文档介绍：1 概述与设计方案的选择
概述
蒸发设备的分类
常用蒸发器主要由加热室和分离室两部分构成。蒸发器的多种结构型式即在于加热室和分离室结构的多样性及其组合方式的变化。按照蒸发器在溶液中的流动情况,可将蒸发器分为循环型和单程型两大类。
(1)循环型蒸发器:
其特点是溶液在蒸发器中作循环流动。根据引起溶液循环流动原理的不同,又可分为自然循环式和强制循环式两种类别。显然,强制循环蒸发器式依靠外加动力造成溶液在蒸发器中的循环流动,而自然循环式是依靠溶液在蒸发器中不同部位的密度差引起的自然循环流动。
表1-1 常用循环型蒸发器的结构特点及主要性能汇总
型式
结构特点
优点
缺点
中央循环管式
(自然循环式和强制循环式)
加热时中央循环管和加热管内溶液受热程度不同,同时因加热管内蒸汽上升的抽吸作用使溶液产生由加热管上升,中央循环管下降的不断流动,从而提高了传热系数,强化了蒸发过程。在管内安装一旋桨式搅拌器,即构成强制循环式蒸发器。
构造简单,操作可靠
传热效果较好
投资费用较少
清洗和检修较麻烦
溶液循环速度较低(搅拌式可提速2~3倍)
因溶液的循环使蒸发器中溶液的组成总是接近于完成液组成,溶液沸点升高明显,传热温差减小,粘度较大,影响传热效果
悬框式
加热室像个悬框挂在蒸发器壳体内的下部,溶液沿加热室与壳体形成的环隙下降,沿加热管上升,不断循环流动
循环速度较前者大
蒸发器外壳接触的是温度较低的沸腾溶液,热损失少
结构较复杂
单位传热面积用金属量最多
便与检修和更换
适用于蒸发易结垢或有晶体析出的液体
列文式
在加热管上部附加一段直管,由于其静压抑制了加热管中溶液的沸腾,减少了结垢的可能性,在直管上部装有立式隔板,使沸腾产生的气泡受到限制,与液体形成均匀混合物上升,这样循环管中的汽液混合物之间产生较大的密度差和推动力,故循环速度增大
可避免在加热管中析出晶体,减轻加热管表面上污垢的形成
传热效果较好
适用于处理有结晶析出的溶液
设备高达,消耗金属材料多,需要高大厂房
液柱静压引起的温度差损失较大,要求加热蒸汽压力较大
必须保持在较大温差下操作
强制循环式
溶液的的循环借助外力作用,如用泵迫使溶液想一定方向流动
传热系数较自然循环式蒸发器大
适用于高粘度、易结垢、易结晶的溶液
加热蒸汽与溶液之间的温度差较小时(3~5),仍可进行操作
动力消耗大,~
浸没燃烧式
高温烟道气直接通入待蒸发溶液中,使溶液沸腾汽化
结构简单
传热速率快,效率高,适用于易结垢、易结晶或有腐蚀性的溶液
二次蒸汽难以再利用
不适用于热敏性或不能被烟道气污染的物料
(2)单程型蒸发器
单程型蒸发器的特点是溶液沿加热管壁呈膜状流动而进行传热和蒸发,一次通过加热室即可达到所要求的组成。其突出特点是传热效率高,蒸发速率快,溶液在蒸发器内停留时间短,特别适用于热敏性物料的蒸发,因而在食品、生物制品。制药等工业部门得到广泛应用。
根据物料在蒸发器内的流动方向及成膜原因的不同,单程型蒸发器有升膜式、降膜式、升-降模式、刮板薄膜等多种类型。
表1-2 单程型蒸发器的结构特点和性能比较
型式
结构特点
优点
缺点
升膜式
加热室有多根垂直长管组成,原料液经预热由底部进入,受热沸腾后迅速汽化在管内高速上升,带动液体沿管内壁膜状上升并不断蒸发
适用于蒸发量较大、热敏性及易产生泡沫的溶液蒸发
不适用于粘度较大、易结垢或易结晶的溶液
降膜式
原料液由加热室顶部加入,在重力作用下沿管内壁膜状下降,在下降过程中被蒸发增浓
可蒸发组成较高、粘度较大的溶液
不适于易结晶或易结垢的溶液
升-降膜式
原料液经预热后进入蒸发器底部,先由升膜式加热室上升,再由降膜式加热室下降
适用于蒸发过程中溶液组成变化较大或厂房高度有一定限制的场合
对进料负荷波动相当敏感,设计不当时不易成膜
不适用于易结晶或易结垢溶液
刮板薄膜
原料液由蒸发器上部沿切线方向进入,被旋转叶片带动,在内壁上形成旋转下降的液膜,并不断蒸发浓缩
适用于处理易结垢、易结晶或热敏性溶液
结构复杂,动力消耗较大
选型时应考虑的主要因素
料液的性质(如热敏性、腐蚀性、结晶、结垢、粘性、起泡性等,尤其对粘度在蒸发过程中的增加程度及结垢情况应给予特别注意);
工程技术要求,如处理量、蒸发量,安装现场的面积和高度、连续或间歇生产等;
利用的热源和冷却的情况;
(4)结构简单,操作可靠,造价和操作费用低廉,经济合理,维修方便。
设计方案的选择
本设计选择中央循环管式蒸发器。
2 工艺设计计算
计算公式出自《食品工程原理》
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