Испаритель с падающей пленкой
Испаритель с падающей пленкой — это промышленное устройство для концентрирования растворов , особенно содержащих термочувствительные компоненты. Испаритель представляет собой особый тип теплообменника .
Общий
[ редактировать ]Обычно испарение происходит внутри вертикальных труб, но существуют также случаи, когда технологическая жидкость испаряется снаружи горизонтальных или вертикальных труб. Во всех случаях испаряемая технологическая жидкость стекает вниз под действием силы тяжести в виде сплошной пленки. Жидкость создаст пленку вдоль стенок трубки, продвигаясь вниз (падая) – отсюда и название.
Распределитель жидкости должен быть тщательно спроектирован, чтобы обеспечить равномерное распределение жидкости по всем трубкам, по которым падает раствор. Типовой распределитель показан на рис. 2; эти распределители обычно называют наконечниками из-за их концентрической формы. В большинстве случаев теплоноситель размещается снаружи труб. Высокие коэффициенты теплопередачи необходимы для достижения одинаково сбалансированного сопротивления теплопередаче. Поэтому в качестве теплоносителя обычно используют конденсирующийся пар.
Для жидкостей, испаряющихся внутри, разделение жидкой фазы (раствора) и газообразной фазы происходит внутри трубок. Чтобы сохранить сохранение массы во время этого процесса, скорость пара вниз увеличивается, увеличивая силу сдвига, действующую на пленку жидкости, а, следовательно, и скорость раствора. Результатом может быть высокая скорость пленки, которая становится все более тонкой, что приводит к все более турбулентному потоку. Сочетание этих эффектов обеспечивает очень высокие коэффициенты теплопередачи .
Коэффициент теплопередачи на испаряющей стороне трубки во многом определяется гидродинамическими условиями течения пленки. При малых массовых расходах или высоких вязкостях течение пленки может быть ламинарным, и в этом случае теплопередача контролируется исключительно за счет проводимости через пленку. Поэтому в этом состоянии коэффициент теплопередачи уменьшается с увеличением массового расхода. При увеличении массового расхода пленка становится волнистой, ламинарной, а затем турбулентной. В турбулентных условиях коэффициент теплопередачи увеличивается с увеличением потока.
Испарение происходит при очень низкой разнице средних температур между теплоносителем и технологическим потоком, обычно в пределах 3–6 К, поэтому эти устройства идеально подходят для рекуперации тепла в многостадийных процессах. [ 1 ] [ 2 ] Еще одним преимуществом испарителя с падающей пленкой является очень короткое время пребывания жидкости и отсутствие ее перегрева. Если не учитывать пароотделитель, время пребывания внутри трубок измеряется секундами, что делает его идеальным для термочувствительных продуктов, таких как молоко , фруктовые соки , фармацевтические препараты и многих других.
Испарители с падающей пленкой также характеризуются очень низкими перепадами давления; поэтому они часто используются в глубоком вакууме.
Загрязнение
[ редактировать ]Из-за тесного контакта жидкости с поверхностью нагрева эти испарители чувствительны к загрязнению осаждающимися твердыми частицами. Низкая скорость жидкости на входе обычно недостаточна для эффективной самоочистки трубок. Поэтому испарители с падающей пленкой используются для чистых, не выпадающих в осадок жидкостей. Типичным применением в химической промышленности является концентрация каустической соды .
Испарители с падающей пленкой по сравнению с испарителями с затоплением
[ редактировать ]Испарители с падающей пленкой имеют ряд преимуществ перед своими аналогами с затопленными испарителями.
Они требуют меньшего количества заправки, так как весь корпус (в случае горизонтальных испарителей) или все трубки (в случае вертикального испарителя) не нужно заполнять жидкостью, поскольку теперь для покрытия поверхностей используется тонкая пленка. В таких отраслях, как отопление и кондиционирование воздуха, это может сэкономить значительную сумму денег из-за высоких затрат на заправку хладагента. [ 3 ]
Испарители с падающей пленкой также демонстрируют улучшенные характеристики теплопередачи по сравнению с их затопленными аналогами. [ 3 ] особенно в случаях с низким тепловым потоком.
Существует ряд недостатков, в первую очередь это сопоставимое отсутствие понимания испарителей с падающей пленкой по сравнению с испарителями с затоплением, особенно для испарителей с горизонтальной падающей пленкой. Кроме того, распределение жидкости в испарителях с горизонтальной падающей пленкой является сложной задачей, поскольку производительность сильно ограничивается, если создается неравномерное распределение пленки по трубкам. [ 3 ]
Горизонтальные и вертикальные испарители с падающей пленкой
[ редактировать ]Горизонтальные испарители с падающей пленкой имеют ряд потенциальных преимуществ перед своими вертикальными аналогами в нефтехимической промышленности , например, возможность использования трубок с внешними улучшениями; Хотя для испарителей с вертикальной падающей пленкой доступны трубки с внутренним усилением, внешние улучшения обычно лучше подходят для кипячения. Главный недостаток испарителей с горизонтальной падающей пленкой заключается в том, что если необходимо испарить коррозионную или загрязняющую жидкость, ее придется разместить со стороны корпуса. [ 3 ] Это противоречит передовой практике, поскольку легче очистить загрязнения, обнаруженные внутри трубок, чем снаружи. [ 4 ]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Чун, КР; Себан, РА (1971). «Теплопередача к испаряющимся жидким пленкам». Журнал теплопередачи . 93 (197): 391–396. дои : 10.1115/1.3449836 .
- ^ Альхусейни, А; Тузла, К; Чен, Дж (1998). «Испарение падающей пленки однокомпонентных жидкостей». Международный журнал тепломассообмена . 41 (12): 1623–1632. Бибкод : 1998IJHMT..41.1623A . дои : 10.1016/S0017-9310(97)00308-6 .
- ^ Jump up to: а б с д Том, Джон Р. (2004). Книга инженерных данных III (PDF) . Wolverine Tube Inc., стр. 14–3.
- ^ Слоли, Эндрю, изд. (23 октября 2013 г.). «Кожухотрубный теплообменник: выбираем правильную сторону» . Проверено 6 сентября 2016 г.