Lò phản ứng bay hơi là gì? Nguyên tắc, loại & ứng dụng

Một lò phản ứng bay hơi là gì?

Trả lời câu hỏi chính:Một lò phản ứng bay hơi là gì và làm thế nào nó tập trung các luồng quy trình thông qua việc loại bỏ dung môi được kiểm soát?An evaporation reactor is a heat-driven separation vessel that removes volatile solvents (typically water or organic solvents) from liquid process streams by applying thermal energy to vaporize the solvent while retaining concentrated non-volatile productsCác lò phản ứng này đạt được hệ số chuyển nhiệt tổng thể (giá trị U) 500-2000 W / m2-K, nhân độ nồng độ 5-10x,và hoạt động trên nhiệt độ từ 50C (bốc hơi chân không) đến 180C (không khí)Các cấu hình phổ biến bao gồm bộ phim rơi, bộ phim tăng và bộ bốc hơi phim lau, mỗi người được tối ưu hóa cho độ nhớt dao động từ 1 cP đến hơn 100.000 cP trong thực phẩm, dược phẩm, hóa chất,và các ứng dụng xử lý nước thải.

1Nguyên tắc hoạt động cơ bản của lò phản ứng bay hơi

Hiệu suất lò phản ứng bay hơi được điều chỉnh bởi ba nguyên tắc chuyển nhiệt và chuyển khối lượng:

• Lực thúc đẩy nhiệt độ và chuyển nhiệtTốc độ bay hơi tỷ lệ thuận với sản phẩm của hệ số chuyển nhiệt tổng thể (U), diện tích chuyển nhiệt (A),và chênh lệch nhiệt độ trung bình logaritm (LMTD) giữa môi trường sưởi ấm và chất lỏng quy trình: Q = U x A x delta-T_lm. Máy bốc hơi phim rơi đạt U-giá trị 1200-2000 W/m2-K do hình thành màng lỏng mỏng (0,1-0,5 mm), trong khi các loại lưu thông buộc đạt 800-1200 W/m2-K.
• Phân tách và kiểm soát hấp thụ hơi và chất lỏngKhí được tạo ra trong phần sưởi ấm đi vào một thùng tách, nơi hút nhỏ giọt được kiểm soát bằng các tấm khói, bộ tách ly tâm hoặc thiết kế lối vào tiếp xúc.Quy tắc Duhring liên quan đến độ cao điểm sôi với nồng độ: dung dịch NaOH 50% cho thấy điểm sôi tăng 43C so với nước tinh khiết ở áp suất khí quyển, ảnh hưởng trực tiếp đến lực thúc đẩy nhiệt độ có sẵn.
• Tích hợp năng lượng đa hiệu ứngKhí từ hiệu ứng đầu tiên (hiệu ứng 1) phục vụ như môi trường sưởi ấm cho hiệu ứng 2 ở áp suất thấp hơn, và vân vân qua các hiệu ứng 3-7.đạt được một nền kinh tế hơi nước 0.85-0.95 cho hiệu ứng đơn, 1.8-2.0 cho hiệu ứng kép và 3.5-4.0 cho sự bốc hơi hiệu ứng ba, làm giảm đáng kể mức tiêu thụ năng lượng trên mỗi kg nước bốc hơi.

2Các loại lò phản ứng bay hơi chính

Các lò phản ứng bay hơi công nghiệp được phân loại theo mô hình dòng chảy chất lỏng và thiết kế cơ khí:

• Phối hợp chất bốc hơi phimChất lỏng được phân phối dưới dạng một màng mỏng (0,1-0,5 mm) trên bề mặt bên trong của các ống dọc (chiều dài 6-12 m, đường kính 30-50 mm) và chảy xuống dưới lực hấp dẫn.Thời gian cư trú cực kỳ ngắn (5-30 giây), làm cho nó lý tưởng cho các sản phẩm nhạy cảm với nhiệt như nước trái cây, sữa tập trung và chiết xuất dược phẩm.
• Máy bốc hơi màng mỏng bị khuấy độngMột hệ thống lưỡi lau xoay (tốc độ đầu 4-12 m/s) phân tán chất lỏng vào một bộ phim hỗn loạn mỏng trên bức tường sưởi ấm, cho phép xử lý cao độ nhớt (100-100.000 cP), bẩn,hoặc vật liệu kết tinh. Các giá trị U điển hình là 800-1500 W / m2-K, với thời gian cư trú là 10-60 giây. Tiêu chuẩn trong phục hồi glycerol, thoái hóa polymer và tinh chế lại dầu đã qua sử dụng.
• Máy bốc hơi lưu thông buộcMột máy bơm lưu thông (tốc độ dòng chảy 1,5-3,0 m/s qua các ống sưởi ấm) ngăn chặn ống sôi và ngăn chặn bẩn bằng cách giữ chất lỏng quá trình trên điểm sôi của nó dưới áp suất,nhấp nháy trong bộ tách. Thích hợp cho quy mô, tinh thể hóa và các dung dịch rắn cao như nồng độ muối muối và hệ thống ZLD nước thải, với giá trị U 800-1200 W / m2-K.

Các loại lò phản ứng bay hơi Ma trận so sánh

Câu hỏi thường gặp (FAQ)

Q: Tỷ lệ chuyển nhiệt tổng thể trong lò phản ứng bốc hơi phim rơi là bao nhiêu?

A: Máy bốc hơi phim rơi thường đạt được giá trị U là 1200-2000 W / m2-K, cao nhất trong số các loại lò phản ứng bốc hơi.5 mm) trên tường ống tạo ra kháng nhiệt tối thiểuĐể so sánh, các máy bốc hơi lưu thông buộc đạt được 800-1200 W/m2-K.

Hỏi: Làm thế nào bốc hơi đa hiệu ứng cải thiện hiệu quả năng lượng?

A: Trong sự bốc hơi nhiều hiệu ứng, hơi từ hiệu ứng đầu tiên phục vụ như một môi trường sưởi ấm cho hiệu ứng thứ hai ở áp suất thấp hơn, v.v. qua các hiệu ứng 3-7.Một hệ thống hiệu ứng ba đạt được một nền kinh tế hơi nước của 30,5-4,0 (3,5-4,0 kg nước bay hơi trên mỗi kg hơi tiêu thụ), so với 0,85-0,95 cho hiệu ứng đơn lẻ.với hiệu ứng cuối cùng thường dưới chân không ở 50-60C.

Q: Quy tắc Duhring là gì và tại sao nó quan trọng đối với thiết kế lò phản ứng bay hơi?

A: Quy tắc Duhring nói rằng điểm sôi của dung dịch ở một áp suất là một hàm tuyến tính của điểm sôi của dung môi tinh khiết ở một áp suất khác.Nó được sử dụng để tính độ cao điểm sôi (BPE)Ví dụ, dung dịch NaOH 50% có BPE 43C ở áp suất khí quyển,có nghĩa là lò phản ứng phải cung cấp 43C năng lượng nhiệt bổ sung ngoài khử hơi nước tinh khiết, ảnh hưởng trực tiếp đến kích thước khu vực sưởi ấm và tiêu thụ năng lượng.

Q: Loại lò phản ứng bay hơi nào là tốt nhất cho các sản phẩm có độ nhớt cao hoặc bẩn?

A: Máy bốc hơi bằng phim lau (phần mỏng bị khuấy động) là sự lựa chọn ưa thích cho độ nhớt 100-100.000 cP và vật liệu dễ bị bẩn.Các lưỡi lau quay (tốc độ đầu 4-12 m/s) liên tục đổi mới bề mặt sưởi ấm, ngăn ngừa sự thoái hóa nhiệt thông qua thời gian cư trú ngắn (10-60 giây), và xử lý vật liệu có thể ngăn chặn các bộ phân phối phim rơi hoặc ống lưu thông buộc quy mô.