Laboratuvar Evaporatörleri

Çözeltinin buharlaştırıcıdaki hareketine göre:

Ürün Özellikleri

Sirkülasyonlu evaporatör

Bu tip buharlaştırıcı, çözeltinin buharlaştırıcıda dolaşmasına izin verir. Farklı dolaşım nedenleri nedeniyle iki kategoriye ayrılabilir: doğal dolaşım ve zorunlu dolaşım.
1. Standart evaporatör olarak da bilinen merkezi sirkülasyon tüplü evaporatör. Isıtma odası, ortasında büyük çaplı bir merkezi sirkülasyon borusu bulunan dikey boru demetlerinden oluşur ve diğer daha küçük çaplı ısıtma borularına kaynatma boruları denir. Merkezi sirkülasyon tüpünün daha büyük boyutundan dolayı, birim hacimdeki çözeltinin kapladığı ısı transfer yüzeyi, kaynatma borusundaki birim hacimdeki çözeltinin kapladığı ısı transfer yüzeyinden daha küçüktür. Bu, merkezi sirkülasyon tüpündeki ve diğer ısıtma tüplerindeki çözeltinin ısıtma derecesinin farklı olduğu anlamına gelir, bu da kaynatma tüpündeki buhar-sıvı karışımının yoğunluğunun merkezi sirkülasyon tüpüne göre daha düşük olmasına neden olur. Ek olarak, yükselen buharın yukarıya doğru emme etkisi, evaporatördeki çözeltinin merkezi sirkülasyon tüpünden aşağıya doğru inen kaynama tüpüne doğru bir sirkülasyon akışı oluşturmasına neden olacaktır. Bu tür bir döngü esas olarak çözeltinin yoğunluk farkından kaynaklanır, dolayısıyla buna doğal döngü denir. Bu etki, evaporatör içindeki ısı transfer verimliliğinin arttırılması açısından faydalıdır.
Çözeltinin iyi bir şekilde sirkülasyonunu sağlamak için, merkezi sirkülasyon tüpünün kesit alanı-genellikle diğer ısıtma tüplerinin toplam kesit alanının %40-100'ü kadardır; Isıtma tüpünün yüksekliği genellikle 1-2 m'dir; Isıtma tüpünün çapı 25-75 mm arasındadır. Bu tip evaporatörler kompakt yapısı, kolay imalatı, iyi ısı transferi ve güvenilir çalışması nedeniyle yaygın olarak kullanılmaktadır. Ancak yapısal sınırlamalardan dolayı bisiklet hızı yüksek değildir. Çözeltinin ısıtma odasında sürekli olarak sirküle edilmesiyle konsantrasyonu her zaman tam çözeltininkine yaklaşır, bu da çözeltinin kaynama noktasının yüksek olmasına ve etkili sıcaklık farkının azalmasına neden olur. Bu, sirkülasyonlu evaporatörlerin yaygın bir dezavantajıdır. Ayrıca ekipmanların temizliği ve bakımı yeterince uygun olmadığından bu evaporatörün üretim gereksinimlerini tam olarak karşılaması zordur.

2. Sirkülasyonlu evaporatörde buharlaşan sıvının kolay kristalleşmesi, kireçlenmesi ve temizlenmesinin zor olması gibi dezavantajların üstesinden gelmek amacıyla, askılı sepet evaporatör olan standart evaporatörün yapısında daha makul bir iyileştirme yapılmıştır. Isıtma odası (4), buharlaştırıcı kabuğunun alt kısmında asılı duran bir sepet gibidir ve yerini, ısıtma odasının dış duvarı ile buharlaştırıcının iç duvarı arasında halka şeklinde bir kanala sahip merkezi bir sirkülasyon tüpü alır. Çözelti, ısıtma tüpünün merkezi boyunca yükselir ve daha sonra bir döngü oluşturmak üzere asılı sepet ısıtma odasının dış duvarı ile buharlaştırıcının iç duvarı arasındaki halka şeklindeki boşluk boyunca aşağı doğru akar. Halka şeklindeki boşluk alanının ısıtma tüpünün toplam kesit alanının yaklaşık %100 ila 150'si olması nedeniyle-, çözelti sirkülasyon hızı standart bir buharlaştırıcınınkinden daha yüksektir ve 1,5 m/s'ye kadar ulaşır. Ayrıca bu evaporatörün ısıtma odası bakım veya değiştirme amacıyla üstten çıkarılabilir ve ısı kaybı da nispeten azdır. Başlıca dezavantajı karmaşık yapısı ve birim ısı transfer alanı başına yüksek metal tüketimidir.

3. Yukarıda bahsedilen doğal sirkülasyonlu evaporatör, yeterince yüksek olmayan, genellikle 1,5 m/s'nin altında bir sirkülasyon hızına sahiptir. Evaporatörü, yüksek viskoziteli, kolay kristalleşmeli veya şiddetli kireçlenmeli çözeltilerin buharlaştırılması için daha uygun hale getirmek ve çalışma döngüsünü uzatmak ve temizleme sürelerinin sayısını azaltmak için çözelti sirkülasyon hızını artırmak.
Yapısal özelliği ısıtma odasının üzerine bir kaynatma odasının eklenmesidir. Kaynatma odasındaki sıvı kolonunun kattığı statik basınç nedeniyle ısıtma odasındaki çözelti ısıtma borusunda kaynamaz. Ancak kaynama odasına yükseldiğinde ve basınç düştüğünde kaynamaya başlayabilir. Bu nedenle çözeltinin kaynaması ve buharlaşması, bir ısı transfer yüzeyi olmaksızın ısıtma odasından kaynama odasına doğru hareket eder, böylece ısıtma tüpünde kristal veya kir oluşumu önlenir. Ek olarak, bu buharlaştırıcının sirkülasyon tüpünün kesit alanı, ısıtma tüpünün toplam kesit alanının yaklaşık 2-3 katıdır ve çözelti sirkülasyon hızı 2,5 ila 3 m/s veya daha fazlasına ulaşabilir, dolayısıyla genel ısı transfer katsayısı da nispeten yüksektir. Bu evaporatörün ana dezavantajı, sıvı kolonunun statik basınç yükü etkisinden kaynaklanan büyük sıcaklık farkı kaybıdır (ayrıntılar için bkz. 6.3.1). Belirli bir etkili sıcaklık farkını korumak amacıyla buharın ısıtılması için yüksek basınca ihtiyaç vardır. Ayrıca ekipman büyüktür, çok fazla malzeme tüketir ve yüksek fabrikalar gerektirir. Yukarıda bahsedilen doğal sirkülasyonlu evaporatörün yanı sıra, yüksek viskoziteli, kolay kristalleşen ve kireçlenen malzemelerin buharlaştırılmasında cebri sirkülasyonlu evaporatör de kullanılır. Bu buharlaştırıcıda, çözeltinin dolaşımı esas olarak, sirkülasyon oluşturmak için bir pompa tarafından belirli bir yönde akmaya zorlanan harici güce dayanır. Sirkülasyon hızının boyutu, pompanın akış hızının genellikle 2,5 m/s'nin üzerinde ayarlanmasıyla kontrol edilebilir. Zorunlu sirkülasyonlu evaporatörün ısı transfer katsayısı da genel doğal sirkülasyondan daha yüksektir. Ancak bariz dezavantajı, ısıtma alanının metrekaresi başına yaklaşık 0,4-0,8 kW gerektiren yüksek enerji tüketimidir.

Tek-yönlü buharlaştırıcı

Bu türün temel özelliğiLaboratuvar buharlaştırıcılarıçözeltinin buharlaştırıcıda ısıtma odasından yalnızca bir kez geçmesi ve dolaşım akışı olmaksızın konsantre bir sıvı olarak boşaltılmasıdır. Çözelti ısıtma odasından geçtiğinde tüp duvarında film şeklinde akar, bu nedenle genellikle sıvı film buharlaştırıcı olarak bilinir. Evaporatördeki malzemelerin farklı akış yönlerine göre tek geçişli evaporatörler aşağıdaki tiplere ayrılır.
1. Yükselen film buharlaştırıcının ısıtma odası birçok dikey uzun tüpten oluşur. Yaygın olarak kullanılan ısıtma borusu çapı 25-50 mm olup, boru uzunluğunun boru çapına oranı yaklaşık 100-150'dir. Ön ısıtmanın ardından sıvı, evaporatörün tabanından verilir ve ısıtma borusunda ısıtılarak kaynatılır ve hızla buharlaşır. Üretilen buhar, ısıtma borusunda yüksek hızda yükselir. Normal basınçlı çalışma için uygun çıkış buhar hızı 20-50 m/s'dir ve düşük basınçlı çalışma için buhar hızı 100-160 m/s'ye veya daha yükseğe ulaşabilir. Çözüm, boru duvarı boyunca bir film halinde yükselen ve buharlaşmaya devam eden yükselen buhar tarafından yönlendirilir. Buhar ve sıvı karışımı ayırıcı 2'de ayrılır ve sıvının tamamı ayırıcının alt kısmından, ikincil buhar ise üst kısmından boşaltılır. Sıvıdan buharlaştırılan su miktarı büyük değilse, gerekli buhar hızına ulaşmanın zor olacağı, yani yükselen film buharlaştırıcının konsantre çözeltileri buharlaştırmak için uygun olmadığı unutulmamalıdır; Ayrıca yüksek viskoziteli, kolay kristalleşen veya ölçeklenen malzemeler için de uygun değildir.

2. Düşen film evaporatör ile yükselen film evaporatör arasındaki fark, besleme sıvısının evaporatörün üst kısmından eklenmesi ve yer çekimi etkisi altında boru duvarı boyunca inen film benzeri bir film oluşturması ve bu işlem sırasında buharlaşıp kalınlaşarak dibinde konsantre bir sıvı elde edilmesidir. Yükselen film buharlaştırıcıdan farklı film-oluşturma mekanizması nedeniyle, düşen film buharlaştırıcı, daha yüksek konsantrasyona, viskoziteye (0,05-0,45Ns/m2 aralığında olduğu gibi) ve termal hassasiyete sahip malzemeleri buharlaştırabilir. Bununla birlikte, sıvı filmin tüp içindeki eşit olmayan dağılımı ve yükselen film buharlaştırıcıya kıyasla daha küçük ısı transfer katsayısı nedeniyle, kristalleşmeye veya kireçlenmeye eğilimli malzemeler için hala uygun değildir.
Çözeltinin tek yönlü buharlaştırıcıdaki film benzeri akışından dolayı, konvektif ısı transfer katsayısı büyük ölçüde iyileştirilir ve böylece çözeltinin daha fazla sirkülasyon olmadan ısıtma odasından tek geçişte gerekli konsantrasyona ulaşması sağlanır. Bu nedenle sirkülasyonlu evaporatöre göre daha büyük avantajlara sahiptir. Solüsyonun sirküle edilmemesinin faydaları şunlardır: (1) solüsyonun buharlaştırıcıda kalma süresi çok kısadır, bu da onu özellikle ısıya duyarlı malzemelerin buharlaştırılması için uygun kılar; (2) Tüm çözeltinin konsantrasyonu, sirkülasyon tipinde olduğu gibi her zaman bitmiş sıvının konsantrasyonuna yakın değildir, dolayısıyla bu evaporatörün etkin sıcaklık farkı nispeten büyüktür. Başlıca dezavantajı besleme yükündeki dalgalanmalara karşı oldukça hassas olması ve tasarım veya çalışma uygun olmadığında film oluşturmanın kolay olmamasıdır. Şu anda konvektif ısı transfer katsayısı önemli ölçüde azalacaktır.

3. Kazıyıcı evaporatör, evaporatör kabuğunun içinde, dönebilen bıçaklar veya kazıyıcılarla donatılmış bir ısıtma buhar ceketine sahiptir. İki tip sıyırıcı vardır: sabit tip ve rotorlu tip. Birincisi ile kabuğun iç duvarı arasındaki boşluk 0,5-1,5 mm'dir, ikincisi ile duvar arasındaki boşluk ise rotorun devir sayısına göre değişir. Sıvı, buharlaştırıcının üst kısmından teğet doğrultu boyunca eklenir (aynı zamanda kazıyıcı ile eş eksenli malzeme tepsisine de eklenir). Yer çekimi, merkezkaç kuvveti ve dönen kazıyıcının hareketi nedeniyle çözelti, cihazın iç duvarı üzerinde aşağı doğru dönen bir film oluşturur ve bu işlem sırasında buharlaştırılır ve konsantre edilir, böylece sıvının alttan boşaltılması tamamlanır. Bu tip buharlaştırıcı, bir film oluşturmak için harici gücü kullanan tek yönlü bir buharlaştırıcıdır. Olağanüstü avantajı, malzemelere güçlü uyum sağlaması ve genellikle birkaç saniye veya onlarca saniye olan kısa kalma süresidir; bu da onu yüksek viskozite (tanen özü, bal vb. gibi) ve kristalleşmeye, kireçlenmeye ve ısı hassasiyetine yatkın malzemeler için uygun kılar. Ancak yapısı karmaşıktır ve çok fazla güç tüketir; ısı transfer yüzeyinin metrekaresi başına yaklaşık 1,5-3kW gerektirir. Ayrıca işleme kapasitesi çok küçük olup imalat ve kurulum gereksinimleri yüksektir.

Doğrudan temaslı ısı transferli evaporatör

Gerçek üretimde,Laboratuvar buharlaştırıcılarıbazen doğrudan temasla ısı transferi kullanılır. Yakıtı (genellikle gaz ve yağ) havayla karıştırır ve onu bir çözeltiye daldırılmış bir yanma odasında yakar, yüksek-sıcaklıkta alevler ve duman üretir ve bunlar, yanma odasının alt kısmındaki nozüller aracılığıyla doğrudan buharlaştırılmış çözeltiye püskürtülür. Yüksek sıcaklıktaki gaz ve çözelti doğrudan temasa girerken, suyu buharlaştırmak ve buharlaştırmak için ısı transferi gerçekleşir. Ortaya çıkan su buharı ve egzoz gazı, evaporatörün üst kısmından birlikte tahliye edilir. Yanma odasının çözeltiye dalma derinliği genellikle 0,2-0,6 m'dir ve yanma odasından çıkan gazın sıcaklığı 1000 derecenin üzerine çıkabilir. Doğrudan temasla ısı transferi nedeniyle ısı transfer etkisi çok iyidir ve ısı kullanım oranı yüksektir. Sabit bir ısı transfer duvarının bulunmaması nedeniyle yapı basittir ve özellikle kristalleşmeye, kireçlenmeye ve korozyona eğilimli malzemelerin buharlaşması için uygundur. Atık asit arıtımında ve amonyum sülfat çözeltisinin buharlaştırılmasında yaygın olarak kullanılmaktadır. Ancak buharlaşan sıvının dumanla kirlenmesine izin verilmiyorsa bu tip evaporatörler genellikle uygun değildir. Çok miktarda dumanın varlığı nedeniyle ikincil buharın kullanımı sınırlıdır. Ayrıca nozül, yüksek sıcaklıktaki sıvıya daldırılması nedeniyle hasar görmeye daha yatkındır. Yukarıdaki girişten, her birinin kendi avantajları, dezavantajları ve uygulanabilir durumları olan birçok yapısal evaporatör tipinin olduğu görülebilir. Seçim yaparken göz önünde bulundurulması gereken ilk şey, buharlaştırılmış malzemenin viskozitesi, termal hassasiyeti, aşındırıcılığı ve kristalleşmeye veya kireçlenmeye yatkınlığı dahil proses özelliklerine uyum sağlayıp sağlayamayacağıdır. Daha sonra basit bir yapıya, kolay imalata, düşük metal tüketimine, uygun bakıma, iyi ısı transfer etkisine vb. sahip olması gerekir.