懸筐式蒸發(fā)器為了克服循環(huán)式蒸發(fā)器中蒸發(fā)液易結(jié)晶、易結(jié)垢且不易清洗等缺點,對標準式蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)進行了更合理的改進,這就是懸筐式蒸發(fā)器。加熱室4象個籃筐,懸掛在蒸發(fā)器殼體的下部,并且以加熱室外壁與蒸發(fā)器內(nèi)壁之間的環(huán)形孔道代替中央循環(huán)管。溶液沿加熱管中央上升,而后循著懸筐式加熱室外壁與蒸發(fā)器內(nèi)壁間的環(huán)隙向下流動而構(gòu)成循環(huán)。由于環(huán)隙面積約為加熱管總截面積的100至150%,故溶液循環(huán)速度比標準式蒸發(fā)器為大,可達1.5m/s。此外,這種蒸發(fā)器的加熱室可由頂部取出進行檢修或更換,而且熱損失也較小。它的主要缺點是結(jié)構(gòu)復雜,單位傳熱面積的金屬消耗較多。
升膜式蒸發(fā)器其加熱室由許多豎直長管組成。常用的加熱管直徑為25~50mm,管長和管徑之比約為100~150。料液經(jīng)預熱后由蒸發(fā)器底部引入,在加熱管內(nèi)受熱沸騰并迅速汽化,生成的蒸汽在加熱管內(nèi)高速上升,一般常壓下操作時適宜的出口汽速為20~50m/s,減壓下操作時汽速可達100至160m/s或更大些。溶液則被上升的蒸汽所帶動,沿管壁成膜狀上升并繼續(xù)蒸發(fā),汽、液混合物在分離器2內(nèi)分離,完成液由分離器底部排出,二次蒸汽則在頂部導出。須注意的是,如果從料液中蒸發(fā)的水量不多,就難以達到上述要求的汽速,即升膜式蒸發(fā)器不適用于較濃溶液的蒸發(fā);它對粘度很大,易結(jié)晶或易結(jié)垢的物料也不適用。
MVR蒸發(fā)器,是英文mechanical vapor recompression的簡稱。mvr是重新利用它自身產(chǎn)生的二次蒸汽的能量,從而減少對外界能源的需求的一項技術。
二次蒸汽,經(jīng)過壓縮機的壓縮,壓力和溫度得以升高,熱焓隨之增加,被送到蒸發(fā)器的加熱室當作加熱蒸汽即生蒸汽使用,使料液維持蒸發(fā)狀態(tài),而加熱蒸汽本 身將熱量傳遞給物料本身冷凝成水。這樣,原來要廢棄的蒸汽就得到了充分的利用,回收了潛熱,又提高了熱效率。
多效蒸發(fā)過程中,蒸發(fā)器某一效的二次蒸汽不能直接作為本效熱源,只能作為次效或次幾效的熱源。如作為本效熱源必須額外給其能量,使其溫度(壓力)提高。蒸汽噴射泵只能壓縮部分二次蒸汽,而mvr蒸發(fā)器則可壓縮蒸發(fā)器中所有的二次蒸汽。
溶液在一個降膜蒸發(fā)器里,通過物料循環(huán)泵在加熱管內(nèi)循環(huán)。初始蒸汽用新鮮蒸汽在管外給熱,將溶液加熱沸騰產(chǎn)生二次汽,產(chǎn)生的二次汽由渦輪增壓風機吸入,經(jīng)增壓后,二次汽溫度提高,作為加熱熱源進入加熱室循環(huán)蒸發(fā)。正常啟動后,渦輪壓縮機將二次蒸汽吸入,經(jīng)增壓后變?yōu)榧訜嵴羝?,就這樣源源不斷進行循環(huán)蒸發(fā)。蒸發(fā)出的水分終變成冷凝水排出。
由于成本原因,單級離心壓縮機和高壓風機被普遍用于機械蒸汽再壓縮系統(tǒng)。因此下述說明是針對此類設計。離心壓縮機是體積控制機器,即無論吸入壓力多大,體積流率幾乎保持恒定。而質(zhì)量流量的變化與 吸入壓力成比例。
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列文式蒸發(fā)器上述的自然循環(huán)蒸發(fā)器,其循環(huán)速度不夠大,一般均在1.5m/s以下。為使蒸發(fā)器更適用于蒸發(fā)粘度較大、易結(jié)晶或結(jié)垢嚴重的溶液,并提高溶液循環(huán)速度以延長操作周期和減少清洗次數(shù)。
其結(jié)構(gòu)特點是在加熱室上增設沸騰室。加熱室中的溶液因受到沸騰室液柱附加的靜壓力的作用而并不在加熱管內(nèi)沸騰,直到上升至沸騰室內(nèi)當其所受壓力降低后才能開始沸騰,因而溶液的沸騰汽化由加熱室移到了沒有傳熱面的沸騰室,從而避免了結(jié)晶或污垢在加熱管內(nèi)的形成。另外,這種蒸發(fā)器的循環(huán)管的截面積約為加熱管的總截面積的2~3倍,溶液循環(huán)速度可達2.5至3 m/s以上,故總傳熱系數(shù)亦較大。這種蒸發(fā)器的主要缺點是液柱靜壓頭效應引起的溫度差損失(意義詳見6.3.1)較大,為了保持一定的有效溫度差要求加熱蒸汽有較高的壓力。此外,設備龐大,消耗的材料多,需要高大的廠房等。 除了上述自然循環(huán)蒸發(fā)器外,在蒸發(fā)粘度大、易結(jié)晶和結(jié)垢的物料時,還采用強制循環(huán)蒸發(fā)器。在這種蒸發(fā)器中,溶液的循環(huán)主要依靠外加的動力,用泵迫使它沿一定方向流動而產(chǎn)生循環(huán)。循環(huán)速度的大小可通過泵的流量調(diào)節(jié)來控制,一般在2.5m/s以上。強制循環(huán)蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)也比一般自然循環(huán)的大。但它的明顯缺點是能量消耗大,每平方米加熱面積約需0.4~0.8kW。
降膜式蒸發(fā)器降膜式蒸發(fā)器和升膜式蒸發(fā)器的區(qū)別在于,料液是從蒸發(fā)器的頂部加入,在重力作用下沿管壁成膜狀下降,并在此過程中蒸發(fā)增濃,在其底部得到濃縮液。由于成膜機理不同于升膜式蒸發(fā)器,故降膜式蒸發(fā)器可以蒸發(fā)濃度較高、粘度較大(例如在0.05~0.45Ns/m2范圍內(nèi))、熱敏性的物料。但因液膜在管內(nèi)分布不易均勻,傳熱系數(shù)比升膜式蒸發(fā)器的較小,仍不適用易結(jié)晶或易結(jié)垢的物料。
由于溶液在單程型蒸發(fā)器中呈膜狀流動,因而對流傳熱系數(shù)大為提高,使得溶液能在加熱室中不再循環(huán)就達到要求的濃度,因此比循環(huán)型蒸發(fā)器具有更大的優(yōu)點。溶液不循環(huán)帶來好處有:(1)溶液在蒸發(fā)器中的停留時間很短,因而特別適用于熱敏性物料的蒸發(fā);(2)整個溶液的濃度,不象循環(huán)型那樣總是接近于完成液的濃度,因而這種蒸發(fā)器的有效溫差較大。其主要缺點是:對進料負荷的波動相當敏感,當設計或操作不適當時不易成膜,此時,對流傳熱系數(shù)將明顯下降。