Tehnološki procesi za izmjenu topline imaju široku primjenu u raznim industrijama za stvaranje potrebnih uvjeta za obradu ili promjenu temperaturnog stanja opreme, kao i proizvodnih zaliha. U poduzećima u kojima se postavlja zadaća mijenjanja karakteristika tekućih medija, toplina se može koristiti kao sredstvo za održavanje ključanja. Tehnički se slični problemi rješavaju uz pomoć isparivača opremljenih posebnim skupom funkcionalnih komponenti za organizaciju procesa izmjene topline.
Kakav je proces isparavanja?
U industrijskom sektoru, isparavanje se smatra metodom koncentriranja tekućih otopina, koje se temelje na nisko hlapljivim ili nehlapljivim tvarima otopljenim u hlapljivim aktivnim smjesama. Taj se proces provodi kao rezultatisparavanje otapala tijekom vrenja. Ovaj postupak se najčešće podvrgava lužinama, solima, kao i tekućinama visokog ključanja. Ali u svakom slučaju, glavni zadatak procesa je dobiti čisto otapalo ili pojedinačne tvari u visokom stupnju koncentracije. Ako govorimo o ciljanom pročišćavanju određene komponente otopine, tada se proces isparavanja može nadopuniti operacijom kristalizacije, u kojoj je moguće formiranje ciljane tvari u čvrstom obliku.
S tehnološke točke gledišta, isparavanje je kombinacija niza operacija izmjene topline. Složenost tehničke organizacije ovog procesa zahtijeva korištenje posebne opreme. U tom svojstvu koristi se vakuumski isparivač optimiziranog dizajna, dizajniran za obavljanje glavnih procesa isparavanja, kao i pomoćnih operacija. Važno je imati na umu da isparavanje uključuje korištenje agresivnih medija - vrućih tekućina, plinova, vodene pare itd. Tome se pridodaje i nepovoljna pozadina od ciljanih kemijski aktivnih tvari. Ovi i drugi čimbenici nepovoljnog tehnološkog utjecaja zahtijevaju korištenje posebnih materijala za montažu isparivača, čime se povećavaju zaštitna svojstva konstrukcija.
Osnovni uređaj isparivača
Većina modernih industrijskih isparivača koristi višekomponentni sustav baziran na izmjenjivaču topline s kondenzatorom i komorom za isparavanje. Za optimizaciju procesa i učinkovitiju koncentraciju otopina, prisutnostseparator je jedinica koja je odvojenim redoslijedom povezana kroz plinski kanal i organizira uklanjanje sekundarne pare. Češće se koriste separatori vanjskog tipa, koji rade u uvjetima centrifugalne sile. Što je bitno drugačiji vakuumski isparivač? Stvaranje vakuuma omogućuje postizanje učinka mekog isparavanja. To osigurava dvije pozitivne točke - ubrzanje procesa isparavanja (servisirana otopina provodi manje vremena u komori) i povećanje kvalitete koncentrirane tvari. Izlazni proizvodi mogu se koristiti u drugim tehnološkim operacijama u istom ciljnom prerađivačkom poduzeću. Da bi to učinili, organiziraju spajanje pojedinačnih modula s izlaznim tokovima, zahvaljujući čemu se ne provodi samo uklanjanje viška mješavine plina, već se osigurava regulacija protoka s potrebnim parametrima isporuke u smislu sile pritiska i kretanja ubrzati. Štoviše, mnogi isparivači mogu se opcionalno upariti s jedinicama za prethodnu obradu ili razrjeđivanje otpada kako bi se zadovoljili zahtjevi procesa u kojima se isti plin može ponovno koristiti.
Aparat s prisilnom cirkulacijom
Dizajn se temelji na vertikalnom ili horizontalnom izmjenjivaču topline s školjkom i cijevi s komorom za grijanje i koncentričnim separatorom. Radni proces podržavaju cirkulacijska crpna stanica i fleš posuda. Obično se prisilni proces kretanja radnih smjesa provodi u isparivačima s dvostrukom ljuskom sprotustrujna shema cirkulacije. U sklopu takvih uređaja nalazi se i uređaj za destilaciju i pročišćavanje parom od organskih i solnih spojeva. Prosječni kapacitet isparivača s prisilnom cirkulacijom je oko 9000 kg/h, a omjer koncentracije doseže 65%.
Tijekom rada takve jedinice, tekućina cirkulira duž kontura komore za grijanje zbog sile koju daje pumpa. U komori se temperatura tekućine dovodi do točke vrenja, nakon čega se tlak u bloku separatora naglo smanjuje. Od ovog trenutka počinje proces aktivnog isparavanja dijela tekućine. Koje su prednosti korištenja ove vrste jedinice? Ovo je najučinkovitije rješenje pri rukovanju viskoznim i problematičnim kontaminiranim smjesama. Na primjer, za isparavanje slanih otopina ova opcija je prikladnija od isparivača s jednim učinkom, koji mogu pokazati veću brzinu cirkulacije, ali njihova snaga neće biti dovoljna za osiguranje čak ni prosječne razine produktivnosti. Usput, moderni isparivači s prisilnom cirkulacijom izvode operacije ključanja i isparavanja ne na zidovima grijanja u glavnoj komori, već u separatoru, tako da je kontaminacija glavne radne jedinice svedena na minimum.
Isparivači s pločastim izmjenjivačem topline
Obilježje dizajna takvih instalacija je prisutnost posebnih ploča, zbog kojih se radni medij usmjerava kroz komoru za grijanje duž izmjeničnih kanala. Za brtvljenje ploča koriste se posebne brtve - također suobavljaju funkciju toplinske izolacije, čime se povećava učinkovitost prijenosa topline.
U pravilu se radi o multiefektnim isparivačima kapaciteta oko 15 t/h. Zagrijani tokovi vode i ciljani produkt kreću se u protustruji duž svojih kanala, odajući dio energije. Silu za pomicanje medija stvara ista cirkulacijska pumpa, međutim, dizajn ploča je dizajniran da podrži učinak turbulencije u krugu, što smanjuje potrebni potencijal snage za prijenos proizvoda i rashladne tekućine. Kao rezultat aktivne izmjene topline, radni medij ključa, nakon čega nastaje para. Preostali tekući proizvodi odsječeni su u bloku separatora zbog centrifugalne sile.
Ovo je jedan od rijetkih slučajeva kada je u pitanju univerzalni isparivač u smislu mogućnosti rada s različitim tehnološkim medijima. Konkretno, princip rada isparivača s pločastim izmjenjivačem topline omogućuje korištenje parnog plina i vodenog medija. Istodobno je osigurana visoka kvaliteta koncentracije, budući da se isparavanje provodi ravnomjerno u nježnom načinu rada u jednom prolazu. Sam dizajn je maksimalno optimiziran u veličini, što olakšava montažu i tehničke mjere. Dakle, visina instalacijskog prostora sa svim komunikacijama i spojnim cjevovodima za takav uređaj je 3-4 m.
Isparivači s prirodnom cirkulacijom s tri učinka
Strukturno, takve uređaje odlikuje prisutnost kratkog spojaokomito smješten izmjenjivač topline i gornji smještaj separatora. Radni fluid se dovodi odozdo, nakon čega se diže kroz cijevi za grijanje kroz komoru. Primjenjuje se princip uzlaznog filma ili plinskog lifta. Ako u naftnim i plinskim poljima povezani plin nosi produkt, onda u slučaju isparivača s tri posude, vruće pare podižu tekućinu duž ljuski-cijevnih krugova. Cijeli se proces odvija u pozadini vrenja. Tekućina odvojena od pare prolazi kroz povratnu cijev do izmjenjivača topline, nakon čega se ponovno šalje u separator za sljedeću sesiju odvajanja. Ovaj proces se ponavlja nekoliko puta dok se ne postigne željena razina koncentracije.
Brzina isparavanja u ovom slučaju određena je temperaturnom razlikom u komori za grijanje i jedinici za vrenje. Oba indikatora mogu se podesiti automatskim upravljanjem. Prirodna cirkulacija u vakuumskom isparivaču omogućuje visok specifični kapacitet uz brzo pokretanje. Ali ne treba se oslanjati na održavanje otopina koje sadrže složene ili termički nestabilne spojeve. Ovo je visoko specijalizirana oprema, čiji je proračun izrađen za kemijsku i prehrambenu industriju, gdje je potrebno izvesti operacije razdvajanja točaka s malim opterećenjem kapaciteta. Na primjer, isparivači glicerina pružaju brzinu obrade od 3600 kg/h.
Kako radi barometarski kondenzator
Različitostmiješajući izmjenjivači topline, koji ne vrše površinsko odvajanje radnih medija u procesu prelijevanja, ali omogućuju njihovo miješanje. Drugim riječima, u trenutku zagrijavanja, uvjetno koncentrirana otopina može doći u kontakt s procesnim vrućim medijem koji predstavlja para ili voda. Sam barometarski kondenzator dio je složenog isparivača, koji obavlja procese miješanja rashladne vode i sekundarne pare. Budući da su volumeni novonastalog kondenzata manji od volumena pare, dolazi do prirodnog vakuuma. Za njegovo održavanje potrebno je ukloniti atmosferski zrak iz kondenzatora, koji se tamo šalje zajedno s tokovima rashladne tekućine. U nekim izvedbama zrak također može ući kroz defekte u kućištu kondenzatora. Izlaz miješanih smjesa iz kondenzatora vrši se kroz barometrijsku cijev. Prethodno je uronjen u tekućinu i tvori hidrauličku brtvu koja sprječava prolaz zraka u kondenzator.
Princip rada kapacitivnog aparata
Posebna vrsta opreme za tehnološke procese isparavanja. Glavna razlika između kapacitivnih jedinica u smislu principa rada je podrška načina slobodne cirkulacije, što se postiže zbog unutarnje konfiguracije položaja krugova u sustavu izmjene topline. Infrastrukturu mreže za izmjenu topline čine snopovi cijevi, zavojnice i drugi elementi koji stvaraju uvjete za višestupanjsko i u mnogočemutežak proces prijenosa toplinske energije. Inače, kapacitivni isparivači se praktički ne koriste u radu s viskoznim, toplinski osjetljivim i kristalizirajućim otopinama upravo zbog slobodnog, ali sporog kruženja tokova. Štoviše, koeficijenti prijenosa topline u ovom sustavu su mali, što negativno utječe na ukupnu učinkovitost isparavanja. Kako se kapacitivni uređaji opravdavaju? Uspješno se koriste u industrijama male tonaže, gdje koeficijent prijenosa topline nije toliko značajan s volumenom proizvodnje. Unutarnji raspored kapacitivnih isparivača, uz sve svoje nedostatke, otvara puno mogućnosti za organiziranje usmjerene cirkulacije, što je vrlo važno u poduzećima s niskom strukturnom pokretljivošću pri povezivanju komunikacijskih kanala.
Izračun isparivača
U integriranom dizajnu isparivača izrađuju se pojedinačni proračuni za svaku komponentu, budući da se karakteristike proizvodnog procesa mogu mijenjati u svakoj fazi. U pravilu se kao početni podaci koriste:
- približni tlak pare;
- toplina koncentracije;
- osobine početnog rješenja;
- razina gubitka topline;
- koeficijent prijenosa topline;
- parametri dizajna koji su već postavljeni i ne mogu se promijeniti.
Za postrojenja isparivača s tri efekta, izračun s gore navedenim početnim podacima može se provesti pomoću nekoliko parametara odjednom, uključujući snagu cirkulacijske crpke, volumen komore za grijanje,maksimalna količina servisirane tekućine itd. Najvažniji projektni zadaci uključuju projektni proračun istog barometarskog kondenzatora, separatora i određivanje karakteristika elemenata cjevovoda. Konkretno, intenzitet isparavanja u sustavima s kontinuiranim isparavanjem ovisit će o promjerima mlaznica i duljini prijelaznih cijevi.
Zahtjevi tijeka rada
Izračunati pokazatelji za organizaciju procesa isparavanja možda neće dati očekivani učinak ako nisu ispunjeni zahtjevi za vanjsko okruženje. Mnogo će ovisiti o uvjetima unutar prostorije u kojoj se oprema koristi. Prema zahtjevima, jednokratni isparivači mogu se koristiti samo u prostorijama s površinom od najmanje 4,5 m2 i visinom od 3,2 m. poput dimnjaka. Neće biti suvišno osigurati podesivu kapuljaču s vratima i postavkom potiska.
Sustav ventilacije je dizajniran prema posebnim pravilima. Trebao bi uključivati ulazne kanale i ispušne sustave s izravnim spojem na područja u kojima se izravno izvodi proces isparavanja. Očito je da će složeni ventilacijski sustav koji radi u redovnom načinu rada u dva smjera zahtijevati ozbiljnu potporu napajanja. Ali u isto vrijeme, emitirana buka iz kanala i radne opreme ne bi trebala prelaziti 75 dB. I to da ne spominjemo usklađenost sa zahtjevima vatre ielektrična sigurnost. Ako isparivač redovito radi s plinskim mješavinama, tada se mora organizirati poseban sustav za otplinjavanje zraka. Može biti dio jedinstvenog kompleksa komunikacija za izmjenu topline, koji će omogućiti, u nekim operativnim aspektima, nadopunu funkcija oba sustava.
Zaključak
Operacije isparavanja i koncentriranja dugo se koriste u industriji i kao glavni i kao sekundarni tehnološki procesi. U većini slučajeva materijali se na ovaj način pripremaju za daljnje faze izrade proizvoda ili pripreme tehničkih sredstava. Vakuumski isparivači i instalacije mogu se svrstati među najproduktivnije alate za rješavanje takvih problema. Pokazatelji visokih performansi objašnjavaju se prisutnošću funkcije cirkulacijskog isparivača koji radi iz vanjskog izvora energije u obliku crpne stanice. Postoje različite kombinacije interakcije cirkulacijske skupine s komorom za grijanje i separatorom, ali u principu, višekomponentni sustavi ovog tipa daju najviše performanse tehnološke operacije, kako u pogledu kvalitete koncentracije proizvoda, tako iu pogledu dinamike proces isparavanja.
