降膜蒸发器中热传递的影响因素
降膜式蒸发器生产能力降低的几种主要因素

发酵科技通讯第40卷降膜式蒸发器具有蒸发速率快,加热温度低,物料在设备中停留时间短,且在真空减压下蒸发,一般最高加热温度多在85℃~87℃之间,有的加热温度更低,属于低温蒸发,它最大限度的保持了物料中有用元素不被破坏。
因此,更适合热敏性物料的蒸发浓缩。
随着降膜式蒸发器应用领域的不断扩大,在实际应用过程中也出现了诸如生产能力降低的问题。
导致降膜式蒸发器生产能力降低的主要因素是:蒸发器泄漏严重,壳程存水;液体分布器发生错位或变形;蒸发器壳程结垢严重;冷凝器进水温度升高。
仅以RNJM03-8000型三效降膜式蒸发器在麦芽糖生产中的应用为例进行阐述。
1蒸发器泄漏严重、壳程存水1.1主要技术参数及结构特点1.1.1物料介质:麦芽糖1.1.2生产能力:8000kg/h1.1.3进料质量分数:25%1.1.4出料质量分数:75%1.1.5进料温度:40℃1.1.6pH值:5结构特点:采用并流加料法,末效出料;采用热压缩技术即热泵抽吸一效二次蒸汽提高其温压作为一效一部分加热热源;采用间壁列管式冷凝器与水环真空泵合用冷凝抽真空保持蒸发系统的真空度。
效体、预热器、分离器等全部进行保温绝热处理。
蒸发器在生产过程中生产能力降低,系统真空度衰减,蒸发温度升高之一就是系统出现泄漏,壳程中出现存水。
出现泄漏的主要部位是:分离器方接口与下器体的联接、二次蒸汽管道两端与分离器、效体的联接,或与预热器、冷凝器的联接;各效体与下器体的联接等,过去均采用法兰联接,长时间使用由于胶垫老化,各处漏气现象比较严重,蒸发器一经出现泄漏系统真空度会降低,蒸发器壳程存水,分离器料位上涨,蒸发温度升高,蒸发量随之会降低。
效体与下器体联接处如果出现泄漏,料液向下流动就会受阻,导致降膜管下端或管板上结垢或结焦严重,且检查漏气点费时比较困难,这样的现象在实际中是发生过的。
其次是蒸发器壳程存水,蒸发器壳程存水除了管道口径小外就是壳程或管道联接处泄漏引起的,改上述法兰联接为焊接结构蒸发系统真空度稳定真空度不衰减,蒸发量稳定。
水平管外降膜蒸发传热实验研究

第36卷第8期2015年8月太阳能学报ACTA ENERGIAE SOLARIS SINICAVol.36,No.8Aug.,2015收稿日期:2013-06-23基金项目:国家自然科学基金重点项目(51336001)通信作者:沈胜强(1961—),男,博士、教授,主要从事海水淡化、传热传质、节能与新能源等方面的研究。
zzbshen@.文章编号:0254-0096(2015)08-1996-06水平管外降膜蒸发传热实验研究陈学,刘晓华,沈胜强,牟兴森(大连理工大学,辽宁省海水淡化重点实验室,大连116024)摘要:以水为工质,对直径为19mm 的铝黄铜管外降膜蒸发传热过程进行实验研究。
实验通过测量管表面和饱和蒸气温度,计算得到平均和局部传热系数。
由实验数据分析喷淋密度、蒸发温度、热流密度、管间距等参数对管外平均传热系数的影响,并与直径25.4mm 铝黄铜管降膜蒸发传热系数进行比较,讨论局部传热系数随周向角度的变化。
结果表明,在实验范围内,管外平均传热系数随温度的升高而增大,随喷淋密度的增大先增大,后略微下降。
小管径管的降膜蒸发传热系数大于大管径管的传热系数。
关键词:海水淡化;水平管;多效蒸发;降膜蒸发;传热系数中图分类号:TK124文献标识码:A0引言水平管降膜蒸发技术作为一种高效的传热手段被广泛应用于海水淡化、化学工程、石油工业、制冷工业、食品加工等方面。
在水平管降膜蒸发中,气液容易迅速分离,传热温差小,因而比竖管降膜与浸没管蒸发具有更好的传热效果。
而且在作为热法海水淡化主要技术的多效蒸发(multi -effect distillation ,MED )设备中,操作温度一般低于70℃,水平管降膜蒸发展现出良好的综合特性[1]。
在水平管降膜蒸发传热领域,针对不同的设备和工质,国内外学者做了很多研究工作,但结论不尽相同。
G.Ribatski 等[2]对2004年前的水平管降膜蒸发研究做了系统总结。
关于降膜蒸发器的布膜器的设计研究

48化工设计2023,33(2)CHEMICAL ENGINEERING DESIGN关于降膜蒸发器的布膜器的设计研究亓建伟* 刘群世 秦 静 叶 亮 李碧仙 王 莉 中国成达工程有限公司 成都 610041摘要 降膜蒸发器的大型化和应用日益广泛,本文对其关键部件-布膜器进行深入研究,通过对布膜器的结构参数和工艺参数的分析,使降膜蒸发器更好地服务于用户。
关键词 降膜蒸发器 布膜器 蒸发在石油化工装置中,为了提高传热效率,采用降膜蒸发器是一个解决办法。
降膜蒸发器具有物料停留时间短、阻力降低、传热效率高、蒸汽利用率高、结垢少等优点,广泛用于化工、轻工、食品、制药等行业中。
1 降膜流动及降膜蒸发的原理1.1 降膜流动原理降膜流动是一种两相流。
管内液体在重力、离心力及剪切力的作用下,沿着管内壁下滑。
液体薄膜沿着某种形式的固体壁面流动,同时液体薄膜由于受热蒸发变成蒸汽,此蒸汽即为二次蒸汽,在加热管内形成气液两相流动。
薄层流体在重力作用下沿倾斜或垂直壁面运动,在开始的一段距离内,运动是加速的,速度分布沿流动方向发展,和管流时一样,也可称这一段为进口段。
经历这一段后,速度分布恒定,沿流动方向的流动特性不再变化。
降膜流动是有自由面的运动,了解这种流体运动的主要困难在于,膜流动的许多特性又都和自由面有关,不能预先准确地确定自由面的位置,而由于自由面的存在,液膜内流动状态的基本类型可以概括为层流、波动层流、湍流及波动湍流等。
1.2 降膜蒸发原理降膜蒸发器内的热传递过程可以简化为如图1的一个局部模型,图中阴影区域为降膜蒸发器内换热管壁的剖面示意图。
热流体和冷流体分别流经换热管内外两侧壁面,并通过换热管壁实现热量的传递。
图1 换热管局部传热过程示意图在换热管的外壁表面通蒸汽,而在换热管的内壁表面,进入降膜蒸发器的液体经过液体分布器的均匀分布,以厚度均匀的膜状形式沿着内壁表面流下。
蒸汽与温度相对较低的换热管外壁在其界面处发生热传递,部分热量从热的蒸汽传递给壁面。
横管降膜蒸发传热传质研究

横管降膜蒸发传热传质研究简介横管降膜蒸发是一种重要的传热传质过程,在化工、材料科学和能源领域具有广泛应用。
通过横管降膜蒸发,可以实现液体的蒸发、纯化和浓缩等目的。
本文将对横管降膜蒸发过程中的传热传质特性进行全面、详细、完整和深入地探讨。
横管降膜蒸发原理横管降膜蒸发是指在管壁上形成薄膜,将液体加热至沸腾温度,使其蒸发并凝结于管壁的过程。
在横管降膜蒸发中,传热传质主要发生在液体薄膜和管壁之间。
液体薄膜的形成液体薄膜的形成是横管降膜蒸发的关键步骤。
在传热过程中,液体在管壁上形成一层薄而均匀的液膜,起到传热传质的作用。
液体薄膜的形成主要受到液体性质、管壁表面特性和流动条件的影响。
传热传质机制在横管降膜蒸发过程中,传热传质机制主要包括对流传热、气体膨胀传热和传质扩散。
对流传热是指由于液体薄膜的流动而导致的热量传递。
气体膨胀传热是指气体在蒸发过程中膨胀释放的潜热传递给液体。
传质扩散是指液体蒸发过程中溶质的传递。
实验方法为了研究横管降膜蒸发的传热传质特性,可以采用以下实验方法:实验装置搭建横管降膜蒸发实验装置包括加热器、冷凝器、横管和液体供给系统。
将液体通过横管,加热液体使其沸腾,并将蒸汽经冷凝器冷凝回液体,循环实现横管降膜蒸发。
实验参数调节在实验过程中,可以调节实验参数来研究其对传热传质特性的影响。
例如,可以调节液体流速、加热器温度和冷凝器温度等参数。
实验数据采集在实验过程中,需要采集各种参数的数据,例如液体温度、蒸汽温度、压力和流速等。
通过对这些数据的分析,可以得到横管降膜蒸发的传热传质性能。
结果和讨论通过实验和数据分析,可以得到横管降膜蒸发过程中的传热传质特性。
根据实验结果,可以得出以下结论和讨论:传热传质效果分析根据实验数据,可以分析不同条件下的传热传质效果,并比较它们之间的差异。
例如,可以比较不同液体流速下的传热传质效果。
影响因素研究通过实验数据的分析,可以研究不同因素对横管降膜蒸发的影响。
例如,可以研究液体性质、管壁表面特性和流动条件等因素对传热传质的影响。
降膜式蒸发结晶器

降膜式蒸发结晶器
降膜式蒸发结晶器是一种新型的结晶技术,近年来得到越来越多的应用。
它的原理是将溶液在容器中加热,使溶液的温度升高,使溶液中的溶剂以气体形式蒸发出来,同时将溶质以固态的形式结晶出来,实现了溶剂与溶质的分离。
降膜式蒸发结晶器由上、下两个容器组成,容器以及连接它们的管道都被覆盖着一层膜,上部容器内装有溶液,下部容器内装有结晶物,中间使用蒸发管将上、下两容器连接起来。
在上部容器内加热,使溶液的温度升高,使溶液中的溶剂以气体形式通过蒸发管释放出来,而溶质以固态的形式结晶于下部容器内,实现溶剂与溶质的分离。
降膜式蒸发结晶器具有操作方便、易清洗等优点,可以在大规模生产中实现结晶,属于一种优良的结晶技术,能够有效提高结晶速度,缩短结晶时间,也可以有效控制结晶质量。
降膜式蒸发结晶器的结晶效果取决于上部容器内溶液的温度,温度过高时,会导致结晶过快,影响结晶产品的质量;温度过低时,会导致结晶过慢,影响结晶速度,因
此,降膜式蒸发结晶器的操作者必须控制好溶液的温度,以保证结晶质量。
此外,降膜式蒸发结晶器的工作效率受到溶液浓度的影响,如果溶液浓度过高,会导致溶液中的溶质结晶过多,影响结晶的质量;如果溶液浓度过低,会导致溶液中的溶质结晶过少,影响结晶的时间,因此,操作者需要根据不同的溶液浓度,控制溶液的加热温度,以保证结晶的质量和效率。
降膜式蒸发结晶器是一种新型的结晶技术,具有操作简单方便、易清洗、易操作等特点,可以在大规模生产中实现结晶,属于一种优良的结晶技术,能够有效提高结晶速度,缩短结晶时间,也可以有效控制结晶质量。
但是,降膜式蒸发结晶器的操作者在运行过程中,还需要根据溶液的浓度控制温度,以保证结晶质量和效率。
浅析制冷设备热交换器的传热及其影响

浅析制冷设备热交换器的传热及其影响本文对冷凝器、蒸发器的传热及对其影响的主要因素进行探析。
标签:制冷设备;热交换器;传热;影响制冷设备的换热器包括冷凝器、蒸发器,它们在制冷设备中主要起着热交换的作用,其性能的好坏对制冷设备的制冷效果有较大的影响。
一、冷凝器的传热及影响因素(一)冷凝器的传热冷凝器是用于制冷剂与热源间换热的主要热交换设备。
通过冷凝器向冷却介质(水或空气)放出的热量称为冷凝器负荷,即制冷系统中的有效制冷量、无效制冷量以及外界耗能所转换热量之和。
在冷凝器的传热中,由于压缩后的制冷剂过热蒸气向冷凝器传热壁面放出热量后被冷却、冷凝成液体,所以其放热量包括冷却显热与凝结潜热,其中凝结潜热占制冷剂放热量的80%以上。
冷却介质作为冷凝器中的吸热流体,并起到向环境散热的作用,冷却介质主要靠显热传热。
(二)影响冷凝器传热的因素一是制冷剂及流动、传热特性对冷凝器传热的影响。
不同的制冷剂表现出各自的特性,影响传热的物性主要是制冷剂的比热容、导热系数、密度、黏度等。
制冷剂的导热系数大时,导热热阻降低,传热系数增大;比热容和密度大时,传热能力增加,传热系数增大;黏度大时,流动阻力增大,传热性能降低。
二是冷却介质及流动特性对冷凝器传热的影响。
冷却水或冷却空气的流速对冷却介质侧的传热系数有很大的影响。
随着冷却介质流速的增加,其传热系数也增大。
但是流速太大,会使设备中的流动阻力损失增加,使泵或风机的耗功增大。
一般冷凝器的适宜水流速度为0.8~1.5m/s,空气流速为2~4m/s。
另外,冷却介质的流动途经(如管内、管外、自由空间流动等)、流动方式(如自然对流、强迫流动等)的不同也影响冷凝器的传热性能。
三是不凝性气体对冷凝器传热的影响。
由于种种原因,冷凝器中会存在一些空气或制冷剂与润滑油在高温下分解出来的不凝性气体。
制冷剂蒸气会在冷却壁面放热凝结成液体,而不凝性气体只是被单纯冷却而积聚在制冷剂液膜层附近形成气体层,构成气体热阻,明显降低冷凝器的传热性能。
关于多效降膜式蒸发器的工作原理及应用要点

关于多效降膜式蒸发器的工作原理及应用要点多效降膜式蒸发器是一种常用于低浓度溶液浓缩的设备,并且在化工、制药、食品加工等行业有广泛应用。
它的工作原理是基于多级蒸发的原理,通过利用供热的蒸汽对溶液进行加热,使其部分蒸发,使得浓缩液和蒸汽分离。
以下将详细介绍该设备的工作原理及应用要点。
工作原理:多效降膜式蒸发器是以提高蒸发效率为目标的一种设备。
其工作原理基于温差传导和传质传导的原理。
1.热能传导:通过蒸汽对溶液进行加热传递热能,使溶液局部升温。
2.温差传导:由于多效降膜式蒸发器通常有多个蒸发器单位组成,其中较高级的蒸发器单位的蒸发温度较低级的蒸发器单位低,形成了温差,使得溶液在相邻级之间通过导热底板传导,实现能量转移。
3.传质传导:由于溶液中的溶质浓度不均匀,较浓的溶液在温差传导的作用下向低浓度的溶液扩散,实现了传质传导。
应用要点:1.节能高效:通过多效的设计,多效降膜式蒸发器能够高效利用能量,并将蒸发过程分解成多个级别,从而提高蒸发效率,降低能耗。
2.产品质量好:多效降膜式蒸发器能够高效地蒸发溶液中的溶质,并避免了常规蒸发器中因溶质浓度梯度不均匀导致的结晶问题,从而得到更纯净的产品。
3.适应性强:多效降膜式蒸发器适应性广泛,可以用于各种浓度的溶液的蒸发浓缩,可根据不同工艺要求调整蒸发器的级数和底板结构。
4.操作稳定:多效降膜式蒸发器具有良好的自动调控性能,通过控制进料流速、蒸汽压力、温度等参数,可以稳定控制设备的操作,提高生产效率。
5.简化工艺流程:多效降膜式蒸发器能够将多级的浓缩过程集成在一个设备中,简化了工艺流程,减少了设备占地面积。
总之,多效降膜式蒸发器通过多级浓缩的方式,利用蒸汽的热能传导、温差传导和传质传导的原理,高效地蒸发浓缩溶液,适用于多种工业领域。
它具有节能高效、产品质量好、适应性强、操作稳定和工艺流程简化等优点,为生产过程提供了便利,具有重要的应用价值。
降膜蒸发器中决定和影响传热系数的因素

降膜蒸发器中决定和影响传热系数的因素摘要这项工作的目的是确定不同操作条件下的单效蒸发器的传热系数,为了判断它们有多种影响因素。
降膜蒸发器包括12根外径25mm、长3m的垂直不锈钢管,蒸发器的蒸发容量为240 kg/h。
对每一个多效蒸发器的影响条件进行模拟,改变进料浓度和压力,设置每一种条件下的饱和温度和热传递系统,。
从而获得一个关联式,即传热系数与流体性质、几何参数和流量的关系。
2005年Elsevier公司保留所有权利。
关键词: 传热、蒸发器、降膜、传热系数1. 前言果汁的浓度是果汁制造业中被广泛使用的参数,它有两个主要目的:(1)降低产品的体积和重量,随后降低储存、包装及分销的成本。
(2)增加水的活动,减少其对果汁的稳定性影响,这是影响果汁品质的主要因素。
虽然冷冻浓缩和反渗透浓度等其他方法现在也经常被用到,但由于业务和经济原因蒸发仍然是最流行的。
蒸发是一个单元操作即从液体中去除水。
如果液体中含有溶解固体,解决方案是可以使其成为饱和或过饱和固体晶体沉积。
如果长时间高温蒸发,会造成果汁中许多物质被破坏,,真空蒸发似乎是合理的解决方案。
真空蒸发进行的沸点降低,所以热降解趋于最小化。
降膜蒸发器在本质上是管壳式换热器。
降膜蒸发器本质上是一个管壳式换热器。
蒸汽冷凝的壳程提供了潜热,使从管程流动溶液中的水蒸发量。
水蒸气和浓缩果汁,在热力学方面是平衡的,然后分离。
这个过程可以完成一次蒸发,因此沸腾浓缩液退出单元作进一步处理,蒸汽在一个独立的冷凝器中冷凝。
这种设备被命名为“单效蒸发器”。
然而,如果需要高浓度,最好是使用多个更小的单元,而不是用一个大的单元。
在这种条件下,解决方案是水汽离开第一个单元,加热介质为第二个过程蓄流。
对于一个合适的动力,由于第二单元存在,其沸点减小,这是通过减少在蒸发室的压力。
这样,减少了蒸发器在加热蒸汽压力方向的热能损失和压力损失。
这种被定义为“多效蒸发器”,3,4,5设备在食品工业是非常容易见到的。
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降膜蒸发器中热传递的影响因素H.CHEN 和R.S.JEBSON新西兰.北帕.梅西大学.食品技术部门应用一台小型规模的单管式降膜蒸发器来获得关于这种类型蒸发器蒸发原理的一些认知。
设定在试点蒸发器上的操作条件是取自于商业牛奶蒸发器获得的研究成果。
这项研究成果是在使用像水和糖溶液等牛顿流体作为物料条件下而获得实现的。
总传热系数受液体蒸发和蒸汽冷凝温度之间的温差,蒸发温度,排出密度,液体粘度和加热管长度的影响,但是普朗特系数对其也有着非常重要的影响。
关键词:蒸发降膜传热系数雷诺数普朗特系数简介降膜蒸发器在类似于以在较低的蒸发温度和相对较短的停留时间条件下具有较高的传热系数为特征的食品工业行业中有着极为广泛的应用,这意味着它们能够处理热敏感材料。
在很大程度上它们能够满足当今现代食品工业的需求,例如尽可能大的容量,经济,运转可靠,单程控制等。
它们是乳品行业中的标准蒸发器。
据估算在新西兰有占总消耗能量的1%的能量用于蒸发过程的消耗。
在牛奶生产过程中,蒸发阶段需消耗50%的能源。
因此,人们乐于去了解降膜蒸发器的蒸发原理,以便使蒸发器在工业应用中达到最大的容量和最高的效益。
尽管降膜蒸发器在工业领域中有着极为广泛的应用,但是只有极少量的文献论文是关于降膜蒸发器的,尤其是牛奶蒸发器。
因此,我们建立了一台小型规模的单管降膜蒸发器用来学习其内部的热传递。
从商业牛奶蒸发器和文献获得的结果可以看出,很显然降膜蒸发器中热传递的影响参数可以归结如下:1.蒸发发生的温差2.蒸发温度和蒸汽冷凝温度之间的温差3.液体进料的流速4.液体进料的温度5.蒸发器内部液体的浓度6.加热管的长度7.加热管的直径8.加热管的特征:金属材料的种类,壁厚和适合于加热管的处理方式上述可变物,温度区别,蒸发温度,进料流速和加热管长度被选择作为研究对象。
其实验条件是基于牛奶工厂的实验结果来选择确定的。
虽然牛奶作为蒸发器的进料被广泛应用,但是在本次实验中却不能使用牛奶,其原因如下:1.牛奶的物理特性天天在变化2.一旦牛奶稍有浓缩,它会随着时间而增厚,即其粘度会随着时间增加而增长,并且增长速度在较高的温度和浓度条件下增长更快。
3.加热表面会被牛奶污染因此,自来水和糖溶液常被用来作为进料而不是牛奶。
尽管在商业蒸发器研究中一些相互作用在不同变量之间被发现,但是对于这项研究来说它主要取决于是否能够集中主效应。
实验设备一台如图1简图所示的小型规模的不锈钢单管降膜蒸发器,其加热管外径32mm,壁厚1.6mm,长2m,被放置在内直径为73mm长2m的蒸汽夹套管中。
它是从外直径为20mm长为0.75m的管道进料(进给管),该管是同轴的插入在加热管中的。
这种进给管的高度可以调控,以便来变化加热管的换热面积。
从该管出来的进料直接喷洒在蒸发管的壁上。
这能够使在管下的液体比发生在商业蒸发器中的流通体制更迅速的建立流型。
将要被蒸发的液体通过一台可变速的泵输送到可将液体加热到蒸发温度的Spiraflo型换热器中,然后进入进给管。
这一小段必须被使用的蒸发管十分重要。
没有蒸发的液体和液体直接通过蒸气室底部形成的蒸汽被输送出去。
蒸汽然后通过了一台有角度的槽孔分离器,接着进入一台用于抽送浓缩物的螺旋离心水泵中。
蒸汽压力通过一个自动调整阀门控制。
蒸汽冷凝水在加热管外侧向下流动,并且依靠喷射器从蒸汽套管底部移动。
喷射器提供了真空,在不可压缩管道内可以通过通气旋塞手动调整。
进料流速可以通过转子流量计测量,并且连接到记录器上,如图1所示。
热电偶探头有九个不同的监测点,真空表和蒸汽压力表分别被用来测量水蒸气和蒸汽管道压力,其也在图1显示。
图1:单管式降膜蒸发器原理图(1)进料灌(2)输液泵(3)转子流量计(4)预热计(5)蒸汽-水混合器(6)调压器(7)蒸汽调节器(8)温度计(9)进料管(10)除沫器(11)蒸汽夹套(12)蒸汽控制器(13)浓缩泵(14)浓缩液收集器(15)冷凝器(16)冷凝泵(17)冷凝液收集器(18)真空装置。
热电偶探头位置步骤为了了解各不同变量对传热系数的影响,在每个试验中,仅使一个参数变化,而其他参数保持不变。
下面给一个典型的实验步骤:1.将蒸汽温度,蒸发的温度,进料流速,进料温度和加热管长度设定在期望值。
2.几分钟过后,当状态达到稳定时,用盘状计时器测出蒸汽冷凝物的流速。
3.在运行期间,记录下所有的温度。
总传热系数用方程式1计算:U=(1)降膜的雷诺数被定义如下:R=(2)e平均雷诺数(在加热管顶部和底部的雷诺数的平均值)被用来数据分析。
表1:实验变量范围统计分析实验结果用QUATTRPRO5.0电子制表程序多重回归分析方法来统计分析。
在从属变量显示为曲线的部位,二级关系作为附加量被测出。
在适当的部位,相互关系也被包括。
,最后的方程式在前加后减后被确定下来。
结果和讨论薄膜系数冷凝方面原理以逐滴冷凝类型被观察,这种类型的传热系数是薄膜冷凝的6-18倍。
在本次试验条件下,蒸发薄膜被估算在2-4KWm-2k-1。
因此,测定的总传热系数将和蒸发作用方面薄膜系数相近。
在这些情况下,逐滴冷凝式与众不同的,但是蒸发器是专门为这一目的制造的。
蒸发器的外侧一直有油膜的存在,这可以促进逐滴冷凝的进行。
温差的影响通过观察,总传热系数随着温差的减小而又确切的增加. 图2展示的就是水和10%的糖溶液的总传热系数相对与温差的典型曲线。
在商业蒸发器试验中发现了同样的趋势。
Angeletti and Moresi认为对于降膜蒸发器来说有两种蒸发机制,一个是在液体蒸汽接口直接蒸发,另一个是在加热管壁形成水泡。
Chun 和 Seban发现,在大气压下,需加热超过37.8℃才能在水中形成气泡。
Angeletti 和 Moresi指出,当总温差低于10℃时,液体蒸汽界面蒸发机制恰好流行。
图2显示了在3-8℃范围内,总传热系数迅速减少,然后逐渐缓慢。
由此得出的结果表明,气泡的形成也许主要在5℃左右。
气泡的形成在很大程度上增加了薄膜的厚度,因为它减小了液体蒸汽接口的传热速率。
液体蒸汽界面接口的影响将会迅速减小直到气泡形成主效应。
在这种状况下,随着温差的增加,传热系数将会慢慢减小。
气泡的形成主要取决于表面的状态和可以作为原子核的其它微粒的存在。
在现行使用的蒸发器中,这台蒸发器的加热管为标准型号。
因此,这台蒸发器也许可以适应于以水和其它纯净液体为进料的商业蒸发器中。
然而,牛奶在其表面层包含0.5到2um的脂肪球,并且可以达到10um,这些可以作为形成气泡的原子核。
Bouman等发现在温差为0.5℃d牛奶中和温差为5℃的水中,有核煮沸将会发生。
后面的图与我们的结果是一致的。
图2:对于水和10%的糖溶液,温差对其总传热系数的影响。
蒸发温度:90℃,进料流速:0.0167kg s-1加热管长:2m蒸发温度的影响图3显示的是被测的蒸发温度对总传热系数的影响的典型例子。
图3:水和10糖溶液对应的蒸发温度对其总传热系数的影响曲线温差:8K 进料流速:0.0167kg s-1加热管长2m这些直线是由方程式3画出的回归线,展示的这些点的误差线是由回归分析估算出来的,对于水和糖溶液来说基本趋势是一致的,其传热系数随着温度的增加而增加。
但是糖溶液的增长速率比水快,其原因也许是因为糖溶液具有更高的粘度。
随着温度的增加,雷诺数也增加,其结果导致粘度的减小。
对于糖溶液来说,其粘度减小的程度稍大于水。
两者的粘度已经依据Perry的数据用Campanella公式计算出来了,并且相对总传热系数做了描述,其结果如图4所示。
两液体线的不同倾斜程度表明,虽然粘度对传热系数有着很大影响,但是也还存在着其它因素。
普朗特数的变化不仅仅是由于粘度的影响。
普朗特数通过使用来自Honig的糖溶液的热导率和热容量的数据计算出的。
通过使用QUATTRO5.0程序,总传热系数随着粘度和普朗特数的回归得到一个关系:U = 4.075* * *- 5.466* * * l 2 - 1.796*Pr + 1.613*Pr2(R2 = 99.31%, df = 6) (3)如果用雷诺数代替粘度关系式变为:U = - 3.661 - 0.130Pr + 6.033 X10-3Re - 1.364X10-6Re2(R2 =99.24%, df = 6) (4)使用在方程式3和4的数据的标准残留误差计算出来,其中任何一个误差绝不会超过1.4。
在这些方程式中,粘度和普朗特数作为次阶关系出现,它表明随着年度的增加,普朗特数将会减小,它们的影响较小。
在低粘度条件下,薄膜状态将不稳定,并且粘度的改变不会对其不会有太大影响。
而在较高的粘度条件下,流动状态将会呈现波浪层流或波浪形,并且粘度对其有着重大影响。
在温度范围的研究中,普朗特数伴随温度增加而减小,结果导致了粘度的减小和导电性的增加。
尽管方程式2中,在温度范围内,总传热系数随着普朗特数增加而增加,但是和预期的一样,在较高温度下,较低的普朗特数将会使总传热系数增加。
图4:水和10糖溶液对应的雷诺数和普朗特数对于总传热系数的影响曲线温差:8K 进料流速:0.0167kg s-1加热管长2m 如果在较高的液体粘度下,蒸汽动量对传热系数有更大的影响,然后粘度随着温度改变较大,糖溶液对传热系数具有更大的影响。
随着传热系数的增加,蒸发将会增加,从而导致蒸发动量的增加,进一步增加传热系数。
因此,如图3所示,糖溶液的传热系数-蒸发温度线的倾斜率更大。
可是,在本次试验中,蒸汽动量的影响是很小的。
加热管长度的影响图5显示了总传热系数随着加热管长度的增加而减小。
这也许是因为入口作用。
进料在进料管上通过一条狭窄通道,并且在较高速度下喷洒在加热管上。
入口的薄膜流动体制将会紊乱,过了一段距离,液体薄膜将会得到较低的但是很稳定的雷诺数。
在入口长度上的传热系数必须较高。
因此,在短管中,入口长度的影响相较于长管更大。
不同的商业蒸发器中,在加热管上部的液体分布机制是不同的。
应用在商业蒸发器中的分布板的目的是为了液体滴在加热管之间的平板上,然后液体在加热管内部流动。
因此,这里报道的结果表明,应用在商业蒸发器中的分布体制可以通过引进不同的分布者来改进。
图5:水和糖溶液对应的加热管长队对于总传热系数的影响曲线蒸发温度:70℃,温差:8K 进料流速:0.0167kg s-1在商业尝试中,蒸发动量对传热系数有着积极的作用,但是对于中型的蒸发器,它的作用时很小的(和商业蒸发器中4kgmm-1s-1的动量相比,其最大值为0.1 kgmm-1s-1。
因此,没有证据表明在这样的蒸发器中,动力对传热系数有贡献。
雷诺数的影响图6展示了由于雷诺数的增加,传热系数随之增加的趋势。
在这个实验中,雷诺数通过两个变量来改变:排放密度和粘度。
利用图7的数据通过使用QUATTRO5.0程序得到下列方程:U =2.583 + 0.00153* * *Re - 3.43* * *X 10-7Re2- 2.444* * *P r(R2 = 95.92%, df = 4) (5)这个方程显示,在较低值时,雷诺数非常重要。