Thiết bị bay hơi phòng thí nghiệm

Theo chuyển động của dung dịch trong thiết bị bay hơi có:

Tính năng sản phẩm

thiết bị bay hơi tuần hoàn

Loại thiết bị bay hơi này cho phép dung dịch lưu thông trong thiết bị bay hơi. Do các nguyên nhân tuần hoàn khác nhau nên có thể chia thành hai loại: tuần hoàn tự nhiên và tuần hoàn cưỡng bức.
1. Thiết bị bay hơi ống tuần hoàn trung tâm hay còn gọi là thiết bị bay hơi tiêu chuẩn. Buồng gia nhiệt của nó bao gồm các bó ống thẳng đứng, với một ống tuần hoàn trung tâm có đường kính lớn ở giữa, và các ống gia nhiệt có đường kính nhỏ hơn khác được gọi là ống sôi. Do kích thước của ống tuần hoàn trung tâm lớn hơn nên bề mặt truyền nhiệt chiếm bởi một đơn vị thể tích dung dịch nhỏ hơn bề mặt truyền nhiệt chiếm bởi một đơn vị thể tích dung dịch trong ống sôi. Điều này có nghĩa là mức độ gia nhiệt của dung dịch trong ống tuần hoàn trung tâm và các ống gia nhiệt khác là khác nhau, dẫn đến mật độ hỗn hợp hơi-lỏng trong ống sôi thấp hơn so với trong ống tuần hoàn trung tâm. Ngoài ra, tác dụng hút đi lên của hơi nước bốc lên sẽ làm cho dung dịch trong thiết bị bay hơi tạo thành dòng tuần hoàn từ ống tuần hoàn trung tâm đi xuống ống sôi đi lên. Loại chu trình này chủ yếu được gây ra bởi sự chênh lệch mật độ của dung dịch nên được gọi là chu trình tự nhiên. Hiệu ứng này có lợi cho việc cải thiện hiệu suất truyền nhiệt bên trong thiết bị bay hơi.
Để đảm bảo dung dịch tuần hoàn tốt,-diện tích mặt cắt ngang của ống tuần hoàn trung tâm thường bằng 40-100% tổng diện tích mặt cắt ngang của các ống gia nhiệt khác; Chiều cao của ống sưởi thường là 1-2m; Đường kính của ống sưởi là từ 25-75mm. Loại thiết bị bay hơi này được sử dụng rộng rãi do cấu trúc nhỏ gọn, chế tạo dễ dàng, truyền nhiệt tốt và hoạt động đáng tin cậy. Tuy nhiên, do hạn chế về kết cấu nên tốc độ đạp xe không cao. Bằng cách tuần hoàn liên tục dung dịch trong buồng gia nhiệt, nồng độ của nó luôn tiệm cận với nồng độ của dung dịch hoàn chỉnh, dẫn đến điểm sôi của dung dịch cao và giảm chênh lệch nhiệt độ hiệu dụng. Đây là nhược điểm chung của thiết bị bay hơi tuần hoàn. Ngoài ra, việc vệ sinh, bảo trì thiết bị không thuận tiện nên thiết bị bay hơi này khó có thể đáp ứng đầy đủ yêu cầu sản xuất.

2. Để khắc phục nhược điểm dễ kết tinh, đóng cặn và khó làm sạch chất lỏng bay hơi trong thiết bị bay hơi tuần hoàn, một cải tiến hợp lý hơn đã được thực hiện đối với cấu trúc của thiết bị bay hơi tiêu chuẩn, đó là thiết bị bay hơi giỏ treo. Buồng gia nhiệt 4 giống như một cái giỏ, được treo ở phần dưới của vỏ thiết bị bay hơi và được thay thế bằng ống tuần hoàn trung tâm có kênh hình khuyên giữa thành ngoài của buồng gia nhiệt và thành trong của thiết bị bay hơi. Dung dịch dâng lên dọc theo tâm ống gia nhiệt rồi chảy xuống dọc theo khe hình khuyên giữa thành ngoài của buồng gia nhiệt giỏ treo và thành trong của thiết bị bay hơi để tạo thành một chu trình. Do diện tích khe hở hình khuyên chiếm khoảng 100 đến 150% tổng diện tích mặt cắt ngang của ống gia nhiệt nên tốc độ tuần hoàn dung dịch cao hơn tốc độ của thiết bị bay hơi tiêu chuẩn, đạt tới 1,5m/s. Ngoài ra, buồng gia nhiệt của thiết bị bay hơi này có thể được tháo ra từ phía trên để bảo trì hoặc thay thế, tổn thất nhiệt cũng tương đối nhỏ. Nhược điểm chính của nó là cấu trúc phức tạp và mức tiêu thụ kim loại cao trên một đơn vị diện tích truyền nhiệt.

3. Thiết bị bay hơi tuần hoàn tự nhiên nêu trên có tốc độ tuần hoàn không đủ cao, thường dưới 1,5m/s. Để làm cho thiết bị bay hơi phù hợp hơn với các dung dịch bay hơi có độ nhớt cao, dễ kết tinh hoặc đóng cặn nghiêm trọng, đồng thời tăng tốc độ tuần hoàn dung dịch để kéo dài chu kỳ vận hành và giảm số lần làm sạch.
Đặc điểm cấu trúc của nó là có thêm một buồng sôi phía trên buồng sưởi. Dung dịch trong buồng gia nhiệt không sôi trong ống gia nhiệt do áp suất tĩnh được thêm vào bởi cột chất lỏng trong buồng đun sôi. Nó chỉ có thể bắt đầu sôi khi nó dâng lên buồng sôi và áp suất giảm. Do đó, quá trình sôi và bay hơi của dung dịch di chuyển từ buồng gia nhiệt sang buồng sôi không có bề mặt truyền nhiệt nên tránh hình thành tinh thể hoặc chất bẩn trong ống gia nhiệt. Ngoài ra,-diện tích mặt cắt ngang của ống tuần hoàn của thiết bị bay hơi này gấp khoảng 2-3 lần tổng diện tích mặt cắt ngang của ống gia nhiệt và tốc độ tuần hoàn dung dịch có thể đạt 2,5 đến 3 m/s trở lên nên hệ số truyền nhiệt tổng thể cũng tương đối cao. Nhược điểm chính của thiết bị bay hơi này là tổn thất chênh lệch nhiệt độ lớn do hiệu ứng áp suất tĩnh của cột chất lỏng (xem 6.3.1 để biết chi tiết). Để duy trì sự chênh lệch nhiệt độ hiệu quả nhất định, cần có áp suất cao để làm nóng hơi nước. Ngoài ra, thiết bị có kích thước lớn, tiêu tốn nhiều nguyên liệu, đòi hỏi nhà xưởng cao. Ngoài thiết bị bay hơi tuần hoàn tự nhiên nêu trên, thiết bị bay hơi tuần hoàn cưỡng bức còn được sử dụng khi làm bay hơi các vật liệu có độ nhớt cao, dễ kết tinh và đóng cặn. Trong thiết bị bay hơi này, sự tuần hoàn của dung dịch chủ yếu dựa vào nguồn điện bên ngoài, nguồn điện này bị máy bơm buộc phải chảy theo một hướng nhất định để tạo ra sự tuần hoàn. Kích thước của tốc độ tuần hoàn có thể được kiểm soát bằng cách điều chỉnh tốc độ dòng chảy của máy bơm, thường trên 2,5m/s. Hệ số truyền nhiệt của thiết bị bay hơi tuần hoàn cưỡng bức cũng cao hơn hệ số truyền nhiệt của tuần hoàn tự nhiên nói chung. Nhưng nhược điểm rõ ràng của nó là tiêu thụ năng lượng cao, cần khoảng 0,4-0,8 kW cho mỗi mét vuông diện tích sưởi ấm.

thiết bị bay hơi một chiều

Đặc điểm chính của loại nàyMáy bay hơi phòng thí nghiệmlà dung dịch chỉ đi qua buồng gia nhiệt một lần trong thiết bị bay hơi và được thải ra dưới dạng chất lỏng đậm đặc mà không có dòng tuần hoàn. Khi dung dịch đi qua buồng gia nhiệt sẽ chảy thành dạng màng trên thành ống nên thường được gọi là thiết bị bay hơi màng lỏng. Theo các hướng dòng chảy khác nhau của vật liệu trong thiết bị bay hơi, thiết bị bay hơi một lần được chia thành các loại sau.
1. Buồng gia nhiệt của thiết bị bay hơi màng tăng bao gồm nhiều ống dài thẳng đứng. Đường kính ống sưởi thường được sử dụng là 25-50mm và tỷ lệ giữa chiều dài ống và đường kính ống là khoảng 100-150. Sau khi làm nóng trước, chất lỏng được đưa vào từ đáy thiết bị bay hơi và đun nóng trong ống gia nhiệt, sôi và bốc hơi nhanh chóng. Hơi nước sinh ra bốc lên ở tốc độ cao trong ống gia nhiệt. Tốc độ hơi thoát ra thích hợp khi vận hành ở áp suất bình thường là 20-50m/s, và khi vận hành ở áp suất giảm, tốc độ hơi có thể đạt tới 100-160m/s hoặc thậm chí cao hơn. Dung dịch được thúc đẩy bởi hơi nước bốc lên, bốc lên thành một màng dọc theo thành ống và tiếp tục bay hơi. Hỗn hợp hơi và chất lỏng được tách ra ở thiết bị phân tách 2, chất lỏng hoàn chỉnh được thải ra từ đáy thiết bị phân tách, trong khi hơi thứ cấp được thải ra từ phía trên. Cần lưu ý rằng nếu lượng nước bay hơi khỏi chất lỏng không lớn thì sẽ khó đạt được vận tốc hơi cần thiết, tức là thiết bị bay hơi màng bay hơi không thích hợp để làm bay hơi dung dịch đậm đặc; Nó cũng không thích hợp cho các vật liệu có độ nhớt cao, dễ kết tinh hoặc đóng cặn.

2. Sự khác biệt giữa thiết bị bay hơi màng rơi và thiết bị bay hơi màng bay lên là chất lỏng cấp vào được thêm từ trên cùng của thiết bị bay hơi và dưới tác dụng của trọng lực, nó tạo thành một lớp màng giống như đi xuống dọc theo thành ống, bay hơi và đặc lại trong quá trình này quá trình, thu được chất lỏng đậm đặc ở đáy. Do cơ chế tạo màng-khác với thiết bị bay hơi màng bay lên, thiết bị bay hơi màng rơi có thể làm bay hơi các vật liệu có nồng độ, độ nhớt cao hơn (chẳng hạn như trong khoảng 0,05-0,45Ns/m2) và độ nhạy nhiệt. Tuy nhiên, do sự phân bố không đồng đều của màng chất lỏng bên trong ống và hệ số truyền nhiệt nhỏ hơn so với thiết bị bay hơi màng tăng nên vẫn không phù hợp với các vật liệu dễ bị kết tinh hoặc đóng cặn.
Do dòng dung dịch giống như màng trong thiết bị bay hơi một chiều, hệ số truyền nhiệt đối lưu được cải thiện đáng kể, cho phép dung dịch đạt đến nồng độ cần thiết trong một lần đi qua buồng gia nhiệt mà không cần tuần hoàn thêm. Vì vậy, nó có ưu điểm lớn hơn thiết bị bay hơi tuần hoàn. Lợi ích của việc không tuần hoàn dung dịch bao gồm: (1) thời gian lưu của dung dịch trong thiết bị bay hơi rất ngắn, khiến nó đặc biệt thích hợp cho việc bay hơi các vật liệu nhạy nhiệt; (2) Nồng độ của toàn bộ dung dịch không phải lúc nào cũng gần với nồng độ của chất lỏng thành phẩm như ở loại tuần hoàn nên chênh lệch nhiệt độ hiệu dụng của thiết bị bay hơi này tương đối lớn. Nhược điểm chính của nó là khá nhạy cảm với sự biến động của tải thức ăn và khi thiết kế hoặc vận hành không phù hợp thì không dễ tạo thành màng. Lúc này hệ số truyền nhiệt đối lưu sẽ giảm đáng kể.

3. Thiết bị bay hơi cạp có áo hơi gia nhiệt bên trong vỏ thiết bị bay hơi, được trang bị lưỡi dao hoặc máy cạo có thể xoay được. Có hai loại máy cạp: loại cố định và loại rôto. Khoảng cách giữa thành trước và thành trong của vỏ là 0,5-1,5mm, trong khi khoảng cách giữa thành sau và thành thay đổi tùy theo số vòng quay của rôto. Chất lỏng được thêm vào theo hướng tiếp tuyến từ phần trên của thiết bị bay hơi (cũng được thêm vào khay nguyên liệu đồng trục với dao cạo). Do trọng lực, lực ly tâm và tác động của máy cạo quay, dung dịch tạo thành một màng quay xuống trên thành trong của thiết bị, bay hơi và cô đặc trong quá trình này, hoàn thành quá trình xả chất lỏng ở phía dưới. Loại thiết bị bay hơi này là thiết bị bay hơi một chiều sử dụng nguồn điện bên ngoài để tạo thành màng. Ưu điểm nổi bật của nó là khả năng thích ứng mạnh với vật liệu và thời gian lưu trú ngắn, thường là vài giây hoặc hàng chục giây, phù hợp với độ nhớt cao (như chiết xuất tannin, mật ong, v.v.) và các vật liệu dễ bị kết tinh, đóng cặn và nhạy cảm với nhiệt. Nhưng cấu trúc của nó phức tạp và tiêu thụ nhiều điện năng, cần khoảng 1,5-3kW trên một mét vuông bề mặt truyền nhiệt. Ngoài ra, khả năng xử lý của nó rất nhỏ và yêu cầu sản xuất và lắp đặt cao.

Thiết bị bay hơi với truyền nhiệt tiếp xúc trực tiếp

Trong thực tế sản xuất,Máy bay hơi phòng thí nghiệmvới sự truyền nhiệt tiếp xúc trực tiếp đôi khi được sử dụng. Nó trộn nhiên liệu (thường là khí và dầu) với không khí và đốt cháy trong buồng đốt ngâm trong dung dịch, tạo ra ngọn lửa và khói có nhiệt độ-cao được phun trực tiếp vào dung dịch bay hơi qua các vòi phun ở đáy buồng đốt. Khí và dung dịch ở nhiệt độ cao tiếp xúc trực tiếp, đồng thời quá trình truyền nhiệt xảy ra làm bay hơi và làm bay hơi nước. Hơi nước và khí thải thu được được thải ra cùng nhau từ đỉnh thiết bị bay hơi. Độ sâu ngâm của buồng đốt trong dung dịch thường là 0,2-0,6m và nhiệt độ của khí thoát ra khỏi buồng đốt có thể đạt tới trên 1000 độ. Do truyền nhiệt tiếp xúc trực tiếp nên hiệu quả truyền nhiệt của nó rất tốt và tỷ lệ sử dụng nhiệt cao. Do không có tường truyền nhiệt cố định nên cấu trúc đơn giản và đặc biệt thích hợp cho việc bay hơi các vật liệu dễ bị kết tinh, đóng cặn và ăn mòn. Nó đã được sử dụng rộng rãi trong xử lý axit thải và làm bay hơi dung dịch amoni sunfat. Nhưng nếu chất lỏng bay hơi không được phép bị ô nhiễm khói thì loại thiết bị bay hơi này thường không phù hợp. Và do có lượng khói lớn nên việc sử dụng hơi thứ cấp bị hạn chế. Ngoài ra, vòi phun còn dễ bị hư hỏng do ngâm trong chất lỏng có nhiệt độ cao. Từ phần giới thiệu ở trên, có thể thấy rằng có nhiều loại kết cấu thiết bị bay hơi, mỗi loại đều có ưu điểm, nhược điểm riêng và tình huống áp dụng. Khi lựa chọn, điều đầu tiên cần xem xét là liệu nó có thể thích ứng với các đặc tính quy trình của vật liệu bay hơi hay không, bao gồm độ nhớt, độ nhạy nhiệt, độ ăn mòn và liệu nó có dễ bị kết tinh hoặc đóng cặn hay không. Sau đó, cần phải có cấu trúc đơn giản, chế tạo dễ dàng, tiêu thụ kim loại thấp, bảo trì thuận tiện, hiệu quả truyền nhiệt tốt, v.v.