Evaporator Laboratorium

Menurut gerak larutan di dalam evaporator, ada:

Fitur Produk

Evaporator yang bersirkulasi

Evaporator jenis ini memungkinkan larutan bersirkulasi di dalam evaporator. Karena adanya perbedaan penyebab peredaran darah, maka peredaran darah dibedakan menjadi dua yaitu peredaran alami dan peredaran paksa.
1. Evaporator tabung sirkulasi sentral, juga dikenal sebagai evaporator standar. Ruang pemanasnya terdiri dari kumpulan tabung vertikal, dengan tabung sirkulasi pusat berdiameter besar di tengah, dan tabung pemanas berdiameter lebih kecil lainnya disebut tabung mendidih. Karena ukuran tabung sirkulasi pusat yang lebih besar, permukaan perpindahan panas yang ditempati oleh satuan volume larutan lebih kecil daripada yang ditempati oleh satuan volume larutan dalam tabung mendidih. Artinya derajat pemanasan larutan di tabung sirkulasi pusat dan tabung pemanas lainnya berbeda, sehingga menghasilkan massa jenis campuran uap-cair di tabung mendidih lebih rendah dibandingkan di tabung sirkulasi pusat. Selain itu, adanya efek hisap ke atas dari uap yang naik akan menyebabkan larutan di dalam evaporator membentuk aliran sirkulasi dari tabung sirkulasi sentral yang turun ke tabung didih yang naik. Siklus seperti ini terutama disebabkan oleh perbedaan densitas larutan, sehingga disebut siklus alami. Efek ini bermanfaat untuk meningkatkan efisiensi perpindahan panas di dalam evaporator.
Untuk memastikan sirkulasi larutan yang baik, luas penampang-tabung sirkulasi pusat umumnya 40-100% dari total luas penampang tabung pemanas lainnya; Ketinggian tabung pemanas umumnya 1-2m; Diameter tabung pemanas antara 25-75mm. Evaporator jenis ini banyak digunakan karena strukturnya yang kompak, pembuatannya yang mudah, perpindahan panas yang baik, dan pengoperasian yang andal. Namun karena keterbatasan struktural, kecepatan bersepeda tidak tinggi. Dengan mensirkulasikan larutan secara terus menerus dalam ruang pemanas, konsentrasinya selalu mendekati larutan lengkap, sehingga menghasilkan titik didih larutan yang tinggi dan penurunan perbedaan suhu efektif. Ini adalah kelemahan umum dari evaporator yang bersirkulasi. Selain itu, pembersihan dan pemeliharaan peralatan kurang nyaman, sehingga evaporator ini sulit memenuhi persyaratan produksi sepenuhnya.

2. Untuk mengatasi kelemahan dari kristalisasi yang mudah, kerak, dan sulitnya pembersihan cairan evaporasi dalam evaporator yang bersirkulasi, perbaikan yang lebih masuk akal telah dilakukan pada struktur evaporator standar, yaitu evaporator keranjang gantung. Ruang pemanas (4) berbentuk seperti keranjang, digantung di bagian bawah cangkang evaporator, dan digantikan oleh tabung sirkulasi pusat dengan saluran melingkar antara dinding luar ruang pemanas dan dinding bagian dalam evaporator. Larutan naik sepanjang bagian tengah tabung pemanas dan kemudian mengalir ke bawah sepanjang celah melingkar antara dinding luar ruang pemanas keranjang gantung dan dinding bagian dalam evaporator untuk membentuk sebuah siklus. Karena luas celah annularnya kira-kira 100 hingga 150% dari total luas penampang tabung pemanas, kecepatan sirkulasi larutan lebih tinggi dibandingkan evaporator standar, yang mencapai hingga 1,5 m/s. Selain itu, ruang pemanas evaporator ini dapat dilepas dari atas untuk pemeliharaan atau penggantian, dan kehilangan panas juga relatif kecil. Kerugian utamanya adalah strukturnya yang rumit dan konsumsi logam yang tinggi per satuan luas perpindahan panas.

3. Evaporator sirkulasi alami tersebut di atas mempunyai kecepatan sirkulasi yang kurang tinggi, umumnya di bawah 1,5m/s. Untuk membuat evaporator lebih cocok untuk menguapkan larutan dengan viskositas tinggi, kristalisasi mudah atau kerak yang parah, dan untuk meningkatkan kecepatan sirkulasi larutan guna memperpanjang siklus pengoperasian dan mengurangi jumlah waktu pembersihan.
Fitur strukturalnya adalah penambahan ruang didih di atas ruang pemanas. Larutan dalam ruang pemanas tidak mendidih di dalam tabung pemanas karena adanya tekanan statis yang ditambahkan oleh kolom cairan dalam ruang didih. Ia hanya dapat mulai mendidih ketika ia naik ke ruang didih dan tekanannya menurun. Oleh karena itu, titik didih dan penguapan larutan berpindah dari ruang pemanas ke ruang didih tanpa permukaan perpindahan panas, sehingga menghindari terbentuknya kristal atau kotoran pada tabung pemanas. Selain itu, luas penampang tabung sirkulasi evaporator ini adalah sekitar 2-3 kali luas penampang total tabung pemanas, dan kecepatan sirkulasi larutan dapat mencapai 2,5 hingga 3 m/s atau lebih, sehingga koefisien perpindahan panas keseluruhan juga relatif tinggi. Kerugian utama dari evaporator ini adalah hilangnya perbedaan suhu yang besar yang disebabkan oleh efek tekanan statis kolom cairan (lihat 6.3.1 untuk rinciannya). Untuk mempertahankan perbedaan suhu efektif tertentu, diperlukan tekanan tinggi untuk memanaskan uap. Selain itu, peralatannya berukuran besar, memakan banyak bahan, dan membutuhkan pabrik yang tinggi. Selain evaporator sirkulasi alami yang disebutkan di atas, evaporator sirkulasi paksa juga digunakan saat menguapkan bahan dengan viskositas tinggi, kristalisasi mudah, dan kerak. Pada evaporator ini, sirkulasi larutan terutama mengandalkan tenaga luar yang dipaksa mengalir ke arah tertentu oleh pompa untuk menghasilkan sirkulasi. Besar kecilnya kecepatan sirkulasi dapat dikontrol dengan mengatur laju aliran pompa, biasanya di atas 2,5m/s. Koefisien perpindahan panas evaporator sirkulasi paksa juga lebih tinggi dibandingkan dengan sirkulasi alami pada umumnya. Namun kelemahannya yang jelas adalah konsumsi energi yang tinggi, membutuhkan sekitar 0,4-0,8 kW per meter persegi area pemanasan.

Evaporator-satu arah

Fitur utama dari jenis iniEvaporator laboratoriumadalah larutan hanya melewati ruang pemanas satu kali di evaporator dan dibuang sebagai cairan pekat tanpa aliran sirkulasi. Ketika larutan melewati ruang pemanas, larutan mengalir dalam bentuk film pada dinding tabung, sehingga biasa disebut dengan liquid film evaporator. Menurut arah aliran material yang berbeda di evaporator, evaporator jalur tunggal dibagi menjadi beberapa jenis berikut.
1. Ruang pemanas dari evaporator film naik terdiri dari banyak tabung panjang vertikal. Diameter tabung pemanas yang umum digunakan adalah 25-50mm, dan rasio panjang tabung terhadap diameter tabung kira-kira 100-150. Setelah pemanasan awal, cairan dimasukkan dari bagian bawah evaporator dan dipanaskan dalam tabung pemanas, mendidih dan menguap dengan cepat. Uap yang dihasilkan naik dengan kecepatan tinggi di dalam tabung pemanas. Kecepatan uap keluar yang sesuai untuk operasi tekanan normal adalah 20-50m/s, dan untuk operasi tekanan rendah, kecepatan uap dapat mencapai 100-160m/s atau bahkan lebih tinggi. Solusinya didorong oleh naiknya uap, naik dalam lapisan film di sepanjang dinding pipa dan terus menguap. Campuran uap dan cairan dipisahkan dalam separator 2, dan seluruh cairan dibuang dari bagian bawah separator, sedangkan steam sekunder dikeluarkan dari atas. Perlu diperhatikan bahwa jika jumlah air yang diuapkan dari cairan tidak banyak, maka akan sulit mencapai kecepatan uap yang dibutuhkan, yaitu evaporator film naik tidak cocok untuk menguapkan larutan pekat; Ini juga tidak cocok untuk bahan dengan viskositas tinggi, kristalisasi atau kerak yang mudah.

2. Perbedaan antara evaporator film jatuh dan evaporator film naik adalah bahwa cairan umpan ditambahkan dari bagian atas evaporator, dan di bawah aksi gravitasi, ia membentuk lapisan seperti film yang turun di sepanjang dinding pipa, dan selama proses ini menguap dan mengental, memperoleh cairan pekat di bagian bawahnya. Karena mekanisme pembentukan film-yang berbeda dari evaporator film naik, evaporator film jatuh dapat menguapkan material dengan konsentrasi, viskositas yang lebih tinggi (misalnya pada kisaran 0,05-0,45Ns/m2), dan sensitivitas termal. Namun karena distribusi film cair di dalam tabung tidak merata dan koefisien perpindahan panas lebih kecil dibandingkan dengan evaporator film naik, maka masih tidak cocok untuk bahan yang rentan terhadap kristalisasi atau kerak.
Karena aliran larutan yang seperti film dalam evaporator satu-arah, koefisien perpindahan panas konvektif meningkat secara signifikan, sehingga larutan dapat mencapai konsentrasi yang diperlukan dalam satu kali lintasan melalui ruang pemanas tanpa sirkulasi lebih lanjut. Oleh karena itu, ia memiliki keunggulan lebih besar dibandingkan evaporator sirkulasi. Keuntungan jika larutan tidak disirkulasikan meliputi: (1) waktu tinggal larutan di dalam evaporator sangat singkat, sehingga sangat cocok untuk penguapan bahan termosensitif; (2) Konsentrasi seluruh larutan tidak selalu mendekati konsentrasi cairan jadi seperti pada jenis sirkulasi, sehingga perbedaan suhu efektif evaporator ini relatif besar. Kerugian utamanya adalah cukup sensitif terhadap fluktuasi beban umpan, dan bila desain atau pengoperasiannya tidak sesuai, tidak mudah untuk membentuk film. Pada saat ini koefisien perpindahan panas konvektif akan menurun secara signifikan.

3. Evaporator pengikis memiliki jaket uap pemanas di dalam cangkang evaporator, yang dilengkapi dengan bilah atau pengikis yang dapat diputar. Ada dua jenis scraper: tipe tetap dan tipe rotor. Jarak antara dinding pertama dan dinding bagian dalam cangkang adalah 0,5-1,5 mm, sedangkan jarak antara dinding bagian dalam dan dinding bervariasi menurut jumlah putaran rotor. Cairan ditambahkan sepanjang arah singgung dari bagian atas evaporator (juga ditambahkan ke baki bahan koaksial dengan scraper). Karena gravitasi, gaya sentrifugal, dan aksi pengikis yang berputar, larutan membentuk lapisan film yang berputar ke bawah pada dinding bagian dalam perangkat, dan diuapkan serta dipekatkan selama proses ini, menyelesaikan pembuangan cairan di bagian bawah. Evaporator jenis ini merupakan evaporator satu arah yang menggunakan tenaga luar untuk membentuk suatu film. Keunggulannya yang luar biasa adalah kemampuan beradaptasi yang kuat terhadap bahan dan waktu tinggal yang singkat, biasanya beberapa detik atau puluhan detik, sehingga cocok untuk viskositas tinggi (seperti ekstrak tanin, madu, dll.) dan bahan yang rentan terhadap kristalisasi, kerak, dan sensitivitas panas. Namun strukturnya rumit dan menghabiskan banyak daya, membutuhkan sekitar 1,5-3kW per meter persegi permukaan perpindahan panas. Selain itu, kapasitas pemrosesannya sangat kecil dan persyaratan pembuatan serta pemasangannya tinggi.

Evaporator dengan perpindahan panas kontak langsung

Dalam produksi sebenarnya,Evaporator laboratoriumdengan perpindahan panas kontak langsung terkadang digunakan. Ia mencampurkan bahan bakar (biasanya gas dan minyak) dengan udara dan membakarnya dalam ruang bakar yang direndam dalam larutan, menghasilkan-api dan asap bersuhu tinggi yang langsung disemprotkan ke dalam larutan yang diuapkan melalui nosel di bagian bawah ruang bakar. Gas dan larutan bersuhu tinggi bersentuhan langsung, sedangkan perpindahan panas terjadi hingga menguap dan menguapkan air. Uap air dan gas buang yang dihasilkan dibuang bersama-sama dari bagian atas evaporator. Kedalaman perendaman ruang bakar dalam larutan umumnya 0,2-0,6m, dan suhu gas yang keluar dari ruang bakar bisa mencapai lebih dari 1000 derajat. Karena perpindahan panas kontak langsung, efek perpindahan panasnya sangat baik dan tingkat pemanfaatan panasnya tinggi. Karena kurangnya dinding perpindahan panas tetap, strukturnya sederhana dan sangat cocok untuk penguapan material yang rentan terhadap kristalisasi, kerak, dan korosi. Telah banyak digunakan dalam pengolahan asam limbah dan penguapan larutan amonium sulfat. Namun jika cairan yang diuapkan tidak dibiarkan terkontaminasi asap, maka evaporator jenis ini umumnya tidak cocok. Dan karena adanya asap dalam jumlah besar, pemanfaatan steam sekunder menjadi terbatas. Selain itu, nozzle lebih rentan rusak akibat terendam dalam cairan bersuhu tinggi. Dari pendahuluan di atas terlihat bahwa ada banyak jenis struktural evaporator, yang masing-masing memiliki kelebihan, kekurangan, dan situasi yang dapat diterapkan. Saat memilih, hal pertama yang harus dipertimbangkan adalah apakah bahan tersebut dapat beradaptasi dengan karakteristik proses bahan yang diuapkan, termasuk viskositasnya, sensitivitas termal, korosifnya, dan apakah bahan tersebut rentan terhadap kristalisasi atau kerak. Kemudian, diperlukan struktur yang sederhana, pembuatan yang mudah, konsumsi logam yang rendah, perawatan yang mudah, efek perpindahan panas yang baik, dan sebagainya.