Evaporadores de laboratorio

Según el movimiento de la solución en el evaporador, existen:

Características del producto

evaporador circulante

Este tipo de evaporador permite que la solución circule en el evaporador. Debido a diferentes causas de la circulación, se puede dividir en dos categorías: circulación natural y circulación forzada.
1. Evaporador de tubo de circulación central, también conocido como evaporador estándar. Su cámara de calentamiento está compuesta por haces de tubos verticales, con un tubo de circulación central de gran diámetro en el medio, y los otros tubos de calentamiento de menor diámetro se llaman tubos de ebullición. Debido al mayor tamaño del tubo de circulación central, la superficie de transferencia de calor ocupada por una unidad de volumen de solución es menor que la ocupada por una unidad de volumen de solución en el tubo de ebullición. Esto significa que el grado de calentamiento de la solución en el tubo de circulación central y otros tubos de calentamiento es diferente, lo que resulta en una menor densidad de la mezcla de vapor-líquido en el tubo de ebullición que en el tubo de circulación central. Además, el efecto de succión ascendente del vapor ascendente hará que la solución en el evaporador forme un flujo circulante desde el tubo de circulación central descendente hasta el tubo de ebullición ascendente. Este tipo de ciclo es causado principalmente por la diferencia de densidad de la solución, por lo que se llama ciclo natural. Este efecto es beneficioso para mejorar la eficiencia de la transferencia de calor dentro del evaporador.
Para garantizar una buena circulación de la solución, el área de la sección transversal-del tubo de circulación central es generalmente el 40-100% del área de la sección transversal total de otros tubos de calentamiento; La altura del tubo calefactor es generalmente de 1 a 2 m; El diámetro del tubo calefactor está entre 25 y 75 mm. Este tipo de evaporador se usa ampliamente debido a su estructura compacta, fácil fabricación, buena transferencia de calor y operación confiable. Sin embargo, debido a limitaciones estructurales, la velocidad de ciclismo no es alta. Al hacer circular continuamente la solución en la cámara de calentamiento, su concentración siempre se acerca a la de la solución completa, lo que resulta en un alto punto de ebullición de la solución y una disminución en la diferencia de temperatura efectiva. Este es un inconveniente común de los evaporadores circulantes. Además, la limpieza y el mantenimiento del equipo no son lo suficientemente convenientes, por lo que es difícil que este evaporador cumpla plenamente con los requisitos de producción.

2. Para superar las desventajas de la fácil cristalización, la incrustación y la difícil limpieza del líquido que se evapora en el evaporador circulante, se ha realizado una mejora más razonable en la estructura del evaporador estándar, que es el evaporador de cesta suspendida. La cámara de calentamiento 4 es como una cesta, suspendida en la parte inferior de la carcasa del evaporador y reemplazada por un tubo de circulación central con un canal anular entre la pared exterior de la cámara de calentamiento y la pared interior del evaporador. La solución sube a lo largo del centro del tubo calefactor y luego fluye hacia abajo a lo largo del espacio anular entre la pared exterior de la cámara de calentamiento de cesta suspendida y la pared interior del evaporador para formar un ciclo. Debido a que el área del espacio anular es aproximadamente del 100 al 150 % del área de la sección transversal total del tubo calefactor, la velocidad de circulación de la solución es mayor que la de un evaporador estándar, alcanzando hasta 1,5 m/s. Además, la cámara de calentamiento de este evaporador se puede quitar de la parte superior para mantenimiento o reemplazo, y la pérdida de calor también es relativamente pequeña. Su principal desventaja es su estructura compleja y su alto consumo de metal por unidad de área de transferencia de calor.

3. El evaporador de circulación natural mencionado anteriormente tiene una velocidad de circulación que no es lo suficientemente alta, generalmente inferior a 1,5 m/s. Hacer que el evaporador sea más adecuado para evaporar soluciones con alta viscosidad, fácil cristalización o incrustaciones severas, y aumentar la velocidad de circulación de la solución para extender el ciclo operativo y reducir el número de tiempos de limpieza.
Su característica estructural es la adición de una cámara de ebullición encima de la cámara de calentamiento. La solución en la cámara de calentamiento no hierve en el tubo de calentamiento debido a la presión estática agregada por la columna de líquido en la cámara de ebullición. Sólo puede empezar a hervir cuando sube a la cámara de ebullición y la presión disminuye. Por tanto, la ebullición y vaporización de la solución se desplazan desde la cámara de calentamiento a la cámara de ebullición sin superficie de transferencia de calor, evitando así la formación de cristales o suciedad en el tubo de calentamiento. Además, el área de la sección transversal-del tubo de circulación de este evaporador es aproximadamente 2-3 veces el área de la sección transversal total del tubo de calentamiento, y la velocidad de circulación de la solución puede alcanzar de 2,5 a 3 m/s o más, por lo que el coeficiente general de transferencia de calor también es relativamente alto. La principal desventaja de este evaporador es la gran pérdida por diferencia de temperatura causada por el efecto de presión estática de la columna de líquido (ver 6.3.1 para más detalles). Para mantener una cierta diferencia de temperatura efectiva, se requiere una alta presión para calentar el vapor. Además, el equipamiento es grande, consume muchos materiales y requiere fábricas altas. Además del evaporador de circulación natural mencionado anteriormente, también se utiliza un evaporador de circulación forzada cuando se evaporan materiales con alta viscosidad, fácil cristalización e incrustaciones. En este evaporador, la circulación de la solución depende principalmente de energía externa, que una bomba fuerza a fluir en una determinada dirección para generar circulación. El tamaño de la velocidad de circulación se puede controlar ajustando el caudal de la bomba, normalmente por encima de 2,5 m/s. El coeficiente de transferencia de calor del evaporador de circulación forzada también es mayor que el de la circulación natural general. Pero su evidente desventaja es el alto consumo de energía, que requiere entre 0,4 y 0,8 kW por metro cuadrado de superficie de calefacción.

Evaporador uni-direccional

La característica principal de este tipo deEvaporadores de laboratorioes que la solución sólo pasa una vez a través de la cámara de calentamiento en el evaporador y se descarga como un líquido concentrado sin flujo circulante. Cuando la solución pasa a través de la cámara de calentamiento, fluye en forma de película en la pared del tubo, por lo que se le conoce comúnmente como evaporador de película líquida. Según las diferentes direcciones de flujo de los materiales en el evaporador, los evaporadores de paso único se dividen en los siguientes tipos.
1. La cámara de calentamiento de un evaporador de película ascendente se compone de muchos tubos largos verticales. El diámetro del tubo calefactor comúnmente utilizado es de 25 a 50 mm, y la relación entre la longitud del tubo y el diámetro del tubo es de aproximadamente 100 a 150. Después del precalentamiento, el líquido se introduce desde el fondo del evaporador y se calienta en el tubo calefactor, hirviendo y vaporizándose rápidamente. El vapor generado sube a gran velocidad por el tubo calefactor. La velocidad de salida adecuada del vapor para funcionamiento a presión normal es de 20 a 50 m/s, y para funcionamiento a presión reducida, la velocidad del vapor puede alcanzar 100 a 160 m/s o incluso más. La solución es impulsada por el vapor ascendente, que se eleva formando una película a lo largo de la pared de la tubería y continúa evaporándose. La mezcla de vapor y líquido se separa en el separador 2, y el líquido completo se descarga por la parte inferior del separador, mientras que el vapor secundario se descarga por la parte superior. Cabe señalar que si la cantidad de agua evaporada del líquido no es grande, será difícil lograr la velocidad de vapor requerida, es decir, el evaporador de película ascendente no es adecuado para evaporar soluciones concentradas; Tampoco es adecuado para materiales con alta viscosidad, fácil cristalización o incrustaciones.

2. La diferencia entre el evaporador de película descendente y el evaporador de película ascendente es que el líquido de alimentación se agrega desde la parte superior del evaporador y, bajo la acción de la gravedad, forma una película similar a un descenso a lo largo de la pared de la tubería, y se evapora y espesa durante este proceso, obteniendo un líquido concentrado en su fondo. Debido al diferente mecanismo de formación de película-del evaporador de película ascendente, el evaporador de película descendente puede evaporar materiales con mayor concentración, viscosidad (como en el rango de 0,05-0,45 Ns/m2) y sensibilidad térmica. Sin embargo, debido a la distribución desigual de la película líquida dentro del tubo y al menor coeficiente de transferencia de calor en comparación con el evaporador de película ascendente, todavía no es adecuado para materiales propensos a la cristalización o incrustaciones.
Debido al flujo de la solución en forma de película en el evaporador unidireccional-, el coeficiente de transferencia de calor por convección mejora considerablemente, lo que permite que la solución alcance la concentración requerida en una pasada a través de la cámara de calentamiento sin más circulación. Por tanto, tiene mayores ventajas que el evaporador de circulación. Los beneficios de no hacer circular la solución incluyen: (1) el tiempo de residencia de la solución en el evaporador es muy corto, lo que lo hace particularmente adecuado para la evaporación de materiales termosensibles; (2) La concentración de toda la solución no siempre es cercana a la concentración del líquido terminado como en el tipo de circulación, por lo que la diferencia de temperatura efectiva de este evaporador es relativamente grande. Su principal desventaja es que es bastante sensible a las fluctuaciones en la carga de alimentación y, cuando el diseño o el funcionamiento no son adecuados, no es fácil formar una película. En este momento, el coeficiente de transferencia de calor por convección disminuirá significativamente.

3. El evaporador con raspador tiene una camisa de vapor de calentamiento dentro de la carcasa del evaporador, que está equipada con cuchillas o raspadores giratorios. Hay dos tipos de raspadores: tipo fijo y tipo rotor. El espacio entre el primero y la pared interior de la carcasa es de 0,5-1,5 mm, mientras que el espacio entre este último y la pared varía con el número de revoluciones del rotor. El líquido se agrega en dirección tangente desde la parte superior del evaporador (también se agrega a la bandeja de material coaxial con el raspador). Debido a la gravedad, la fuerza centrífuga y la acción del raspador giratorio, la solución forma una película de rotación hacia abajo en la pared interna del dispositivo, y se evapora y concentra durante este proceso, completando la descarga del líquido al fondo. Este tipo de evaporador es un evaporador unidireccional que utiliza energía externa para formar una película. Su ventaja sobresaliente es su gran adaptabilidad a los materiales y su corto tiempo de residencia, generalmente de unos pocos segundos o decenas de segundos, lo que lo hace adecuado para materiales de alta viscosidad (como extractos de taninos, miel, etc.) y propensos a la cristalización, incrustaciones y sensibilidad al calor. Pero su estructura es compleja y consume mucha energía, requiriendo entre 1,5 y 3 kW por metro cuadrado de superficie de transferencia de calor. Además, su capacidad de procesamiento es muy pequeña y los requisitos de fabricación e instalación altos.

Evaporador con transferencia de calor por contacto directo.

En la producción real,Evaporadores de laboratorioA veces se utilizan transferencia de calor por contacto directo. Mezcla combustible (generalmente gas y petróleo) con aire y lo quema en una cámara de combustión sumergida en una solución, produciendo llamas y humo de alta-temperatura que se rocían directamente en la solución evaporada a través de boquillas en el fondo de la cámara de combustión. El gas a alta temperatura y la solución entran en contacto directo, mientras que se produce una transferencia de calor para evaporar y vaporizar el agua. El vapor de agua resultante y los gases de escape se descargan juntos desde la parte superior del evaporador. La profundidad de inmersión de su cámara de combustión en la solución es generalmente de 0,2-0,6 my la temperatura del gas que sale de la cámara de combustión puede alcanzar más de 1000 grados. Debido a la transferencia de calor por contacto directo, su efecto de transferencia de calor es muy bueno y la tasa de utilización del calor es alta. Debido a la falta de una pared fija de transferencia de calor, la estructura es simple y particularmente adecuada para la evaporación de materiales propensos a la cristalización, incrustaciones y corrosión. Ha sido ampliamente utilizado en el tratamiento de residuos ácidos y en la evaporación de soluciones de sulfato de amonio. Pero si no se permite que el líquido evaporado se contamine con humo, este tipo de evaporador generalmente no es adecuado. Y debido a la presencia de una gran cantidad de humo, la utilización del vapor secundario es limitada. Además, la boquilla es más propensa a dañarse debido a la inmersión en líquido a alta temperatura. De la introducción anterior, se puede ver que existen muchos tipos estructurales de evaporadores, cada uno con sus propias ventajas, desventajas y situaciones aplicables. Al seleccionar, lo primero que hay que considerar es si puede adaptarse a las características del proceso del material evaporado, incluida su viscosidad, sensibilidad térmica, corrosividad y si es propenso a la cristalización o la incrustación. Luego, se requiere tener una estructura simple, fácil fabricación, bajo consumo de metal, mantenimiento conveniente, buen efecto de transferencia de calor, etc.