مبخرات المختبر

وفقا لحركة المحلول في المبخر، هناك:

ميزات المنتج

المبخر المتداول

يسمح هذا النوع من المبخر بتدوير المحلول في المبخر. نظرًا لاختلاف أسباب الدورة الدموية، يمكن تقسيمها إلى فئتين: الدورة الدموية الطبيعية والدورة القسرية.
1. مبخر أنبوب الدوران المركزي، المعروف أيضًا باسم المبخر القياسي. تتكون غرفة التسخين الخاصة بها من حزم أنابيب عمودية، مع أنبوب دوران مركزي ذو قطر كبير في المنتصف، وأنابيب التسخين ذات القطر الأصغر الأخرى تسمى أنابيب الغليان. نظرًا لكبر حجم أنبوب التدوير المركزي، يكون سطح نقل الحرارة الذي يشغله وحدة حجم المحلول أصغر من السطح الذي يشغله وحدة حجم المحلول في أنبوب الغليان. وهذا يعني أن درجة تسخين المحلول في أنبوب التدوير المركزي وأنابيب التسخين الأخرى مختلفة، مما يؤدي إلى انخفاض كثافة خليط البخار-السائل في أنبوب الغليان عنه في أنبوب التدوير المركزي. بالإضافة إلى ذلك، فإن تأثير الشفط لأعلى للبخار المتصاعد سوف يتسبب في تكوين المحلول الموجود في المبخر لتدفق متداول من أنبوب الدوران المركزي نازلًا إلى أنبوب الغليان الصاعد. يحدث هذا النوع من الدورات بشكل رئيسي بسبب اختلاف كثافة المحلول، لذلك يطلق عليه الدورة الطبيعية. هذا التأثير مفيد لتحسين كفاءة نقل الحرارة داخل المبخر.
من أجل ضمان التوزيع الجيد للمحلول، تبلغ مساحة المقطع العرضي-لأنبوب التدوير المركزي بشكل عام 40-100% من إجمالي مساحة المقطع العرضي لأنابيب التسخين الأخرى؛ يبلغ ارتفاع أنبوب التسخين عمومًا 1-2 متر؛ قطر أنبوب التسخين يتراوح بين 25-75 ملم. يتم استخدام هذا النوع من المبخر على نطاق واسع نظرًا لهيكله المدمج، وسهولة التصنيع، ونقل الحرارة الجيد، والتشغيل الموثوق. ومع ذلك، بسبب القيود الهيكلية، فإن سرعة ركوب الدراجات ليست عالية. من خلال التدوير المستمر للمحلول في غرفة التسخين، يقترب تركيزه دائمًا من تركيز المحلول الكامل، مما يؤدي إلى ارتفاع نقطة غليان المحلول وانخفاض الفرق الفعال في درجة الحرارة. هذا هو العيب الشائع للمبخرات المتداولة. بالإضافة إلى ذلك، فإن تنظيف وصيانة المعدات ليست مريحة بما فيه الكفاية، لذلك من الصعب أن يلبي هذا المبخر متطلبات الإنتاج بشكل كامل.

2. من أجل التغلب على عيوب التبلور السهل، والتحجيم، والتنظيف الصعب للسائل المتبخر في المبخر الدائر، فقد تم إجراء تحسين أكثر معقولية على هيكل المبخر القياسي، وهو المبخر ذو السلة المعلقة. غرفة التسخين 4 تشبه السلة، معلقة في الجزء السفلي من غلاف المبخر، ويتم استبدالها بأنبوب دوران مركزي بقناة حلقية بين الجدار الخارجي لغرفة التسخين والجدار الداخلي للمبخر. يرتفع المحلول على طول مركز أنبوب التسخين ثم يتدفق للأسفل على طول الفجوة الحلقية بين الجدار الخارجي لغرفة تسخين السلة المعلقة والجدار الداخلي للمبخر ليشكل دورة. نظرًا لأن مساحة الفجوة الحلقية تبلغ حوالي 100 إلى 150% من إجمالي مساحة المقطع العرضي-لأنبوب التسخين، فإن سرعة دوران المحلول أعلى من سرعة المبخر القياسي، حيث تصل إلى 1.5 م/ث. بالإضافة إلى ذلك، يمكن إزالة غرفة التسخين لهذا المبخر من الأعلى للصيانة أو الاستبدال، كما أن فقدان الحرارة صغير نسبيًا أيضًا. عيبه الرئيسي هو هيكله المعقد والاستهلاك العالي للمعادن لكل وحدة مساحة نقل الحرارة.

3. مبخر الدوران الطبيعي المذكور أعلاه لديه سرعة دوران ليست عالية بما فيه الكفاية، بشكل عام أقل من 1.5m/s. لجعل المبخر أكثر ملاءمة لتبخير المحاليل ذات اللزوجة العالية أو التبلور السهل أو القشور الشديدة، ولزيادة سرعة دوران المحلول لإطالة دورة التشغيل وتقليل عدد مرات التنظيف.
الميزة الهيكلية لها هي إضافة غرفة غليان فوق غرفة التسخين. لا يغلي المحلول الموجود في غرفة التسخين في أنبوب التسخين بسبب الضغط الساكن الذي يضيفه عمود السائل في غرفة الغليان. لا يمكن أن يبدأ في الغليان إلا عندما يرتفع إلى غرفة الغليان وينخفض ​​الضغط. لذلك، ينتقل غليان وتبخير المحلول من غرفة التسخين إلى غرفة الغليان دون سطح نقل الحرارة، وبالتالي تجنب تكوين بلورات أو أوساخ في أنبوب التسخين. بالإضافة إلى ذلك، تبلغ مساحة المقطع العرضي- لأنبوب الدوران لهذا المبخر حوالي 2-3 أضعاف إجمالي مساحة المقطع العرضي لأنبوب التسخين، ويمكن أن تصل سرعة دوران المحلول إلى 2.5 إلى 3 م/ث أو أكثر، وبالتالي فإن معامل نقل الحرارة الإجمالي مرتفع نسبيًا أيضًا. العيب الرئيسي لهذا المبخر هو فقدان فرق درجة الحرارة الكبير الناتج عن تأثير رأس الضغط الثابت للعمود السائل (انظر 6.3.1 لمزيد من التفاصيل). من أجل الحفاظ على اختلاف فعال معين في درجة الحرارة، يلزم وجود ضغط عالٍ لتسخين البخار. وبالإضافة إلى ذلك، فإن المعدات كبيرة الحجم، وتستهلك الكثير من المواد، وتتطلب مصانع طويلة. بالإضافة إلى مبخر التدوير الطبيعي المذكور أعلاه، يتم استخدام مبخر التدوير القسري أيضًا عند تبخير المواد ذات اللزوجة العالية، والتبلور السهل، والتقشير. في هذا المبخر، يعتمد دوران المحلول بشكل أساسي على الطاقة الخارجية، والتي يتم إجبارها على التدفق في اتجاه معين بواسطة مضخة لتوليد الدورة الدموية. يمكن التحكم في حجم سرعة الدوران عن طريق ضبط معدل تدفق المضخة، والذي عادة ما يكون أعلى من 2.5m/s. معامل نقل الحرارة لمبخر الدوران القسري أعلى أيضًا من معامل الدوران الطبيعي العام. لكن عيبه الواضح هو استهلاك الطاقة المرتفع، حيث يتطلب حوالي 0.4-0.8 كيلو واط لكل متر مربع من مساحة التدفئة.

مبخر باتجاه واحد-.

الميزة الرئيسية لهذا النوع منالمبخرات المخبريةهو أن المحلول يمر فقط عبر غرفة التسخين مرة واحدة في المبخر ويتم تفريغه كسائل مركّز دون تدفق متداول. عندما يمر المحلول عبر غرفة التسخين، فإنه يتدفق في شكل فيلم على جدار الأنبوب، لذلك يُعرف عمومًا باسم مبخر الغشاء السائل. وفقًا لاتجاهات التدفق المختلفة للمواد في المبخر، يتم تقسيم المبخرات أحادية المسار إلى الأنواع التالية.
1. تتكون غرفة التسخين لمبخر الغشاء الصاعد من العديد من الأنابيب الطويلة العمودية. قطر أنبوب التسخين الشائع الاستخدام هو 25-50 مم، ونسبة طول الأنبوب إلى قطر الأنبوب تقريبًا 100-150. بعد التسخين المسبق، يتم إدخال السائل من أسفل المبخر ويتم تسخينه في أنبوب التسخين، ثم يغلي ويتبخر بسرعة. يرتفع البخار المتولد بسرعة عالية في أنبوب التسخين. سرعة البخار المخرج المناسبة لعملية الضغط العادي هي 20-50m/s، وبالنسبة لعملية الضغط المنخفض، يمكن أن تصل سرعة البخار إلى 100-160m/s أو حتى أعلى. يتم دفع المحلول بواسطة البخار المتصاعد، الذي يرتفع في طبقة على طول جدار الأنبوب ويستمر في التبخر. يتم فصل خليط البخار والسائل في فاصل 2، ويتم تفريغ السائل الكامل من أسفل الفاصل، بينما يتم تفريغ البخار الثانوي من الأعلى. تجدر الإشارة إلى أنه إذا كانت كمية الماء المتبخر من السائل ليست كبيرة، فسيكون من الصعب تحقيق سرعة البخار المطلوبة، أي أن مبخر الغشاء الصاعد غير مناسب لتبخير المحاليل المركزة؛ كما أنها غير مناسبة للمواد ذات اللزوجة العالية أو التبلور أو التحجيم السهل.

2. الفرق بين مبخر الغشاء المتساقط ومبخر الغشاء الصاعد هو أن سائل التغذية يضاف من أعلى المبخر، وتحت تأثير الجاذبية، فإنه يشكل غشاء مثل الهبوط على طول جدار الأنبوب، ويتبخر ويتكثف خلال هذه العملية، للحصول على سائل مركّز في قاعه. نظرًا لاختلاف آلية تشكيل الغشاء -من مبخر الغشاء الصاعد، يمكن لمبخر الغشاء المتساقط أن يبخر المواد ذات التركيز العالي واللزوجة (مثل نطاق 0.05-0.45 نيوتن/م2) والحساسية الحرارية. ومع ذلك، نظرًا للتوزيع غير المتساوي للفيلم السائل داخل الأنبوب ومعامل نقل الحرارة الأصغر مقارنةً بمبخر الفيلم الصاعد، فإنه لا يزال غير مناسب للمواد المعرضة للتبلور أو التحجيم.
نظرًا لتدفق المحلول الشبيه بالفيلم في المبخر أحادي الاتجاه، فقد تم تحسين معامل نقل الحرارة بالحمل الحراري بشكل كبير، مما يسمح للمحلول بالوصول إلى التركيز المطلوب في تمريرة واحدة عبر غرفة التسخين دون مزيد من التدوير. ولذلك، فهو يتمتع بمزايا أكبر من المبخر الدوراني. تشمل فوائد عدم تعميم المحلول ما يلي: (1) وقت بقاء المحلول في المبخر قصير جدًا، مما يجعله مناسبًا بشكل خاص لتبخير المواد الحساسة للحرارة؛ (2) تركيز المحلول بأكمله ليس دائمًا قريبًا من تركيز السائل النهائي كما هو الحال في نوع التدوير، وبالتالي فإن فرق درجة الحرارة الفعال لهذا المبخر يكون كبيرًا نسبيًا. عيبه الرئيسي هو أنه حساس جدًا للتقلبات في حمل التغذية، وعندما يكون التصميم أو التشغيل غير مناسب، ليس من السهل تشكيل فيلم. في هذا الوقت، سوف ينخفض ​​معامل نقل الحرارة الحراري بشكل كبير.

3. يحتوي مبخر الكاشطة على سترة بخار تسخين داخل غلاف المبخر، وهي مجهزة بشفرات أو كاشطات قابلة للدوران. هناك نوعان من الكاشطات: النوع الثابت والنوع الدوار. تبلغ الفجوة بين الجدار الأول والجدار الداخلي للغلاف 0.5-1.5 ملم، بينما تختلف الفجوة بين الجدار الأخير والجدار مع عدد دورات الدوار. تتم إضافة السائل على طول اتجاه الظل من الجزء العلوي للمبخر (يضاف أيضًا إلى علبة المواد المحورية مع الكاشطة). بسبب الجاذبية وقوة الطرد المركزي وعمل المكشطة الدوارة، يشكل المحلول طبقة من الدوران نحو الأسفل على الجدار الداخلي للجهاز، ويتم تبخيره وتركيزه خلال هذه العملية، مما يكمل تفريغ السائل في الأسفل. هذا النوع من المبخر هو مبخر أحادي الاتجاه يستخدم طاقة خارجية لتشكيل فيلم. ميزته البارزة هي قدرته القوية على التكيف مع المواد ووقت البقاء القصير، عادة بضع ثوانٍ أو عشرات الثواني، مما يجعله مناسبًا للزوجة العالية (مثل مستخلص التانين والعسل وما إلى ذلك) والمواد المعرضة للتبلور والتقشر والحساسية للحرارة. لكن هيكلها معقد ويستهلك الكثير من الطاقة، ويتطلب حوالي 1.5-3 كيلو واط لكل متر مربع من سطح نقل الحرارة. بالإضافة إلى ذلك، فإن قدرتها على المعالجة صغيرة جدًا ومتطلبات التصنيع والتركيب عالية.

المبخر مع نقل الحرارة الاتصال المباشر

في الإنتاج الفعلي،المبخرات المخبريةيتم استخدام نقل الحرارة بالتلامس المباشر في بعض الأحيان. فهو يمزج الوقود (عادة الغاز والزيت) مع الهواء ويحرقه في غرفة احتراق مغمورة في محلول، مما يؤدي إلى إنتاج لهب ودخان بدرجة حرارة عالية- يتم رشه مباشرة في المحلول المتبخر من خلال الفوهات الموجودة في الجزء السفلي من غرفة الاحتراق. يتلامس الغاز والمحلول بدرجة حرارة عالية بشكل مباشر، بينما يحدث نقل الحرارة لتبخر الماء وتبخيره. يتم تفريغ بخار الماء وغاز العادم الناتج معًا من أعلى المبخر. يبلغ عمق غمر غرفة الاحتراق في المحلول بشكل عام 0.2-0.6m، ودرجة حرارة الغاز الخارج من غرفة الاحتراق يمكن أن تصل إلى أكثر من 1000 درجة. نظرًا لنقل الحرارة بالتلامس المباشر، فإن تأثير نقل الحرارة جيد جدًا ومعدل استخدام الحرارة مرتفع. نظرًا لعدم وجود جدار ثابت لنقل الحرارة، فإن الهيكل بسيط ومناسب بشكل خاص لتبخر المواد المعرضة للتبلور والتقشر والتآكل. لقد تم استخدامه على نطاق واسع في معالجة حمض النفايات وتبخر محلول كبريتات الأمونيوم. ولكن إذا لم يسمح للسائل المتبخر بالتلوث بالدخان، فإن هذا النوع من المبخر غير مناسب بشكل عام. ونظرًا لوجود كمية كبيرة من الدخان، فإن الاستفادة من البخار الثانوي تكون محدودة. بالإضافة إلى ذلك، تكون الفوهة أكثر عرضة للتلف بسبب غمرها في سائل ذو درجة حرارة عالية. من المقدمة أعلاه، يمكن ملاحظة أن هناك العديد من الأنواع الهيكلية للمبخرات، ولكل منها مزاياه وعيوبه وحالاته القابلة للتطبيق. عند الاختيار، أول شيء يجب مراعاته هو ما إذا كان يمكن أن يتكيف مع خصائص عملية المادة المتبخرة، بما في ذلك اللزوجة، والحساسية الحرارية، والتآكل، وما إذا كانت عرضة للتبلور أو التحجيم. بعد ذلك، يجب أن يكون لديك هيكل بسيط، تصنيع سهل، استهلاك منخفض للمعادن، صيانة مريحة، تأثير جيد لنقل الحرارة، وما إلى ذلك.