مقاله در مورد تبخير کننده ها

 nx دارای 16 صفحه می باشد و دارای تنظیمات در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است فایل ورد nx  کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه  و مراکز دولتی می باشد. این پروژه توسط مرکز nx2 آماده و تنظیم شده است توجه : در صورت  مشاهده  بهم ريختگي احتمالي در متون زير ،دليل ان کپي کردن اين مطالب از داخل فایل ورد مي باشد و در فايل اصلي nx،به هيچ وجه بهم ريختگي وجود ندارد بخشی از متن nx : تبخیر کننده هااهمیت تبخیركننده ها در صنایع گوناگون برای كسانی كه با آنها سروكار دارند پوشیده نیست، مخصوصا در پالایشگاه های نفت و گاز برای استفاده از آب های نامرغوب و جلوگیری از ورود آنها به محیط زیست، آنها را بازیافت می كنند و به صورت آب مقطر یا آب های سرویس در می آورند كه آب های سرویس برای شستشو استفاده می شود، اما آب مقطر می تواند استفاده های گوناگون داشته باشد كه از جمله می تواند در دیگ های بخار برای تهیه بخار استفاده شود، لذا برای تهیه آب مقطر روش های گوناگونی وجود دارد كه یكی از آنها روش تبخیر است كه در تبخیركننده های چند مرحله ای صورت می گیرد. در این جا خواص مایع تبخیر شونده و انواع تبخیركننده ها و مشكلات حاكم بر آنها شرح داده می شود. • تبخیرتبخیر یا غلیظ كردن یك محلول، شامل یك ماده حل شونده غیرفرار و یك حلال فرار است. در اكثریت تبخیرها، حلال ما، آب است. در تبخیر، بخشی از حلال، بخار می شود و یك محلول غلیظ تولید می شود. تبخیر كردن با خشك كردن فرق می كند، زیرا در تبخیر كردن، آن چه باقی می ماند مایع است (بعضی اوقات مایعی با لزجی سطح بالا) نه یك جامد. همین طور تبخیر با تقطیر نیز فرق دارد، زیرا در تبخیر معمولا بخار آب، خالص است و حتی هنگامی كه بخار آب مخلوط است، هیچ كوششی در مرحله تبخیر برای جداسازی بخار آب در قسمت های مختلف صورت نمی گیرد. تبخیر با بلورسازی نیز تفاوت دارد، زیرا در تبخیر تأكید برغلیظ كردن محلول است نه برشكل دادن و ساختن بلورها در وضعیت معین، مثلا در تبخیر آب نمك برای تولید نمك معمولی، خط بین تبخیر و بلورسازی خیلی دور از نوك تیز بودن است.معمولا، در تبخیر، مایع غلیظ، محصول با ارزشی است و بخار آب بعد از چگال شدن دور ریخته می شود، اما در یك وضعیت ویژه، عكس این مطلب صادق است.آب حاوی مواد معدنی اغلب برای مصرف در بویلرها، فرایندهای ویژه و مصرف انسان، تبخیر می شود و محصول عاری از مواد جامد است. این روش اغلب، تقطیر آب نامیده می شود، اما از دید فنی، تبخیر می باشد. فرآیندهای تبخیر در مقیاس بزرگ توسعه یافته است و برای تهیه آب شیرین از آب دریا به كار می رود. فقط مقدار كمی از كل آب تغذیه بازیافت و شیرین می شود و باقی مانده به دریا برمی گردد. • خواص ویژه ی مایعمشكل اساسی تبخیر، كاملا به وسیله خاصیت مایعی كه باید غلیظ شود، تحت تأثیر قرار می گیرد. تغییرات وسیعی در خواص مایع وجود دارد (كه تشخیص و تجربه را در طراحی و عملیاتی كردن تبخیركننده ها طلب می كند) كه این عملیات را از انتقال حرارت ساده به یك هنر مجزا مبدل می كند. بعضی از مهمترین خواص مایع در حال تبخیر به شرح زیر است:1- غلظت: مایع رقیق ورودی به تبخیركننده، ممكن است به اندازه كافی رقیق باشد، اما هم چنان كه غلظت افزایش می یابد، محلول بیشتر و بیشتر حالت خاص به خود می گیرد. چگالی و لزجی با حجم مواد جامد افزایش می یابد تا این كه محلول اشباع شود یا این كه به خاطر خود مایع، انتقال حرارتی صورت نگیرد. با جوش دادن بیشتر مایع اشباع شده، كریستال تشكیل می شود كه باعث انسداد لوله ها می شود. 2-كف كردن: بعضی مواد مخصوصا مواد آلی، در مدت تبخیر، كف تشكیل می دهند. كف پایدار، با بخار آب خروجی بیرون می رود و باعث كاهش بخار خروجی می شود. در بسیاری از حالت كل مایع، ممكن است در جوش زیاد به همراه بخار آب خارج شود. 3- حساسیت دما: بعضی از مواد شیمیایی ظریف، محصولات دارویی و غذاها، در حین حرارت دیدن متوسط در زمان نسبتا كوتاه، صدمه می بینند. در تغلیظ چنین موادی، تكنیك های ویژه ای هم برای كاهش دمای مایع و هم برای مدت حرارت دادن، لازم است. 4- جرم: بعضی محلول ها روی سطح حرارتی، جرم تشكیل می دهند كه باعث كاهش شدید ضریب انتقال حرارت می شود. در چنین حالتی باید تبخیر كننده را از كار انداخت و جرم ها را از بین برد. 5- مواد ساختمانی تبخیركننده: معمولا از بعضی انواع فولاد ساخته می شوند، اما بعضی از محلول ها، فلزات آهنی را مورد حمله قرار می دهند یا آنها را آلوده می كنند. بعضی مواد گران قیمت ممكن است در ساختمان تبخیر كننده برای جلوگیری از خوردگی به كار رود كه باید نرخ انتقال حرارت بالایی داشته باشند تا گرانی را توجیه كند. بعضی خواص مایع هم باید توسط طراح درنظر گرفته شود، مثل: حرارت ویژه، حرارت غلظت، نقطه انجماد، سمی بودن، خطرات انفجار، رادیو اكتیویته و عملیات استریل. • عملیات یك مرحله ای و چند مرحله ایبیشتر تبخیركننده ها به وسیله بخار چگال شونده برروی لوله های فلزی، حرارت داده می شوند. تقریبا همیشه موادی كه تبخیر می شوند، درون لوله ها جریان دارند. معمولا بخار، در فشار پایین یعنی زیر atm 3می باشد. مایع جوشنده نیز در خلأیی زیر خلأ متوسط، تا حدود Kpa 5می باشد. كاهش دمای جوش مایع، اختلاف دما بین بخار و مایع جوشنده را افزایش می دهد كه موجب افزایش نرخ انتقال حرارت در تبخیر كننده می شود. در تبخیر كننده های یك مرحله ای، بخار به صورت غیر مؤثر استفاده می شود (كارایی پایین). در تبخیر كننده یك مرحله ای برای تبخیر یك پوند آب حدود یك تا یك و سه دهم پوند ( lb1.3 – 1) بخار مصرف می شود.در تبخیر كننده دو مرحله ای، بخار آب تولید شده با بخار ورودی به سیستم، تركیب می شود و در مرحله دوم مورد استفاده قرار می گیرد. در این مرحله بخار آب تولید شده به وسیله واحد جرم بخار ورودی به سیستم تقریبا دوبرابر است. به طوركلی، روش عمومی افزایش تبخیر در واحد جرم بخار ورودی به سیستم، با استفاده از سری های تبخیركننده ها، بین منبع بخار و چگالنده، تبخیر چند مرحله ای نامیده می شود. • انواع تبخیركننده ها 1-تبخیركننده های عمودی با لوله دراز• جریان صعودی:Climbing film))• جریان نزولی:(Falling film)• چرخش وادار شده:(Forced circulation)2-تبخیركننده های مغشوش(Agitated-film) • تبخیركننده های یك بار گذر و تبخیركننده های چرخشیدر تبخیركننده های یك بار گذر، مایع تغذیه فقط یك بار از میان لوله ها عبور می كند، بخارهایش را آزاد می كند و به صورت مایع غلیظ از واحد بیرون می رود. همه تبخیر در یك بار گذر از لوله ها، انجام می شود. نسبت تبخیر به تغذیه (خوراك ورودی) در واحد یك بار گذر محدود است. بنابراین، این تبخیركننده ها خیلی خوب با عملیات چند مرحله ای سازگار هستند، طوری كه كل مقدار غلظت، می تواند روی چند مرحله پخش شود. تبخیر كننده های مغشوش همیشه به صورت یك بار گذری كار می كنند، تبخیركننده های صعودی و نزولی نیز می توانند به این روش به كار گرفته شوند.تبخیركننده های یك بار گذر، مخصوصا برای مواد حساس به حرارت مفید هستند.در خلأ خیلی بالا، دمای مایع می تواند پایین نگه داشته شود. با یك بار عبور سریع از میان لوله ها، مایع غلیظ در زمانی كوتاه در دمای تبخیر است و به محض این كه تبخیر كننده را ترك كرد می تواند سریعا سرد شود. در تبخیر كننده های چرخشی یك حوض مایع درون تجهیزات است. خوراك ورودی با مایع درون حوض مخلوط می شود و هر دو از لوله ها عبور می كنند. مایع تبخیر نشده از لوله ها تخلیه می شود و به حوض برمی گردد. به طوری كه فقط بخشی از كل تبخیر در یك گذر رخ می دهد. همه تبخیركننده های چرخشی وادار شده، از این نوع هستند. تبخیركننده های جریان بالا نیز معمولا از این نوع هستند. مایع غلیظ شده، از حوض بیرون كشیده می شود، در غیر این صورت به علت بالابودن غلظت، چگالی، لزجی و نقطه ی جوش، ضریب انتقال حرارت كاهش می یابد. این نوع تبخیركننده ها، برای غلیظ كردن مایعات حساس به دما، مناسب نیستند. اگر چه با بالا بردن خلاء، دمای كل مایع پایین می آید و در ظاهر این دما برای این نوع مواد غیرمخرب است، اما به دلیل تماس مكرر مایع با لوله های داغ، مقداری از مایع به دمای خیلی بالایی می رسد كه مطلوب نیست. اگر چه زمان متوسط ماندگاری مایع در ناحیه حرارتی ممكن است كوتاه باشد، ولی بخشی از مایع برای زمان قابل ملاحظه ای در تبخیر كننده باقی می ماند كه همین زمان حتی برای مقدار كمی از مواد حساس به حرارت، مثل غذاها، باعث فساد كل محصول می شود. اما تبخیركننده های چرخشی می توانند در دامنه وسیعی از غلظت، بین خوراك ورودی و مایع غلیظ، در یك واحد یك مرحله ای عمل كنند و خیلی خوب با تبخیر یك مرحله ای سازگار می شوند. آنها می توانند یا با چرخش طبیعی كه جریان درون لوله ها به وسیله اختلاف چگالی تأمین می شود، كار كنند یا می توانند با چرخش وادار شده كه جریان درون لوله به وسیله پمپ تأمین می شود، كار كنند. • تبخیركننده های لوله بلند با جریان صعودی قطعات اصلی این نوع تبخیركننده شامل: 1 – مبدل حرارتی لوله ای كه بخار در پوسته و مایع غلیظ شونده در لوله است2 – یك جداكننده برای گرفتن مایعات همراه بخار آب3- در صورت چرخشی بودن واحد، یك لوله، برای برگشت مایع جدا شده از بخار به انتهای مبدل حرارتی كه این لوله بین جدا كننده و مبدل حرارتی وصل می باشد. ورودی های آن بخار و مایع خروجی های آن، بخار آب، مایع غلیظ، بخارچگال شده و گازهای غیرقابل چگال از بخار، لوله ها به قطر2 و1اینچ و طول 32-12فوت هستند. در اثر جوشیدن، بخار آب و مایع به طرف بالا حركت می كنند و مایع جدا شده در اثر نیروی ثقل به انتهای لوله ها باز می گردد. خوراك ورودی رقیق و مایعات گرفته شده در جدا كننده، وارد سیستم می شود. در فاصله كوتاهی از زمان، خوراك ورودی، از لوله بالا می روند و از بخار كه در بیرون لوله ها است حرارت دریافت می دارد. هم چنان كه مایع می جوشد، حباب هایی درون آن شكل می گیرد كه باعث افزایش سرعت خطی و نرخ انتقال حرارت می شوند. نزدیك بالای لوله ها، حباب ها با سرعت رشد می كنند. در این ناحیه، حباب های بخار آب به همراه تفاله های مایع، خیلی سریع درون لوله ها بالا می روند و با سرعت زیاد از بالا خارج می شوند. از لوله ها مخلوط مایع و بخار آب، وارد جدا كننده می شوند. قطر جدا كننده از مبدل حرارتی بیشتر است و همین باعث افت شدید سرعت خطی می شود. به عنوان كمك بیشتر در حذف قطرات مایع، بخار آب به مانع برخورد می كند و پیش از ترك جدا كننده، از اطراف مجموعه ای از تیغه ها عبور می كند. این نوع تبخیر كننده ها، مخصوصا برای غلیظ كردن مایعاتی كه تمایل به كف كردن دارند مؤثر است. هنگامی كه مخلوط مایع و بخار آب با سرعت خیلی بالا، به تیغه ها برخورد می كنند، كف ها شكسته می شوند. • تبخیركننده های نزولیغلیظ كردن مواد خیلی حساس به حرارت مانند آب پرتقال كمترین زمان حرارت دهی را لازم دارد.این كار می تواند در تبخیركننده های یك بار گذر، جریان نزولی انجام شود كه در آن مایع از بالا وارد می شود، در درون لوله های داغ به عنوان یك ورقه نازك(Film) جریان می یابد و از انتها بیرون می رود. لوله ها حدود10-2اینچ قطر دارند. بخار آب تولید شده از مایع، معمولا همراه مایع به سمت پایین هدایت می شود و از ته واحد، بیرون می رود. ظاهر این تبخیركننده ها مشابه مبدل حرارتی دراز، عمودی و لوله ای می باشد كه دارای جدا كننده ی بخار آب و مایع در پایین و توزیع كننده مایع در بالا می باشد. مسأله مهم در این نوع تبخیركننده ها، توزیع یكنواخت مایع، درون لوله ها به صورت ورقه نازك یكنواخت است. این كار به وسیله مجموعه ای از صفحات فلزی سوراخ دار كه به طور یكنواخت در هر لوله جریان دارد یا به وسیله توزیع كننده ی پروانه ای دارای بازوهای شعاعی كه به وسیله آن خوراك ورودی با نرخ یكنواخت روی سطح داخلی هر لوله پاشیده می شود. یك روش دیگر، استفاده از یك نازل افشانه ای مخصوص در داخل هر لوله است. چنانچه گردش مجدد مجاز باشد و به مایع خسارتی وارد نیاورد، می توان مایع را با ملایمت به بالای لوله ها هدایت كرد. این عمل باعث می شود تا حجم بیشتری از جریان نسبت به حالت یك بار گذر، درون لوله ها جریان یابد. برای انتقال حرارت خوب، عدد رینولدز، مربوط به ورقه نازك آبشاری باید در سراسر لوله بزرگتر از عدد 2000 باشد. همانطور كه مایع از بالای لوله به سمت پایین آن جریان می یابد، مقدار آن به طور پیوسته كاهش می یابد به طوری كه مقدار غلظتی كه می تواند در یك گذر (Single pass) انجام شود، محدود است. تبخیركننده های جریان نزولی، بدون گردش مجدد و زمان ماندگاری خیلی كم در لوله، محصولات حساسی را حمل می كنند كه به هیچ روش دیگری نمی توانند تغلیظ شوند. هم چنین آنها برای تغلیظ مایعات لزج خیلی خوب سازگار هستند. • تبخیركننده های با گردش وادار شده (Forced circulation evaporators) در تبخیركننده های با گردش طبیعی، مایع با سرعت ft/s 4-1 وارد لوله ها می شود. هم چنان كه بخار آب در لوله ها شكل می گیرد سرعت خطی تا اندازه ای افزایش می یابد به طوری كه نرخ انتقال حرارت در حد كلی رضایت بخش است.اما وقتی مایعات لزج در واحد گردش طبیعی در جریان باشد، ضریب كلی به طور غیراقتصادی پایین است. ضرایب بالاتر در تبخیركننده های گردش وادار شده، به دست می آید.در اینجا پمپ گریز از مركز، مایع را با سرعت ورودیft/s 18-6 به لوله ها پمپ می كند. لوله ها تحت ارتفاع استاتیكی كافی برای جلوگیری از جوشیدن مایع در لوله ها هستند. هم چنان كه ارتفاع استاتیكی در حین جریان مایع از گرم كننده تا فضای بخار آب كاهش می یابد، مایع، حرارت فوق العاده زیادی می بیند، (superheat) و به یك مخلوط بخار آب ارسال می شود و درست قبل از ورود به بدنه تبخیركننده، به خط خروجی مبدل حرارتی، افشانده می شود. مخلوط بخار آب و مایع به یك صفحه منعكس كننده در فضای بخار آب، برخورد می كند. مایع به ورودی پمپ برمی گردد و با خوراك ورودی مخلوط می شود، و بخار آب هم بالای بدنه تبخیر كننده را به سمت چگالنده یا مرحله بعدی، ترك می كند. بخشی از مایع هم كه جداكننده را ترك می كند به طور دائم بیرون كشیده می شود.در موارد دیگر از مبدل های عمودی یك بارگذر استفاده می شود. در هر دو نوع، انتقال حرارت مخصوصا هنگامی كه دارای مایعات رقیق باشند، بالا است، اما، بزرگترین بهبود در تبخیر گردش طبیعی زمانی است كه دارای مایع لزج باشند. برای مایعات رقیق، بهبود به وسیله گردش وادار شده، هزینه های افزوده شده پمپاژ را نسبت به گردش طبیعی توجیه نمی كند، اما برای مواد چسبنده، مخصوصا زمانی كه فلزات گران قیمت باید استفاده شوند، هزینه های افزون توجیه پذیرند. مثال این كار غلظت سود سوزآور است كه در تجهیزات نیكلی انجام می شود. در تبخیركننده های چند مرحله ای كه مایع غلیظ لزج تولید می كنند، ممكن است مراحل اولیه از نوع گردش طبیعی باشند و بقیه كه دارای مایع لزج تر هستند از نوع گردش وادار شده باشند. به علت سرعت بالا در تبخیر كننده های با گردش وادار شده، زمان قرارگیری مایعات درون لوله در برابر حرارت پایین است، (sec 3-1)، به طوری كه مایعات حساس به حرارت به خوبی در آنها تغلیظ می شوند. هم چنین در تبخیر مایعات نمكی یا آنهایی كه تمایل به ایجاد كف دارند، مؤثر است. • تبخیركننده های مغشوش Agitated-film) evaporators)مقاومت اصلی در برابر انتقال حرارت كلی از بخار به مایع در حال جوش در یك تبخیركننده، ناشی از جدار مایع است. برداشتن این مقاومت به هر طریق ممكن، باعث بهبودی قابل ملاحظه ای در ضریب انتقال حرارت می شود. در تبخیركننده های لوله ای دراز مخصوصا دارای گردش وادار شده، سرعت مایع بالاست. مایع تا حد زیادی مغشوش و نرخ انتقال حرارت بزرگ است. یكی از راه ها، استفاده از هم زن مكانیكی است. این، نوعی تبخیركننده ی جریان پایین اصلاحی است كه دارای لوله پوشش دار و حاوی هم زن داخلی است. خوراك ورودی از بالای بخش پوشش دار وارد می شود و به وسیله تیغه های عمودی یك هم زن، درون یك ورقه نازك بسیار مغشوش، پخش می شود. مایع غلیظ از انتهای بخش پوشش دار بیرون می رود و بخار آب تولیدی از ناحیه در حال تبخیر بالا می رود و درون جدا كننده ی بدون پوشش می ریزد كه از لوله های تبخیركننده گشادتر است. در جدا كننده، تیغه های هم زن، مایع ورودی همراه بخار آب را به سمت صفحات عمودی ساكن پرتاب می كند. قطرات، روی این صفحات به هم می پیوندند و به تبخیر كننده برمی گردند. بخار آب بدون مایع از بالای واحد و از میان خروجی ها بیرون می رود. مزیت عمده یك تبخیر كننده مغشوش، دادن نرخ بالای انتقال حرارت به مایعات لزج است. محصول ممكن است مایع لزجی به بزرگی p1000 در دمای تبخیر، داشته باشد. هم چنان كه ضریب كلی انتقال حرارت با افزایش لزج بودن در دیگر تبخیر كننده ها افت می كند، اما در این نوع، افت، كم است. برای مواد بسیار لزج، ضریب انتقال حرارت تا حد قابل ملاحظه ای در تبخیركننده های گردش وادار شده، بزرگتر است و در واحدهای گردش طبیعی، خیلی بزرگتر. تبخیركننده های نوع مغشوش، مخصوصا برای محصولات لزج حساس به حرارت نظیر ژلاتین، لاستیك، آنتی بیوتیك و آب میوه ها مؤثر است. از عیب هایش، قیمت (هزینه) بالا، قطعات متحرك داخلی، كه به نگه داری قابل توجهی نیاز دارند، و ظرفیت كم واحدهای انفرادی است كه خیلی زیر ظرفیت تبخیركننده های چند لوله ای است. • كارایی تبخیركننده های لوله ایمقیاس اصلی كارایی تبخیركننده های لوله ای گرم شونده به وسیله بخار، ظرفیت و مزیت اقتصادی است. ظرفیت به عنوان مقدار آب بخار شده برحسب پوند، در ساعت است. مزیت اقتصادی، مقدار بخار آب ایجاد شده برحسب پوند به یك پوند بخار تزریق شده به واحد است. در تبخیركننده های یك مرحله ای، عدد مزیت اقتصادی، تقریبا همیشه زیر یك است. اما در تجهیزات چند مرحله ای تا حدقابل ملاحظه ای بالا است. مقدار مصرف بخار برحسب پوند در ساعت نیز مهم است و مساوی است با ظرفیت تقسیم بر مزیت اقتصادی. • ظرفیت تبخیركنندهنرخ انتقال حرارت در سطوح حرارت دهنده ی تبخیركننده چنین است:U: ضریب انتقال حرارت A: مساحت سطح انتقال حرارتT: افت دمای كلی است. ادامه خواندن مقاله در مورد تبخير کننده ها

نوشته مقاله در مورد تبخير کننده ها اولین بار در دانلود رایگان پدیدار شد.