器內(nèi)的二次蒸汽經(jīng)過分離器上部的分離和除沫裝置凈化后輸送到壓縮機,壓縮機把二次蒸汽壓縮后輸送到換熱器殼程用作蒸發(fā)器加熱蒸汽。實現(xiàn)熱能循環(huán)連續(xù)蒸發(fā)。
1、結(jié)晶粒度大,粒度均勻
2、設(shè)備體積大,成本高
適用于要求結(jié)晶粒度較大的物料生產(chǎn)。
DTB型結(jié)晶器是一種典型的晶漿內(nèi)循環(huán)結(jié)晶器。由于在結(jié)晶器設(shè)置內(nèi)導流筒,形成了循環(huán)通道,使晶漿具有良好的混合條件,在蒸發(fā)結(jié)晶中能迅速消除過飽和度,能使溶液的過飽和度處于比較低的水平。特別適用于溶解度曲線比較陡的產(chǎn)品。DTB型結(jié)晶器性能良好,生產(chǎn)強度高,能生產(chǎn)顆粒較大的晶粒,且結(jié)晶器內(nèi)不易結(jié)疤。它已經(jīng)成為連續(xù)結(jié)晶器的主要形式之一。
生產(chǎn)強度高,結(jié)晶顆粒較大,性能穩(wěn)定。
適用于結(jié)晶粒度較大、生產(chǎn)強度較高的物料生產(chǎn)。
對于產(chǎn)量較小,結(jié)晶周期較短的,多采用立式結(jié)晶箱
產(chǎn)量較大,周期比較長的,多采用臥式結(jié)晶箱
(1)體積大,晶體懸浮攪拌所消耗的動力較??;
(2)對于結(jié)晶速度較快的物料可串聯(lián)操作,進行連續(xù)結(jié)晶。
連續(xù)操作的 最佳控制是使溶液在進口處即開始生成晶核,進入設(shè)備后很快就生成足夠的晶核,這些晶核懸浮在溶液中,隨著溶液在槽中的慢慢移動長大成晶體。最后從結(jié)晶槽的 另一端排出。
適于結(jié)晶速度比較快,容易自然起晶,且要求結(jié)晶晶體較大的產(chǎn)品;可控制溶液的蒸發(fā)速度和進料速度,結(jié)構(gòu)較簡單。
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