循环型(非膜式)蒸发器中央循环管截面积一般为加热管总截面积的40~100%,循环速度:0.4~0.5m/s以下,适宜用于处理结垢不严重、腐蚀性小的溶液。悬筐式蒸发器的环形截面积一般为加热管总截面积的100150%,循环速度:1.0~1.5m/s之间,适宜用于蒸发有晶体的溶液。缺点是设备耗材量大、占地面大、加热管内的溶液滞留量大。列文蒸发器:循环管截面积一般为加热管总截面积的200350%,阻力小,循环速度高达2.0~3.0m/s,适宜处理晶体析出或易结垢的溶液。强制循环蒸发器:循环速度高达2.0~5.0m/s。处理粘度大、易结沟或易结晶的溶液。升膜蒸发器:加热管长径比为100~150,管径为25~50m。二次蒸汽在加热管内的速度为20~50m/s,减压下为100~160m/s 处理蒸发量较大的稀溶液以及热敏性或生泡的溶液。不适合处理易结晶、易结垢或粘度特大的溶液。
两相优质蒸发器邻挡板的距离(板间距)h为外壳内径D的(0.2~1)倍。优质蒸发器板间距过小,不便于制造和检修,阻力也较大。板间距过大,流体就难于垂直地流过管束,使对流传热系数下降。 对圆缺形挡板而言,形缺口的大小对壳程流体的流动情况有重要影响。形缺口太大或太小都会产生"死区",既不利于传热,又往往增加流体阻力。挡板的间距对壳体的流动亦有重要的影响。间距太大,不能保证流体垂直流过管束,使管外表面传热系数下降;间距太小,不便于制造和检修,阻力损失亦大。一般取挡板间距为壳体内径的0.2~1.0倍。为防止壳程流体进入换热器时对管束的冲击,可在进料管口装设缓冲挡板。拉杆、定距杆起到固定折流板和保证折流板间距离的作用,另一个重要作用就是减少管束震动。
干式蒸发器的制冷剂在管内流动,水在管簇外流动。制冷剂流动通常有几个流程,由于制冷剂液体的逐渐气化,通常越向上,其流程管数越多。为了增加水侧换热,在优质蒸发器内传热管的外侧设有若干个折流板,使水多次横掠管簇流动干式蒸发器的优点:(1)润滑油随制冷剂进入压缩机,一般不存在积油问题;(2)充灌的制冷剂少,一般只有满液式的1/3左右;(3)蒸发温度t0在0℃附近时,水不会冻结。使用这种优质蒸发器必须注意:(1)制冷剂有多个流程,在端盖转弯处如处理不好会产生积液,从而使进入下一个流程的液体分配不均匀,影响传热效果;(2)水侧存在泄漏问题,由于折流板外缘与壳体间一般有1~3mm间隙,与传热管之间有2mm左右的间隙,因而会引起水的泄漏。实践证明,水的泄漏会引起水侧换热系数降低20%~30%。
干式蒸发器的主要特点是:制冷剂在管内完全蒸发并过热成为过热气体,这有利于使用热力膨胀阀自动调节供液量。通常使用的制冷剂有R22、R134a、R407c、R4l0a等。因为制冷剂在蒸发器内蒸发,只要优质蒸发器管内流速超过4m/s,就可以把管内的润滑油带回压缩机,回油方便。在设计当中,壳程采用GB151或TEMA规定的E型结构(折流板型式),折流板的缺口大小根据载冷剂的物理性质与流量大小开15%~50%的缺口,通常情况下,折流板缺口的流速与载冷剂横向掠过管束的流速大致相等,为了保证换热效果,折流板与壳体内壁的间隙、换热管与折流板的间隙要小于或等于GB151或TEMA规定的小间隙,特别是在低温情况下,这些间隙显得尤为重要,由于在低温情况下,载冷剂一般为高粘度流体,流速慢,热阻相对增大,间隙泄漏更加明显。
换热器选型时需要考虑的因素很多,主要是流体的性质;压力、温度及允许压力降得范围;对清洗、维修的要求;材料价格;使用寿命等。本项目选用目前应用广泛的蒸发器。蒸发器中常用的是固定管板式和浮头式两种。一般要根据物流的性质.流量、腐蚀性、允许压降、操作温度与压力、结垢情况和检修清洗等要素决定选用列管换热器的型式。从经济角度看,只要工艺条件允许,应该优先选用固定管板式换热器。但遇到以下两种情况时,应选用浮头式换热器。①壳壁与管壁的温差超过 70C;壁温相差50~70C。而壳程流体压力大于0.6MPa时,不宜采用有波形膨胀节的固定管板式换热器。②壳程流体易结垢或腐蚀性强时不能采用固定管板式换热器。综合考虑本次设计任务及制造、经济等个方面,本次设计主要采用浮头式和固定管板式换热器。
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