Fallande filmförångare
En fallfilmsförångare är en industriell anordning för att koncentrera lösningar , speciellt med värmekänsliga komponenter. Förångaren är en speciell typ av värmeväxlare .
Allmän
I allmänhet sker avdunstning inuti vertikala rör, men det finns även applikationer där processvätskan avdunstar på utsidan av horisontella eller vertikala rör. I samtliga fall strömmar processvätskan som ska förångas nedåt genom tyngdkraften som en kontinuerlig film. Vätskan kommer att skapa en film längs rörväggarna, fortskrider nedåt (faller) - därav namnet.
Vätskefördelaren måste utformas noggrant för att upprätthålla en jämn vätskefördelning för alla rör längs vilka lösningen faller. En typisk fördelare visas i fig. 2; dessa fördelare kallas vanligtvis hylsor på grund av sin koncentriska form. I de flesta applikationer placeras värmemediet på utsidan av rören. Höga värmeöverföringskoefficienter krävs för att uppnå lika balanserade värmeöverföringsmotstånd. Därför används kondenserande ånga vanligtvis som värmemedium.
För internt förångande vätskor sker separation mellan vätskefasen (lösningen) och gasfasen inuti rören. För att bibehålla bevarandet av massan när denna process fortskrider, ökar den nedåtgående ånghastigheten, vilket ökar skjuvkraften som verkar på vätskefilmen och därför också lösningens hastighet. Resultatet kan bli en hög filmhastighet av en progressivt tunnare film vilket resulterar i ett allt mer turbulent flöde. Kombinationen av dessa effekter tillåter mycket höga värmeöverföringskoefficienter .
Värmeöverföringskoefficienten på förångningssidan av röret bestäms mestadels av filmens hydrodynamiska flödesförhållanden. För låga massflöden eller höga viskositeter kan filmflödet vara laminärt, i vilket fall värmeöverföringen kontrolleras enbart genom ledning genom filmen. Därför minskar värmeöverföringskoefficienten i detta tillstånd med ökat massflöde. Med ökat massflöde blir filmen vågig laminär och sedan turbulent. Under turbulenta förhållanden ökar värmeöverföringskoefficienten med ökat flöde.
Avdunstning sker vid mycket låga medeltemperaturskillnader mellan värmemedium och processström, typiskt mellan 3 - 6K, därför är dessa enheter idealiska för värmeåtervinning i flerstegsprocesser. En ytterligare fördel med fallfilmsförångaren är den mycket korta uppehållstiden för vätskan och frånvaron av överhettning av densamma. Med tanke på ångavskiljaren mäts uppehållstiden inuti rören i sekunder, vilket gör den idealisk för värmekänsliga produkter som mjölk , fruktjuice , läkemedel och många andra.
Fallfilmsförångare kännetecknas också av mycket låga tryckfall; därför används de ofta i djupa vakuumapplikationer.
Nedsmutsning
På grund av vätskans intima kontakt med värmeytan är dessa förångare känsliga för nedsmutsning från utfällande fasta ämnen. Låg vätskehastighet vid inloppet är vanligtvis inte tillräckligt för att utföra en effektiv självrengöring av rören. Fallfilmsförångare används därför i rena, icke-utfällande vätskor. En typisk tillämpning inom kemisk industri är för koncentration av kaustiksoda .
Fallande filmförångare kontra översvämmade förångare
Fallfilmsförångare har ett antal fördelar jämfört med sina motsvarigheter till översvämmade förångare.
De kräver en lägre laddning, eftersom hela skalet (vid horisontella förångare) eller alla rör (vid vertikala förångare) inte behöver fyllas med vätska eftersom en tunn film nu används för att täcka ytorna. Inom industrier som värme och luftkonditionering kan detta spara betydande pengar på grund av de höga kostnaderna för en köldmedieladdning.
Fallfilmsförångare uppvisar också förbättrade värmeöverföringsegenskaper jämfört med sina översvämmade motsvarigheter, särskilt i fall med lågt värmeflöde.
Det finns ett antal nackdelar, främst den jämförbara bristen på förståelse av fallfilmsförångare jämfört med översvämmade förångare, särskilt för horisontella fallfilmsförångare. Dessutom är vätskefördelningen för horisontella fallfilmsförångare en utmaning, eftersom prestandan är kraftigt begränsad om en ojämn fördelning av film över rören skapas.
Horisontella kontra vertikala fallande filmförångare
Horisontella fallfilmsförångare har ett antal potentiella fördelar jämfört med sina vertikala motsvarigheter inom den petrokemiska industrin , såsom möjligheten att använda rör med externa förbättringar; medan internt förbättrade rör är tillgängliga för vertikala fallande filmindunstare, är externa förbättringar vanligtvis överlägsna för kokningstillämpningar. Den största nackdelen med horisontella fallfilmsförångare är att om en frätande eller nedsmutsande vätska ska förångas måste den placeras på skalsidan. Detta strider mot bästa praxis, eftersom det är lättare att rengöra smuts som finns på insidan av rören snarare än på utsidan.