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强制循环和自然循环蒸发系统

分类:
技术文章
作者:
王爱军工程师
2023/04/23 09:18
【摘要】:
按照溶液在蒸发器中存留的情况,蒸发系统一般分为循环型蒸发系统和单程型蒸发系统。单程型蒸发系统主要为膜蒸发器系统(即升膜式蒸发器、降膜式蒸发器、升—降膜式蒸发器、刮板薄膜式蒸发器等,这里统称膜蒸发器),即通过一次进出料完成蒸发浓缩过程。这里着重介绍循环型蒸发系统。循环型蒸发系统,即溶液在蒸发器内做多次循环流动来达到蒸发的目的。根据引起循环的不同原因,循环型蒸发系统由分为强制循环蒸发系统和自然循环蒸发

按照溶液在蒸发器中存留的情况,蒸发系统一般分为循环型蒸发系统和单程型蒸发系统。单程型蒸发系统主要为膜蒸发器系统(即升膜式蒸发器、降膜式蒸发器、升—降膜式蒸发器、刮板薄膜式蒸发器等,这里统称膜蒸发器),即通过一次进出料完成蒸发浓缩过程。这里着重介绍循环型蒸发系统。循环型蒸发系统,即溶液在蒸发器内做多次循环流动来达到蒸发的目的。根据引起循环的不同原因,循环型蒸发系统由分为强制循环蒸发系统和自然循环蒸发系统。

强制循环蒸发系统主要由加热室、结晶器(分离器)、强制循环泵、其他泵类及控制系统等组成(见下图)。这里我们主要介绍述加热室、结晶器和强制循环泵。加热室为列管式换热器,可卧式或立式安装,介质管内为物料,壳程内为蒸汽。壳程内配有多个折流板,在设备中起到了固定列管及强化传热效果,在换热时利用强制循环泵、对物料进行强制循环闪蒸。结晶器为立式装置,在蒸发中起到汽水分离、物料的沉降和晶体的生长作用。使物料有比较大的分离空间,减少物沫夹带,还要考虑流体的流场环境以及晶体的生长空间。在结晶器的分离器顶部设置两级惯性除沫装置。61fd083219af6dea4d151f715c8fbfe

强制循环泵为一大流量低扬程的轴流泵,与强制循环蒸发结晶器配套使用,为晶体生长提供足够的循环速度,有效快速降低溶液过饱和,避免溶液爆发成核,有效提高加热室管间流速,增大传热系数的同时避免物料堵管。

强制循环蒸发器的特点是循环速度大,传热系数大,蒸发效率高,非常适合于粘度高、易结晶结垢的物料。因此目前有广泛的运用。

自然循环蒸发系统主要由不同位置温度变化等因素引起的密度差为推动力,从密度高的位置流向密度低的位置,形成内部循环。这部分内容可以通过ANSYS、CFD等软件进行模拟计算,也可以结合试验进行手工计算。俞秀民等教授通过实验等方式总结出了自然循环实际有效推动力H的设计计算式,如下

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自然循环速度一般较小,传热系数较低,但是蒸发浓度较高,且减少了机械能耗。市场上主要有中央循环管式蒸发器、外加热式蒸发器和列文蒸发器等蒸发器等组成的自然循环蒸发系统。这里以中央循环管式蒸发器组成的系统为例做简要的介绍。自然循环蒸发系统由中央循环管式蒸发器、冷凝器、真空装置、泵类、储罐及控制系统等组成(下图)。中央循环管式蒸发器又称为标准蒸发器,由下段加热室与上段分离室构成。其中加热室由加热管束和中央循环管组成,由于中央循环管很大,单位体积溶液占有的传热面比其他加热管要小,即循环管内受热程度轻、汽化较少,形成的汽液混合物的密度大,加热管束反之。由于受热不均所致的密度差,使溶液由中央循环管下降,加热管上升,形成循环流动。为了保证溶液在蒸发器内的良好循环,中央循环管的截面积一般为加热管总截面积的40%~100%。加热管多采用25~75mm直径的管子,加热管高度一般为0.6~2m,循环速度可达0.1~0.5m/s。

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因溶液在蒸发系统内循环情况较好,结构紧凑、制造方便、传热较好及操作可靠等优点,故应用广泛。目前,循环型蒸发系统被广泛的应用于化工、医药、食品等行业。

 

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