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直接接触传热的华尔网表冷器实际生产中,有时还应用直接接触传热的表冷器。它是将燃料(通常为煤气和油)与空气混合后,在浸于溶液中的燃烧室内燃烧,产生的高温火焰和烟气经燃烧室下部的喷嘴直接喷入被蒸发的溶液中。高温气体和溶液直接接触,同时进行传热使水分蒸发汽化,产生的水汽和废烟气一起由表冷器顶部排出。其燃烧室在溶液中的浸没深度一般为0.2~0.6m,出燃烧室的气体温度可达1000℃以上。因是直接触接传热,故它的传热效果很好,热利用率高。由于不需要固定的传热壁面,故结构简单,特别适用于易结晶、华尔网结垢和具有腐蚀性物料的蒸发。在废酸处理和硫酸铵溶液的蒸发中,它已得到广泛应用。但若蒸发的料液不允许被烟气所污染,则该类表冷器一般不适用。而且由于有大量烟气的存在,限制了二次蒸气的利用。此外喷嘴由于浸没在高温液体中,较易损坏。从上介绍可以看出,表冷器的结构型式很多,各有其优缺点和适用的场合。在选型时,首先要看它能否适应所蒸发物料的工艺特性,包括物料的粘性、华尔网热敏性、华尔网腐蚀性以及是否容易结晶或结垢等,然后再要求其结构简单、华尔网易于制造、华尔网金属消耗量少,维修方便、华尔网传热效果好等等。
华尔网表冷器的必要性基于热力学第二定律——根据热力学第二定律,封闭系统内部热能自发的流动方向是单向的,即只能从高热流向低热,在微观世界表现为承载热能的微观粒子只能由有序变成无序。所以,一个热机在有能量输入做功的同时,下游也必须有能量放出,这样上下游才会有热能差距,热能的流动才会成为可能,循环才会继续下去。所以,如果想让承载物重新做功,就必须先把没有完全释放的热能释放干净,这时候就需要用到表冷器。如果周围的热能比表冷器中的温度还要高的话,为了使得表冷器降温,就必须人为做功(一般来说是使用压缩机)。冷凝后的流体重新回归高有序、华尔网本地低热能的状态,可以重新做功。表冷器的选择包括形式和型号的选择,并确定流经表冷器的冷却水或空气的流量和阻力。表冷器型式的选择要考虑当地的水源、华尔网本地水温、华尔网本地气候条件,以及制冷系统总制冷量的大小和制冷机房的布置要求。在确定表冷器型式的前提下,根据冷凝负荷和表冷器单位面积的热负荷来计算表冷器的传热面积,以此来选定具体的表冷器的型号。
华尔网降膜式表冷器降膜式表冷器和升膜式表冷器的区别在于,料液是从表冷器的顶部加入,在重力作用下沿管壁成膜状下降,并在此过程中蒸发增浓,在其底部得到浓缩液。由于成膜机理不同于升膜式表冷器,故降膜式表冷器可以蒸发浓度较高、华尔网同城粘度较大(例如在0.05~0.45Ns/m2范围内)、华尔网同城热敏性的物料。但因液膜在管内分布不易均匀,传热系数比升膜式表冷器的较小,仍不适用易结晶或易结垢的物料。由于溶液在单程型表冷器中呈膜状流动,因而对流传热系数大为提高,使得溶液能在加热室中不再循环就达到要求的浓度,因此比循环型表冷器具有更大的优点。溶液不循环带来好处有:(1)溶液在表冷器中的停留时间很短,因而特别适用于热敏性物料的蒸发;(2)整个溶液的浓度,不象循环型那样总是接近于完成液的浓度,因而这种表冷器的有效温差较大。其主要缺点是:对进料负荷的波动相当敏感,当设计或操作不适当时不易成膜,此时,对流传热系数将明显下降。
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华尔网中央循环管式表冷器这种表冷器又称作标准式表冷器。它的加热室由垂直管束组成,中间有一根直径很大的中央循环管,其余管径较小的加热管称为沸腾管。由于中央循环管较大,其单位体积溶液占有的传热面,比沸腾管内单位溶液所占有的要小,即中央循环管和其它加热管内溶液受热程度不同,从而沸腾管内的汽液混合物的密度要比中央循环管中溶液的密度小,加之上升蒸汽的向上的抽吸作用,会使表冷器中的溶液形成由中央循环管下降、华尔网由沸腾管上升的循环流动。这种循环,主要是由溶液的密度差引起,故称为自然循环。这种作用有利于表冷器内的传热效果的提高。为了使溶液有良好的循环,中央循环管的截面积一般为其它加热管总截面积的40~100%;加热管高度一般为1~2m;加热管直径在25~75mm之间。这种表冷器由于结构紧凑、华尔网制造方便、华尔网传热较好及操作可靠等优点,应用十分广泛。但是由于结构上的限制,循环速度不大。加上溶液在加热室中不断循环,使其浓度始终接近完成液的浓度,因而溶液的沸点高,有效温度差就减小。这是循环式表冷器的共同缺点。此外,设备的清洗和维修也不够方便,所以这种表冷器难以完全满足生产的要求。