蒸發結晶系統中,濃縮設備是其中非常重要的一部分,真空濃縮設備、中央循環管式濃縮設備、升降膜式蒸發濃縮設備等多設備的詳細介紹,小七帶你來好好學學。
1.按壓力分
常壓濃縮設備:蒸發面為常壓;溶劑氣化后直接排入大氣。特點:設備結構簡單、投資省、維修方便,但蒸發速率低,能量損耗大,易破壞物料中營養成分。
真空濃縮設備:蒸發面上氣化后處于負壓狀態,特點是優點:加熱蒸汽與沸騰液體之間的溫度差可以增大;可利用壓強較低的蒸汽作為加熱介質;使濃縮設備的熱損失減少。缺點:增加附屬設備及動力,成本高;熱量消耗大。
電加熱夾層鍋
可傾式夾層鍋
不銹鋼攪拌夾層鍋
2.按蒸汽利用的次數分
雙效濃縮設備:二次利用;
多效濃縮設備:三次或三次以上利用;
帶有熱泵的濃縮設備:熱泵再次加熱利用。
3.按料液的流程分
單程式、循環式(自然循環和強制循環)。
4.按料液分布狀態分
薄膜式:分散成薄膜狀,蒸發面大,蒸發快。它分為升膜式、降膜式、升降膜式、片式、刮板式和離心式薄膜蒸發器。
非膜式:大蒸發面。它按料液管路中流動,管路又分為盤管式濃縮器、中央循環管式濃縮器。
工業生產中常遇到要求處理大量料液并汽化大量水分的情況,為了節約加熱蒸汽,可采用多效。
多效蒸發是將多臺蒸發器首尾相接,串聯操作的系統,后一效的操作壓力和溶液沸點均較前一效低,僅在操作壓力最高的第一效加入新鮮的加熱蒸汽,所產生的二次蒸汽通入后一效的加熱室作為后一效的加熱蒸汽,即后一效的加熱室成為前一效二次蒸汽的冷凝器,最末效往往是在真空下的操作的,只有末效的二次蒸汽才用冷卻介質冷凝。因此多效蒸發不但明顯地減少了加熱蒸汽的耗量,同時也明顯的減少了冷卻水的耗量,理想條件下,生蒸汽及冷卻水耗量與效數間的關系見下表:
1.單效真空濃縮設備特點
(1)真空下蒸發濃縮,配有抽真空裝置;
(2)蒸汽一次利用,熱能利用率高,但是二次蒸汽未充分利用;
(3)結構簡單,操作方便,傳熱系數高,操作控制容易;
(4)傳熱面積小(管道),生產能力低,料液循環差,盤管表面易結垢;
(5)清洗困難。
2.中央循環管式濃縮鍋
(1)基本原理:
由于傳熱產生重度差,形成了自然循環,液面上的水汽向上部負壓空間迅速蒸發,從而達到濃縮的目的。
(2)基本結構:
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鍋體:鍋底、加熱室—蒸汽容納空間。
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加熱器體:中央循環管(截面積為總面積的40%-100%)和上下管板及加熱管束(直徑25mm-75mm),長徑比為20-40,液料在管內流動而加熱蒸汽在管束之間流動。
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管道(口):真空系統、料液進出口、不凝氣出口、冷凝水出口、二次蒸汽出口。
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蒸發室:蒸發室是指料液液面上部的圓筒空間。料液經加熱后汽化,必須具有一定高度和空間,使汽液進行分離,二次蒸汽上升,溶液經中央循環管下降,如此保證料液不斷循環和濃縮。
蒸發室的高度,主要根據防止料液被二次蒸汽夾帶的上升速度所決定,同時考慮清洗、維修加熱管的方便,一般為加熱管長度的1.1~1.5倍。
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附件:人孔、儀表、取樣口及視鏡等。
(3)不凝氣體處理:
加熱室中不凝縮氣體的排除:
加熱蒸汽熱交換后,放掉熱,而冷凝成水,從下面排出。如上圖所示,可是蒸汽中有一部分氣體是混入的空氣或氨等不凝縮氣體,不能排除。如果不及時排除。
會在加熱室內愈積愈多,嚴重影響熱效率,在A處放出輕的不凝氣;B處放出重的不凝氣。排出位置的選擇很重要,視不凝氣積聚于何處而定,此管可接在真空系統。
蒸汽中混入不凝氣體的原因有三:
鍋爐水中混入溶解著的空氣和其它氣體、(若用的是冷凝水就不存在此情況)。如果用河水或井水,可以用開口爐燒開后再入鍋爐,可去除大部分空氣。
因在真空下操作,有空氣從接頭處漏入,造成二次蒸汽中混入不凝性氣體。
如果是多效系統。則應注意料液中往往也會有溶解著的不凝氣體,有時甚至還含有對材料具腐蝕性的惡性氣體,應及時排除。不凝性氣會形成薄膜,包住加熱管。
因為氣體不是好的熱導體,加熱蒸汽需通過它才能與壁內溶液進行熱交換;因而傳熱效果就低了。
(4)使用注意事項:
1.特點
料液在管壁或器壁上分散成液膜的形式流動(上升、下降或上升與下降組合),從而使蒸發面積增加,提高濃縮效率。
2.分類
(1)按液膜形成方式分:自然循環式蒸發器和強制循環式蒸發器;
(2)按液膜運動方向分:升膜式蒸發器、降膜式蒸發器和升降膜式蒸發器。
3.升膜式蒸發器
(1)與中央循環管式濃縮鍋的區別:
中央循環管式濃縮鍋的料液是依靠傳熱產生的重度差排濃縮液,液面上的二次蒸汽靠負壓排出。而升膜式蒸發器是依靠膨脹的二次蒸汽產生向上的升力,二次蒸汽濃縮液進入分離器。
(2)結構:
加熱管(蒸發器):直徑為30mm-50mm的管子,長徑比為100-150。長管式加熱器結構比較復雜,殼體應考慮熱應力對結構的影響,需采用浮頭管板或在加熱器殼體上加膨脹節。有時可采用套管辦法來縮短管長;
汽液分離器:碰撞型、離心型、過濾型;
進口:蒸汽進口、料液進口;
出口:濃縮液出口、二次蒸汽出口、冷凝水出口。
(3)工程過程:
料液由料液進口進入蒸發器管內,在管內底部與蒸汽首先進行對流傳遞熱量(管外蒸汽熱量傳遞給管內料液),當料液獲得一定熱量達到沸騰狀態,進入管中間部開始產生蒸汽泡,使料液產生上升力;
由于料液熱量的連續獲得,產生二次蒸汽,膨脹的二次蒸汽產生強的上升力,料液呈薄膜狀在管內上行,到管頂部呈噴霧狀,以較高速度進入汽液分離器,二次蒸汽從分離器頂部排出,濃縮液達到濃度要求從分離器底部排出,未達到濃度要求再次由下導管送到底部再次加熱蒸發。
(4)注意事項:
4.降膜式蒸發器
與升膜式一樣,都屬于自然循環的液膜式蒸發濃縮設備,構造與升膜式相似,主要區別是料液由加熱器頂部加入,液體在重力作用下,沿管內壁成液膜狀向下流動,由于向下加速;
克服加速壓頭比升膜式小,沸點升高也小,且加熱蒸汽與料液溫差大,所以傳熱效果較好(關鍵:使料液均勻分布于各加熱管)。
料液分布器:導流管、篩板或噴嘴、旋液噴頭
a.篩孔板式 b、噴霧型 c.鋸齒形導流管 d.螺旋溝槽導流管
e.典型導流管 f.篩孔板與導流管 結合 g.旋液型
5.升降膜式蒸發器
(1)兩組加熱管:一組升膜,另一組降膜
料液先進入升膜式加熱管,沸騰蒸發后,汽液混合物上升至頂部,然后轉入另一半加熱管,再進行降膜蒸發。濃縮液從頂部進入汽液分離器分離后,二蒸汽從分離器上部排入冷凝器,濃縮液從下部排出。
(2)特點
6.板式蒸發器
(1)結構
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板式加熱器:4片傳熱板組成一個板單元;
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汽液分離器:離心式(二次蒸汽和濃縮液在一起);
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進料管道:蒸汽進口、料液進口;
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附件:密封圈、調節板、緊固件和支架等。
(2)板式蒸發器的傳熱組合:
(3)加熱板間蒸汽與物料之流程:
(4)工作過程
料液經泵的作用強制通入板式加熱器體,在流經升膜和降膜段時受加熱蒸汽的作用,通過板壁對料液加熱濃縮,產生的濃縮液和二次蒸汽由底部通入匯集槽機出口通入分離器,分離濃縮液和二次蒸汽,分別從各出口排出,其中冷凝水由冷凝水出口排出。
(5)優缺點
優點:
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體積小,結構緊湊,加熱面積可隨意調整;
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加熱時間短;
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熱敏性物料的適應性好,如牛奶、果汁等;
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具有升膜和降膜的特點,傳熱系數高。
缺點:
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密封墊片易老化而產生泄漏;
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適用壓力有限;
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對粘度大的物料適應性差。
1.汽液分離器
又稱捕沫器、捕液器和除沫器。
(1)作用:
將蒸發過程中產生的霧沫中的溶液聚集并與二次蒸汽分離,減少料液的損失,同時防止污染管道及其它濃縮器的加熱面。
(2)要求
應具有良好的分離效果,其阻力損失盡可能的小,能保證液體連續地流向蒸發室內,同時應具備易于拆洗、沒有死角,結構簡單,尺寸小,材料消耗少等性能。
(3)類型與結構特點
碰撞型:二次蒸汽流經通道上,設有若干擋板,改變夾帶液滴運動方向,與擋板碰撞,沿擋板面流下,從而分離汽液。
離心型:二次蒸汽沿分離器的殼壁成切線方向導入,氣流產生回轉運動,液滴在離心力作用下被甩到分離器的內壁,并沿壁流下回到蒸發室內,二次蒸汽由頂部出口管排除。
過濾型:二次蒸汽通過多層金屬網或磁網等構成的捕液器,液滴粘附在其表面而二次蒸汽通過。
2.蒸汽冷凝器
(1)作用:
將真空濃縮所產生的二次蒸汽進行冷凝,并將其中的不凝性氣體(如空氣、二氧化碳等)分離,以減輕真空系統的容積負荷,同時保證達到所需的真空度。
大氣式、表面式、低水位、水力噴射器
(2)類型與特點:
a.大氣式冷凝器(又稱干式高位逆流冷凝器)
二次蒸汽由冷凝器的下側進入,向上通過隔板間隙,與從冷凝器上部進入的冷水逆流接觸冷凝,不凝氣體由上端排除,進入汽液分離器,將液滴分離后,再被抽真空裝置吸取排入大氣中,應用廣泛。
b.表面式冷凝器
通過管壁間接加熱,加之壁垢的存在,兩邊的溫差大,其冷卻水利用浪費大,應用較少。
c.低水位冷凝器
降低大氣式冷凝器的高度,依靠抽水泵來排出冷凝水。其特點是降低了安裝高度,可在室內安裝,且具有氣壓式冷凝器的優點,但由于配有抽水泵,且管路嚴密和較高的真空吸頭,其投資大。
(3)水力噴射器:
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