Испаритель с падающей пленкой - Falling film evaporator
А испаритель с падающей пленкой промышленное устройство для концентрирования решения, особенно с термочувствительными компонентами. В испаритель это особый вид теплообменник.
Общий
Обычно испарение происходит внутри вертикальных труб, но есть также применения, где технологическая жидкость испаряется снаружи горизонтальных или вертикальных труб. Во всех случаях испаряемая технологическая жидкость течет вниз под действием силы тяжести в виде сплошной пленки. Жидкость образует 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. Типичный распределитель показан на рис. 2; эти распределители обычно называют наконечниками из-за их концентрической формы. В большинстве случаев теплоноситель помещается снаружи трубок. Высокие коэффициенты теплопередачи необходимы для достижения одинаково сбалансированных сопротивлений теплопередаче. Поэтому в качестве теплоносителя обычно используется конденсирующийся пар.
Для жидкостей с внутренним испарением разделение жидкой фазы (раствора) и газовой фазы происходит внутри трубок. Чтобы поддерживать сохранение массы в ходе этого процесса, скорость пара вниз увеличивается, увеличивая силу сдвига, действующую на жидкую пленку, и, следовательно, скорость раствора. Результатом может быть высокая скорость пленки все более тонкой пленки, что приводит к все более турбулентному потоку. Сочетание этих эффектов позволяет очень высоко коэффициенты теплопередачи.
Коэффициент теплопередачи на испаряющей стороне трубки в основном определяется гидродинамическими условиями течения пленки. Для малых массовых расходов или высоких вязкостей течение пленки может быть ламинарным, и в этом случае теплопередача регулируется исключительно за счет теплопроводности через пленку. Следовательно, в этом состоянии коэффициент теплопередачи уменьшается с увеличением массового расхода. С увеличением массового расхода пленка становится ламинарной волнистой, а затем турбулентной. В турбулентных условиях коэффициент теплопередачи увеличивается с увеличением потока.
Испарение происходит при очень низкой средней разнице температур между теплоносителем и технологическим потоком, обычно от 3 до 6K, поэтому эти устройства идеально подходят для рекуперации тепла в многоступенчатых процессах.[1][2]Еще одним преимуществом испарителя с падающей пленкой является очень короткое время пребывания жидкости и отсутствие ее перегрева. Без учета пароотделителя время пребывания внутри трубок измеряется в секундах, что делает его идеальным для термочувствительных продуктов, таких как молоко, фруктовый сок, фармацевтические препараты, и много других.
Испарители с падающей пленкой также характеризуются очень низким перепадом давления; поэтому они часто используются в глубоком вакууме.
Обрастание
Из-за тесного контакта жидкости с поверхностью нагрева эти испарители чувствительны к загрязнению осаждающимися твердыми частицами. Низкой скорости жидкости на входе обычно недостаточно для эффективной самоочистки трубок. Поэтому испарители с падающей пленкой используются для чистых, не осаждающихся жидкостей. Типичное применение в химической промышленности - концентрация каустическая сода.
Испарители с падающей пленкой и испарители с затоплением
Испарители с падающей пленкой имеют ряд преимуществ перед своими аналогами с затопленными испарителями.
Для них требуется меньшая заправка, поскольку весь кожух (в случае горизонтальных испарителей) или все трубы (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 значительно сэкономить деньги из-за высокой стоимости заправки хладагента.[3]
Испарители с падающей пленкой также демонстрируют улучшенные характеристики теплопередачи по сравнению с их аналогами с обводнением,[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 горизонтальных испарителей с падающей пленкой. Кроме того, распределение жидкости для горизонтальных испарителей с падающей пленкой является проблемой, поскольку производительность сильно ограничивается, если создается неравномерное распределение пленки по трубам.[3]
Сравнение горизонтальных и вертикальных испарителей с падающей пленкой
Горизонтальные испарители с падающей пленкой имеют ряд потенциальных преимуществ перед их вертикальными аналогами в нефтехимическая промышленность, например, возможность использовать лампы с внешними аксессуарами. (Трубы с внутренним усилением доступны для вертикальных испарителей с падающей пленкой, но внешние улучшения намного лучше для применений с кипячением). Главный недостаток горизонтальных испарителей с падающей пленкой заключается в том, что если необходимо испарить коррозионную или загрязняющую жидкость, ее придется размещать со стороны межтрубного пространства.[3] Это противоречит передовой практике, так как загрязнения, обнаруженные внутри трубок, легче очищать, чем снаружи.[4]
Смотрите также
Рекомендации
- ^ Chun, K. R .; Себан, Р. А. (1971). «Теплоотдача к испаряющимся пленкам жидкости». Журнал теплопередачи. 93 (197): 391–396. Дои:10.1115/1.3449836.
- ^ Альхуссейни, А; Тузла, К; Чен, Дж (1998). «Испарение с падающей пленкой однокомпонентных жидкостей». Международный журнал тепломассообмена. 41 (12): 1623–1632. Дои:10.1016 / S0017-9310 (97) 00308-6.
- ^ а б c d Том, Джон Р. (2004). Книга технических данных III (PDF). Wolverine Tube Inc., стр. 14–3.
- ^ Слоули, Эндрю (ред.). «Кожухотрубный теплообменник: выбираем правильную сторону». Получено 2016-09-06.