升膜式蒸發(fā)器其加熱室由許多豎直長管組成。常用的加熱管直徑為25~50mm,管長和管徑之比約為100~150。料液經(jīng)預熱后由蒸發(fā)器底部引入,在加熱管內(nèi)受熱沸騰并迅速汽化,生成的蒸汽在加熱管內(nèi)高速上升,一般常壓下操作時適宜的出口汽速為20~50m/s,減壓下操作時汽速可達100至160m/s或更大些。溶液則被上升的蒸汽所帶動,沿管壁成膜狀上升并繼續(xù)蒸發(fā),汽、液混合物在分離器2內(nèi)分離,完成液由分離器底部排出,二次蒸汽則在頂部導出。須注意的是,如果從料液中蒸發(fā)的水量不多,就難以達到上述要求的汽速,即升膜式蒸發(fā)器不適用于較濃溶液的蒸發(fā);它對粘度很大,易結(jié)晶或易結(jié)垢的物料也不適用。
降膜式蒸發(fā)器降膜式蒸發(fā)器和升膜式蒸發(fā)器的區(qū)別在于,料液是從蒸發(fā)器的頂部加入,在重力作用下沿管壁成膜狀下降,并在此過程中蒸發(fā)增濃,在其底部得到濃縮液。由于成膜機理不同于升膜式蒸發(fā)器,故降膜式蒸發(fā)器可以蒸發(fā)濃度較高、粘度較大(例如在0.05~0.45Ns/m2范圍內(nèi))、熱敏性的物料。但因液膜在管內(nèi)分布不易均勻,傳熱系數(shù)比升膜式蒸發(fā)器的較小,仍不適用易結(jié)晶或易結(jié)垢的物料。
由于溶液在單程型蒸發(fā)器中呈膜狀流動,因而對流傳熱系數(shù)大為提高,使得溶液能在加熱室中不再循環(huán)就達到要求的濃度,因此比循環(huán)型蒸發(fā)器具有更大的優(yōu)點。溶液不循環(huán)帶來好處有:(1)溶液在蒸發(fā)器中的停留時間很短,因而特別適用于熱敏性物料的蒸發(fā);(2)整個溶液的濃度,不象循環(huán)型那樣總是接近于完成液的濃度,因而這種蒸發(fā)器的有效溫差較大。其主要缺點是:對進料負荷的波動相當敏感,當設計或操作不適當時不易成膜,此時,對流傳熱系數(shù)將明顯下降。
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廢水蒸發(fā)器為機械式蒸發(fā)器,其主要特點在于蒸汽壓縮機。蒸汽壓縮機通過機械式壓縮,提高水蒸汽的壓力和溫度。根據(jù)風量和壓縮要求選擇不同類型的蒸汽壓縮機,蒸汽壓縮機的轉(zhuǎn)速由變頻器調(diào)節(jié),可根據(jù)實際需求調(diào)整壓縮機轉(zhuǎn)速壓縮機設有溫度監(jiān)控探頭和振動探頭,保證其長期正常運行。
蒸發(fā)器按操作壓力分常壓、加壓和減壓3種。按溶液在蒸發(fā)器中的運動狀況分有:①循環(huán)型。沸騰溶液在加熱室中多次通過加熱表面,如中央循環(huán)管式、懸筐式、外熱式、列文式和強制循環(huán)式等。②單程型。沸騰溶液在加熱室中加熱表面,不作循環(huán)流動,即行排出濃縮液,如升膜式、降膜式、攪拌薄膜式和離心薄膜式等。③直接接觸型。加熱介質(zhì)與溶液直接接觸傳熱,如浸沒燃燒式蒸發(fā)器。蒸發(fā)裝置在操作過程中,要消耗大量加熱蒸汽,為節(jié)省加熱蒸汽,可采用多效蒸發(fā)裝置和蒸汽再壓縮蒸發(fā)器。蒸發(fā)器廣泛用于化工、輕工等部門。
列文式蒸發(fā)器上述的自然循環(huán)蒸發(fā)器,其循環(huán)速度不夠大,一般均在1.5m/s以下。為使蒸發(fā)器更適用于蒸發(fā)粘度較大、易結(jié)晶或結(jié)垢嚴重的溶液,并提高溶液循環(huán)速度以延長操作周期和減少清洗次數(shù)。
其結(jié)構(gòu)特點是在加熱室上增設沸騰室。加熱室中的溶液因受到沸騰室液柱附加的靜壓力的作用而并不在加熱管內(nèi)沸騰,直到上升至沸騰室內(nèi)當其所受壓力降低后才能開始沸騰,因而溶液的沸騰汽化由加熱室移到了沒有傳熱面的沸騰室,從而避免了結(jié)晶或污垢在加熱管內(nèi)的形成。另外,這種蒸發(fā)器的循環(huán)管的截面積約為加熱管的總截面積的2~3倍,溶液循環(huán)速度可達2.5至3 m/s以上,故總傳熱系數(shù)亦較大。這種蒸發(fā)器的主要缺點是液柱靜壓頭效應引起的溫度差損失(意義詳見6.3.1)較大,為了保持一定的有效溫度差要求加熱蒸汽有較高的壓力。此外,設備龐大,消耗的材料多,需要高大的廠房等。 除了上述自然循環(huán)蒸發(fā)器外,在蒸發(fā)粘度大、易結(jié)晶和結(jié)垢的物料時,還采用強制循環(huán)蒸發(fā)器。在這種蒸發(fā)器中,溶液的循環(huán)主要依靠外加的動力,用泵迫使它沿一定方向流動而產(chǎn)生循環(huán)。循環(huán)速度的大小可通過泵的流量調(diào)節(jié)來控制,一般在2.5m/s以上。強制循環(huán)蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)也比一般自然循環(huán)的大。但它的明顯缺點是能量消耗大,每平方米加熱面積約需0.4~0.8kW。
降膜式蒸發(fā)器降膜式蒸發(fā)器和升膜式蒸發(fā)器的區(qū)別在于,料液是從蒸發(fā)器的頂部加入,在重力作用下沿管壁成膜狀下降,并在此過程中蒸發(fā)增濃,在其底部得到濃縮液。由于成膜機理不同于升膜式蒸發(fā)器,故降膜式蒸發(fā)器可以蒸發(fā)濃度較高、粘度較大(例如在0.05~0.45Ns/m2范圍內(nèi))、熱敏性的物料。但因液膜在管內(nèi)分布不易均勻,傳熱系數(shù)比升膜式蒸發(fā)器的較小,仍不適用易結(jié)晶或易結(jié)垢的物料。
由于溶液在單程型蒸發(fā)器中呈膜狀流動,因而對流傳熱系數(shù)大為提高,使得溶液能在加熱室中不再循環(huán)就達到要求的濃度,因此比循環(huán)型蒸發(fā)器具有更大的優(yōu)點。溶液不循環(huán)帶來好處有:(1)溶液在蒸發(fā)器中的停留時間很短,因而特別適用于熱敏性物料的蒸發(fā);(2)整個溶液的濃度,不象循環(huán)型那樣總是接近于完成液的濃度,因而這種蒸發(fā)器的有效溫差較大。其主要缺點是:對進料負荷的波動相當敏感,當設計或操作不適當時不易成膜,此時,對流傳熱系數(shù)將明顯下降。