Procesele tehnologice de schimb de căldură sunt utilizate pe scară largă în diverse industrii pentru a crea condițiile necesare pentru prelucrarea sau modificarea stării de temperatură a echipamentelor, precum și a semifabricatelor de producție. La întreprinderile în care sarcinile sunt stabilite pentru a schimba caracteristicile mediilor lichide, căldura poate fi folosită ca mijloc de menținere a fierberii. Tehnic, probleme similare sunt rezolvate cu ajutorul evaporatoarelor prevăzute cu un set special de componente funcționale pentru organizarea procesului de schimb de căldură.
Care este procesul de evaporare?
În sectorul industrial, evaporarea este considerată o metodă de concentrare a soluțiilor lichide, care au la bază substanțe slab volatile sau nevolatile dizolvate în amestecuri active volatile. Acest proces este realizat ca urmareevaporarea solventului în timpul fierberii. Această procedură este supusă cel mai adesea alcaliilor, sărurilor, precum și lichidelor cu punct de fierbere ridicat. Dar, în fiecare caz, sarcina principală a procesului este de a obține un solvent pur sau substanțe individuale într-un grad ridicat de concentrație. Dacă vorbim de purificarea țintită a unei componente specifice a soluției, atunci procesul de evaporare poate fi completat de o operație de cristalizare, în care este posibilă formarea substanței țintă în formă solidă.
Din punct de vedere tehnologic, evaporarea este o combinație a unui număr de operațiuni de schimb de căldură. Complexitatea organizării tehnice a acestui proces necesită utilizarea unor echipamente speciale. In aceasta capacitate se foloseste un evaporator in vid cu un design optimizat, conceput pentru a efectua principalele procese de evaporare, precum si operatii auxiliare. Este important de reținut că evaporarea implică utilizarea unor medii agresive - lichide fierbinți, gaze, vapori de apă etc. La aceasta se adaugă fondul nefavorabil al substanțelor țintă chimic active. Aceștia și alți factori de impact tehnologic nefavorabil necesită utilizarea unor materiale speciale pentru asamblarea evaporatoarelor, ceea ce mărește proprietățile de protecție ale structurilor.
Dispozitiv de bază al evaporatorului
Majoritatea evaporatoarelor industriale moderne folosesc un sistem multicomponent bazat pe un schimbător de căldură cu un condensator și o cameră de evaporare. Pentru optimizarea procesului și concentrarea mai eficientă a soluțiilor, prezențaseparatorul este o unitate care este conectată într-o ordine separată prin conducta de gaz și organizează eliminarea aburului secundar. Se folosesc mai frecvent separatoarele de tip extern, care funcționează în condiții de forță centrifugă. Ce este fundamental diferit de evaporator cu vid? Crearea unui vid vă permite să obțineți efectul de evaporare moale. Acest lucru oferă două puncte pozitive - accelerarea procesului de evaporare (soluția deservită petrece mai puțin timp în cameră) și o creștere a calității substanței concentrate. Produsele de ieșire pot fi utilizate în alte operațiuni tehnologice la aceeași întreprindere de prelucrare țintă. Pentru a face acest lucru, ei organizează conectarea modulelor individuale cu debitele de ieșire, datorită cărora nu se efectuează numai îndepărtarea amestecurilor de gaze în exces, ci și reglarea debitului este asigurată cu parametrii necesari de livrare în ceea ce privește forța de presiune și mișcare. viteză. În plus, multe evaporatoare pot fi asociate opțional cu unități de pretratare sau de diluare a deșeurilor pentru a îndeplini cerințele proceselor în care același gaz poate fi reutilizat.
Aparatură cu circulație forțată
Designul se bazează pe un schimbător de căldură cu carcasă și tuburi vertical sau orizontal, cu o cameră de încălzire și un separator concentric. Procesul de lucru este susținut de o stație de pompare de circulație și un vas de fulger. De obicei, procesul forțat de mișcare a amestecurilor de lucru este implementat în evaporatoare cu două carcase cuschema de circulatie in contracurent. Ca parte a unor astfel de dispozitive, există și un dispozitiv pentru distilare și purificare cu abur din compuși organici și sări. Capacitatea medie a evaporatorului cu circulație forțată este de aproximativ 9000 kg/h, iar raportul de concentrație ajunge la 65%.
În timpul funcționării unei astfel de unități, lichidul circulă de-a lungul contururilor camerei de încălzire datorită forței furnizate de pompă. În cameră, temperatura lichidului este adusă la punctul de fierbere, după care presiunea din blocul separator este redusă brusc. Din acest moment începe procesul de evaporare activă a unei părți din lichid. Care sunt beneficiile utilizării acestui tip de unitate? Aceasta este soluția cea mai eficientă atunci când se manipulează amestecuri vâscoase și contaminate problematice. De exemplu, pentru evaporarea soluțiilor saline, această opțiune este mai potrivită decât evaporatoarele cu un singur efect, care pot prezenta o rată de circulație mai mare, dar puterea lor nu va fi suficientă pentru a asigura nici măcar un nivel mediu de productivitate. Apropo, evaporatoarele moderne cu circulație forțată efectuează operațiuni de fierbere și evaporare nu pe pereții de încălzire din camera principală, ci în separator, astfel încât contaminarea unității principale de lucru este redusă la minimum.
Evaporatoare cu schimbător de căldură cu plăci
Caracteristica de proiectare a unor astfel de instalații este prezența plăcilor speciale, datorită cărora mediul de lucru este direcționat prin camera de încălzire de-a lungul canalelor alternative. Pentru etanșarea plăcilor, se folosesc garnituri speciale - sunt și eleîndeplinește funcția de izolare termică, care crește eficiența transferului de căldură.
De regulă, acestea sunt evaporatoare multiefect cu o capacitate de aproximativ 15 t/h. Fluxurile de încălzire ale apei și produsul țintă se deplasează în contracurent de-a lungul canalelor lor, eliberând o parte din energie. Forța pentru mișcarea mediilor este generată de aceeași pompă de circulație, cu toate acestea, designul plăcilor este conceput pentru a susține efectul turbulenței în circuit, ceea ce reduce potențialul de putere necesar pentru a sprijini transferul produsului și al lichidului de răcire. Ca rezultat al schimbului de căldură activ, mediul de lucru fierbe, după care se formează abur. Produsele lichide reziduale sunt tăiate în blocul separator din cauza forței centrifuge.
Acesta este unul dintre puținele cazuri când vine vorba de un evaporator universal în ceea ce privește capacitatea de a lucra cu medii tehnologice diferite. În special, principiul de funcționare al unei instalații de evaporare cu un schimbător de căldură cu plăci permite utilizarea aburului-gaz și a mediilor apoase. În același timp, se asigură o calitate ridicată a concentrației, deoarece evaporarea se realizează uniform într-un mod blând într-o singură trecere. Designul în sine este optimizat la maximum ca dimensiune, ceea ce facilitează instalarea și măsurile tehnice. Deci, înălțimea spațiului de instalare cu toate conductele de comunicații și de conectare pentru un astfel de dispozitiv este de 3-4 m.
Evaporatoare cu circulație naturală cu trei efecte
Din punct de vedere structural, astfel de dispozitive se disting prin prezența unui scurtcircuitschimbător de căldură amplasat vertical și amplasarea superioară a separatorului. Fluidul de lucru este furnizat de jos, după care se ridică prin conductele de încălzire prin cameră. Este implementat principiul unui film ascendent sau al liftului cu gaz. Dacă în câmpurile de petrol și gaze, gazul asociat efectuează produsul, atunci în cazul unui evaporator cu trei vase, vaporii fierbinți ridică lichidul de-a lungul circuitelor tubulare. Întregul proces are loc pe fundalul fierberii. Lichidul separat de vapori este efectuat prin conducta de retur la schimbătorul de căldură, după care este trimis din nou la separator pentru următoarea sesiune de separare. Acest proces se repetă de mai multe ori până când se atinge nivelul de concentrație dorit.
Viteza de evaporare în acest caz este determinată de diferența de temperatură din camera de încălzire și unitatea de fierbere. Ambii indicatoare pot fi reglate prin control automat. Circulatia naturala in evaporatorul cu vid permite o capacitate specifica mare cu o pornire rapida. Dar nu ar trebui să se bazeze pe menținerea soluțiilor care conțin compuși complecși sau instabili termic. Acesta este un echipament foarte specializat, al cărui calcul se face pentru industria chimică și alimentară, unde este necesar să se efectueze operații de separare a punctelor cu o sarcină de capacitate mică. De exemplu, evaporatoarele de glicerină asigură o viteză de procesare de 3600 kg/h.
Cum funcționează un condensator barometric
Varietateschimbătoare de căldură de amestecare, care nu realizează separarea de suprafață a mediilor de lucru în procesul de preaplin, dar permit amestecarea acestora. Cu alte cuvinte, în momentul încălzirii, soluția concentrată condiționată poate intra în contact cu mediul fierbinte al procesului reprezentat de abur sau apă. Condensatorul barometric în sine face parte dintr-o instalație complexă de evaporare, care realizează procesele de amestecare a apei de răcire și a aburului secundar. Deoarece volumele condensului nou format sunt mai mici decât volumul de abur, are loc un vid natural. Pentru a-l menține, este necesar să eliminați aerul atmosferic din condensator, care este trimis acolo împreună cu fluxurile de lichid de răcire. În unele modele, aerul poate pătrunde și prin defecte în carcasa condensatorului. Ieșirea amestecurilor amestecate din condensator se realizează printr-un tub barometric. Este preimersat în lichid și formează o etanșare hidraulică care împiedică trecerea aerului în condensator.
Principiul de funcționare al aparatului capacitiv
Un tip special de echipament pentru procesele tehnologice de evaporare. Principala diferență între unitățile capacitive în ceea ce privește principiul de funcționare este suportul modului de circulație liberă, care se realizează datorită configurației interne a locației circuitelor în sistemul de schimb de căldură. Infrastructura rețelei de schimb de căldură este formată din fascicule de tuburi, serpentine și alte elemente care creează condiții pentru o mai multe etape și în multe privințeproces dificil de transfer de energie termică. Apropo, evaporatoarele capacitive practic nu sunt utilizate în lucrul cu soluții vâscoase, sensibile la căldură și cristalizante tocmai din cauza circulației libere, dar lente a fluxurilor. În plus, coeficienții de transfer de căldură din acest sistem sunt mici, ceea ce afectează negativ performanța generală de evaporare. Cum se justifică dispozitivele capacitive? Sunt utilizate cu succes în industriile cu tonaj mic, unde coeficientul de transfer de căldură nu este atât de semnificativ cu volumele de producție. Dispunerea internă a evaporatoarelor capacitive, cu toate neajunsurile sale, deschide o mulțime de oportunități de organizare a circulației dirijate, ceea ce este foarte important în întreprinderile cu mobilitate structurală redusă la conectarea canalelor de comunicare.
Calcul evaporator
În proiectarea unui evaporator integrat, se fac calcule individuale pentru fiecare componentă, deoarece caracteristicile procesului de producție se pot schimba la fiecare etapă. De regulă, următoarele sunt folosite ca date inițiale:
- presiunea aproximativă a aburului;
- căldură de concentrare;
- proprietăți ale soluției inițiale;
- nivel de pierdere de căldură;
- coeficient de transfer termic;
- parametri de proiectare care sunt deja setați și nu pot fi modificați.
Pentru instalațiile de evaporare cu trei efecte, calculul cu datele inițiale menționate mai sus poate fi efectuat folosind mai mulți parametri simultan, inclusiv puterea pompei de circulație, volumul camerei de încălzire,cantitatea maximă de lichid deservit etc. Cele mai importante sarcini de proiectare includ calculul de proiectare a aceluiași condensator barometric, separator și determinarea caracteristicilor elementelor de conducte. În special, intensitatea evaporării în sistemele cu evaporare continuă va depinde de diametrele duzelor și de lungimea țevilor de tranziție.
Cerințe privind fluxul de lucru
Indicatorii calculați pentru organizarea procesului de evaporare pot să nu dea efectul scontat dacă nu sunt îndeplinite cerințele pentru mediul extern. Multe vor depinde de condițiile din interiorul încăperii în care este utilizat echipamentul. Conform cerințelor, evaporatoarele cu trecere unică pot fi utilizate numai în încăperi cu o suprafață de cel puțin 4,5 m2 și o înălțime de 3,2 m. ca un coș de fum. Nu va fi de prisos să oferiți o hotă reglabilă cu o poartă și o setare de tracțiune.
Sistemul de ventilație este proiectat conform unor reguli speciale. Ar trebui să includă canale de intrare și sisteme de evacuare cu conexiune directă cu zonele în care se realizează direct procesul de evaporare. Este evident că un sistem complex de ventilație care funcționează într-un mod obișnuit în două direcții va necesita un suport serios de putere. Dar, în același timp, zgomotul emis de canale și echipamentele de operare nu trebuie să depășească 75 dB. Și asta ca să nu mai vorbim de respectarea cerințelor de incendiu șisiguranta electrica. Dacă evaporatorul funcționează în mod regulat cu amestecuri de gaze, atunci trebuie organizat un sistem special de degazare a aerului. Poate face parte dintr-un singur complex de comunicații cu schimb de căldură, care va permite, în unele aspecte operaționale, să completeze funcțiile ambelor sisteme.
Concluzie
Operațiunile de evaporare și concentrare au fost de multă vreme folosite în industrii atât ca procese tehnologice principale, cât și ca procese tehnologice secundare. În cele mai multe cazuri, materialele sunt pregătite în acest mod pentru etapele ulterioare de fabricație a produselor sau pregătirea mijloacelor tehnice. Evaporatoarele și instalațiile cu vid pot fi puse printre cele mai productive instrumente pentru rezolvarea unor astfel de probleme. Indicatorii de în altă performanță sunt explicați prin prezența funcției unui evaporator cu circulație care funcționează de la o sursă de alimentare externă sub forma unei stații de pompare. Există diferite combinații ale interacțiunii grupului de circulație cu camera de încălzire și separatorul, dar, în principiu, sistemele multicomponente de acest tip asigură cea mai mare performanță a operațiunii tehnologice, atât din punct de vedere al calității concentrației produsului, cât și al dinamicii procesul de evaporare.
