薄膜蒸发器上升

描述

一个不断上升的电影立式长管蒸发器是一种蒸发器这本质上是一个垂直的管壳式热交换器。被蒸发的液体从底部被输送到长管中,并从管壳侧通过管外冷凝的蒸汽加热。这是为了在管内产生蒸汽和蒸汽,使管内的液体沸腾。然后产生的蒸汽将液体压在管壁上,造成液体上升的力。当更多的蒸汽形成时,管的中心将有更高的速度,迫使剩余的液体对管壁形成向上移动的薄膜。这种薄膜上升的现象使蒸发器得名。

应用程序:

上升管蒸发器有广泛的应用,包括废水处理、聚合物生产、食品生产、热脱盐、制药和溶剂回收。阿什纳,F.S. &沙尔,M. &哈森,D.(1971)。海水蒸馏用大型长管蒸发器。在这些行业的应用中,上升管蒸发器主要用作蒸馏塔的再沸器,或用作预浓缩器或闪蒸器,或用于在汽提之前去除挥发性成分的预热器。

热海水淡化:

上升管蒸发器的一个具体应用是海水的热淡化。海水被泵入蒸发器的长管中,同时加热介质(通常是蒸汽)加热它。当蒸汽在管道内形成时,它向上流动。这种蒸发发生在允许使用较低温度的真空条件下。

果汁浓缩和食品加工:

食品工业需要长时间处理对高温敏感的精致产品。上升膜蒸发器可以足够快速和有效地运行,以避免不得不将产品暴露在高温下,这可能会损害或破坏其质量。因此,它们适合用作果汁、牛奶和其他乳制品的浓缩器,这些产品在食品工业中需要精细处理。

优势和局限性

低停留时间

上升膜蒸发器的主要优点是低停留时间与其他蒸发器设计相比,如板式蒸发器。这是至关重要的,因为它允许蒸发器在更高的操作温度下使用,并保证高产品质量,尽管产品是热敏性的。另外的优点是可以选择将蒸发器作为一个连续的过程来操作,这总体上比批量过程操作更节能和更省时。

传热系数高:

另一个显著的优势是相对较高传热系数这种蒸发器类型。这是必不可少的,因为它减少了整体传热面积的需求,反过来将降低蒸发器的初始资本成本。这是由一个外壳和管组成的组件,很容易获得定制设计,使其具有成本效益,适合简单的蒸发要求。

此外,这种类型的蒸发器也可以很容易地包含那些广泛使用的蒸汽分离器,用于发泡产品。

低效率

虽然上升膜蒸发器的效率比较高,有一些优点,但有文献表明,它们的效率不如立式或卧式管式降膜蒸发器。因此,近来人们通常选择降膜蒸发器来代替上升膜蒸发器,因为它们具有与上升膜蒸发器相似的优点,而且还有效率更高的额外好处。此外,上升膜蒸发器需要一个驱动力使薄膜逆重力移动,这造成了一个限制,因为需要加热表面之间有足够的温差来提供驱动力。

有限的产品用途广泛

上升膜蒸发器的另一个主要限制是要求产品具有低粘度和最小的污垢倾向。具有竞争力的工艺设计,如板式蒸发器,可以处理更粘稠的液体,更高的污垢倾向,因为内部部件更容易清洁和维护。

传热系数

对于上升膜蒸发器,传热的主要途径是传导和对流。这些发生时,蒸汽在壳侧加热管道,作为管道加热液体和蒸汽内部。上升管蒸发器的长垂直管的设计,促进了占据管中心部分并上升的蒸汽所施加的压力所形成的长、薄、连续的液体膜的形成。这种薄膜和蒸汽在中心的上升运动促进了巨大的湍流,然后允许更高的传热系数,导致更好的传热效率。影响换热系数值的另一个重要因素是蒸发器的设计。

对数平均温差

根据传热规律,在进料流量恒定的情况下,最初的传热速率随着温差的增大而增大,接近物料的沸点。因此,在这个过程中有一个较大的温差通常是好的。然而,当蒸汽气泡逐渐充满整个管的中心时,蒸汽压力达到峰值。超过这一点,作为传热和上升膜的主要驱动力的温差,如果蒸汽压力有任何增加,就会开始减小。除此之外,在考虑增加温差时,在产品质量和一致性方面还有其他的限制。驱动力的温差很大程度上也取决于蒸汽和沸腾液体的性质。

总传热面积

这是加热介质和需要加热的液体或它们之间的任何中间表面之间的总接触面积。在上升膜蒸发器的情况下,这是薄膜和长管表面之间的特定区域,也是蒸发器外壳内的周围加热介质之间的特定区域。由式可知,传热面积是影响传导换热率的主要因素之一。因此,将可用于传热的面积最大化是有利的。这些限制可能是在单位面积的成本方面,因为增加面积将意味着增加管的长度和蒸发器的外壳,这将显著增加建设和维护的成本。

停留时间

停留时间是指产品经过整个过程所花费的时间。这可以概括为产品的平均停留时间,它规定了产品在蒸发器内停留的平均时间。在许多行业,特别是食品和饮料制造业,客户的要求将大大限制停留时间尽可能短,以最大限度地减少暴露在高温下对营养物质的潜在破坏。

这可以通过各种方式解决,例如在主蒸发器之前设置一个预热系统,该系统的功能是加热液体,直到温度几乎接近沸点。这将降低蒸发器的负载能力,缩短停留时间。

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