I processi tecnologici di scambio termico sono ampiamente utilizzati in vari settori per creare le condizioni necessarie per l'elaborazione o la modifica dello stato di temperatura delle apparecchiature, nonché dei pezzi grezzi di produzione. Nelle aziende in cui i compiti sono impostati per modificare le caratteristiche dei mezzi liquidi, il calore può essere utilizzato come mezzo per mantenere l'ebollizione. Tecnicamente, problemi simili vengono risolti con l'ausilio di evaporatori dotati di uno speciale set di componenti funzionali per l'organizzazione del processo di scambio termico.
Qual è il processo di evaporazione?
Nel settore industriale, l'evaporazione è considerata un metodo di concentrazione di soluzioni liquide, basate su sostanze a bassa volatilità o non volatili disciolte in miscele attive volatili. Questo processo viene eseguito di conseguenzaevaporazione del solvente durante l'ebollizione. Questa procedura è spesso soggetta ad alcali, sali e liquidi altobollenti. Ma in ogni caso, il compito principale del processo è ottenere un solvente puro o singole sostanze in un alto grado di concentrazione. Se si tratta di purificazione mirata di un componente specifico della soluzione, il processo di evaporazione può essere integrato da un'operazione di cristallizzazione, in cui è possibile la formazione della sostanza bersaglio in forma solida.
Da un punto di vista tecnologico, l'evaporazione è una combinazione di una serie di operazioni di scambio termico. La complessità dell'organizzazione tecnica di questo processo richiede l'uso di attrezzature speciali. In questa capacità viene utilizzato un evaporatore sottovuoto dal design ottimizzato, progettato per eseguire i principali processi di evaporazione, oltre alle operazioni ausiliarie. È importante tenere presente che l'evaporazione comporta l'uso di mezzi aggressivi: liquidi caldi, gas, vapore acqueo, ecc. A ciò si aggiunge lo sfondo sfavorevole delle sostanze chimicamente attive bersaglio. Questi e altri fattori di impatto tecnologico negativo richiedono l'uso di materiali speciali per l'assemblaggio degli evaporatori, che aumentano le proprietà protettive delle strutture.
Dispositivo base dell'evaporatore
La maggior parte degli evaporatori industriali moderni utilizza un sistema multicomponente basato su uno scambiatore di calore con un condensatore e una camera di evaporazione. Per ottimizzare il processo e una concentrazione più efficiente delle soluzioni, la presenza diseparatore è un'unità che è collegata in un ordine separato attraverso il condotto del gas e organizza la rimozione del vapore secondario. Sono più comunemente usati separatori di tipo esterno, che operano in condizioni di forza centrifuga. Qual è l'evaporatore sotto vuoto fondamentalmente diverso? La creazione di un vuoto consente di ottenere l'effetto dell'evaporazione morbida. Ciò fornisce due punti positivi: l'accelerazione del processo di evaporazione (la soluzione sottoposta a servizio trascorre meno tempo nella camera) e un aumento della qualità della sostanza concentrata. I prodotti di output possono essere utilizzati in altre operazioni tecnologiche presso la stessa impresa di elaborazione di destinazione. Per fare ciò, organizzano il collegamento dei singoli moduli con flussi in uscita, grazie ai quali non solo viene effettuata la rimozione delle miscele di gas in eccesso, ma viene assicurata la regolazione del flusso con i parametri di erogazione necessari in termini di forza di pressione e movimento velocità. Inoltre, molti evaporatori possono essere opzionalmente abbinati a unità di pretrattamento o di diluizione dei rifiuti per soddisfare i requisiti dei processi in cui lo stesso gas può essere riutilizzato.
Apparecchi a circolazione forzata
Il progetto si basa su uno scambiatore di calore a fascio tubiero verticale o orizzontale con una camera di riscaldamento e un separatore concentrico. Il processo di lavoro è supportato da una stazione di pompa di circolazione e da un flash vessel. Solitamente, il processo forzato di movimentazione delle miscele di lavoro è implementato in evaporatori a doppio mantello conschema di circolazione in controcorrente. Come parte di tali dispositivi, esiste anche un dispositivo per la distillazione e la purificazione del vapore da composti organici e salini. La capacità media dell'evaporatore a circolazione forzata è di circa 9000 kg/he il rapporto di concentrazione raggiunge il 65%.
Durante il funzionamento di tale unità, il liquido circola lungo i contorni della camera di riscaldamento a causa della forza fornita dalla pompa. Nella camera, la temperatura del liquido viene portata al punto di ebollizione, dopodiché la pressione nel blocco separatore viene drasticamente ridotta. Da questo momento inizia il processo di evaporazione attiva di parte del liquido. Quali sono i vantaggi dell'utilizzo di questo tipo di unità? Questa è la soluzione più efficace quando si maneggiano miscele contaminate viscose e problematiche. Ad esempio, per l'evaporazione di soluzioni saline, questa opzione è più opportuna rispetto agli evaporatori a singolo effetto, che possono presentare una portata di circolazione maggiore, ma la loro potenza non sarà sufficiente a fornire anche un livello medio di produttività. A proposito, i moderni evaporatori a circolazione forzata eseguono operazioni di ebollizione ed evaporazione non sulle pareti riscaldanti nella camera principale, ma nel separatore, in modo da ridurre al minimo la contaminazione dell'unità di lavoro principale.
Evaporatori con scambiatore di calore a piastre
La caratteristica progettuale di tali installazioni è la presenza di piastre speciali, grazie alle quali il mezzo di lavoro viene diretto attraverso la camera di riscaldamento lungo canali alternati. Per sigillare le piastre vengono utilizzate guarnizioni speciali, anche lorosvolgere la funzione di isolamento termico, che aumenta l'efficienza del trasferimento di calore.
Si tratta di norma di evaporatori multieffetto con una capacità di circa 15 t/h. I flussi di riscaldamento dell'acqua e del prodotto target si muovono in controcorrente lungo i loro canali, cedendo parte dell'energia. La forza per il movimento del fluido è generata dalla stessa pompa di circolazione, tuttavia, il design delle piastre è progettato per supportare l'effetto della turbolenza nel circuito, che riduce la potenza potenziale richiesta per supportare il trasferimento del prodotto e del liquido di raffreddamento. Come risultato dello scambio di calore attivo, il mezzo di lavoro bolle, dopo di che si forma vapore. I prodotti liquidi residui vengono tagliati nel blocco separatore a causa della forza centrifuga.
Questo è uno dei pochi casi in cui si tratta di un evaporatore universale in termini di capacità di lavorare con diversi mezzi tecnologici. In particolare, il principio di funzionamento di un impianto evaporatore con scambiatore di calore a piastre consente l'utilizzo di vapore-gas e mezzi acquosi. Allo stesso tempo, viene assicurata un'elevata qualità di concentrazione, poiché l'evaporazione viene eseguita in modo uniforme in modo delicato in un passaggio. Il design stesso è ottimizzato al massimo nelle dimensioni, il che facilita l'installazione e le misure tecniche. Quindi, l' altezza dello spazio di installazione con tutte le comunicazioni e le tubazioni di collegamento per un tale dispositivo è di 3-4 m.
Evaporatori a circolazione naturale a tre effetti
Strutturalmente, tali dispositivi si distinguono per la presenza di un cortocircuitoscambiatore di calore posizionato verticalmente e il posizionamento superiore del separatore. Il fluido di lavoro viene fornito dal basso, dopodiché sale attraverso i tubi di riscaldamento attraverso la camera. Viene implementato il principio di un film ascendente o di un gas lift. Se nei giacimenti di petrolio e gas il gas associato realizza il prodotto, nel caso di un evaporatore a tre serbatoi i vapori caldi sollevano il liquido lungo i circuiti a fascio tubiero. L'intero processo si svolge sullo sfondo dell'ebollizione. Il liquido separato dal vapore viene effettuato attraverso il tubo di ritorno allo scambiatore di calore, dopodiché viene nuovamente inviato al separatore per la successiva sessione di separazione. Questo processo viene ripetuto più volte fino a raggiungere il livello di concentrazione desiderato.
La velocità di evaporazione in questo caso è determinata dalla differenza di temperatura nella camera di riscaldamento e nell'unità di ebollizione. Entrambi gli indicatori possono essere regolati tramite controllo automatico. La circolazione naturale nell'evaporatore sottovuoto consente un'elevata capacità specifica con un rapido avvio. Ma non bisogna fare affidamento sul mantenimento di soluzioni contenenti composti complessi o termicamente instabili. Si tratta di un'apparecchiatura altamente specializzata, il cui calcolo viene effettuato per l'industria chimica e alimentare, dove è richiesto di eseguire operazioni di separazione dei punti con un piccolo carico di portata. Ad esempio, gli evaporatori di glicerina forniscono una velocità di elaborazione di 3600 kg/h.
Come funziona un condensatore barometrico
Varietàscambiatori di calore di miscelazione, che non eseguono la separazione superficiale dei fluidi di lavoro nel processo di troppo pieno, ma ne consentono la miscelazione. In altre parole, al momento del riscaldamento, la soluzione concentrata condizionale può entrare in contatto con il mezzo caldo di processo rappresentato dal vapore o dall'acqua. Il condensatore barometrico stesso fa parte di un complesso impianto di evaporazione, che esegue i processi di miscelazione dell'acqua di raffreddamento e del vapore secondario. Poiché i volumi della condensa appena formata sono inferiori al volume del vapore, si verifica un vuoto naturale. Per mantenerlo, è necessario rimuovere l'aria atmosferica dal condensatore, che viene inviata lì insieme ai flussi di refrigerante. In alcuni modelli, l'aria può entrare anche attraverso i difetti nella custodia del condensatore. L'uscita delle miscele miste dal condensatore avviene tramite un tubo barometrico. È pre-immerso nel liquido e forma una tenuta idraulica che impedisce il passaggio dell'aria nel condensatore.
Il principio di funzionamento dell'apparato capacitivo
Un tipo speciale di attrezzatura per i processi tecnologici di evaporazione. La principale differenza tra le unità capacitive in termini di principio di funzionamento è il supporto della modalità di circolazione libera, ottenuta grazie alla configurazione interna della posizione dei circuiti nel sistema di scambio di calore. L'infrastruttura della rete di scambio termico è formata da fasci tubieri, serpentine e altri elementi che creano le condizioni per un multistadio e per molti aspettidifficile processo di trasferimento di energia termica. A proposito, gli evaporatori capacitivi non vengono praticamente utilizzati nel lavoro con soluzioni viscose, termosensibili e cristallizzanti proprio a causa della circolazione libera ma lenta dei flussi. Inoltre, i coefficienti di trasferimento del calore in questo sistema sono piccoli, il che influisce negativamente sulle prestazioni complessive di evaporazione. Come si giustificano i dispositivi capacitivi? Sono utilizzati con successo nelle industrie di piccolo tonnellaggio, dove il coefficiente di scambio termico non è così significativo con i volumi di produzione. La disposizione interna degli evaporatori capacitivi, con tutte le sue carenze, apre molte opportunità per organizzare la circolazione diretta, che è molto importante nelle imprese con bassa mobilità strutturale quando si collegano i canali di comunicazione.
Calcolo dell'evaporatore
In un progetto di evaporatore integrato, vengono effettuati calcoli individuali per ciascun componente, poiché le caratteristiche del processo produttivo possono cambiare in ogni fase. Di norma, come dati iniziali vengono utilizzati:
- pressione approssimativa del vapore;
- calore di concentrazione;
- proprietà della soluzione iniziale;
- livello di dispersione termica;
- coefficiente di scambio termico;
- parametri di progettazione già impostati e non modificabili.
Per gli impianti con evaporatore a tre effetti, il calcolo con i dati iniziali sopra citati può essere effettuato utilizzando più parametri contemporaneamente, tra cui la potenza della pompa di circolazione, il volume della camera di riscaldamento,la quantità massima di liquido servito, ecc. Le attività di progettazione più importanti includono il calcolo del progetto dello stesso condensatore barometrico, separatore e determinazione delle caratteristiche degli elementi di tubazione. In particolare, l'intensità dell'evaporazione nei sistemi con evaporazione continua dipenderà dai diametri degli ugelli e dalla lunghezza dei tubi di transizione.
Requisiti del flusso di lavoro
Gli indicatori calcolati per l'organizzazione del processo di evaporazione potrebbero non dare l'effetto atteso se i requisiti per l'ambiente esterno non sono soddisfatti. Molto dipenderà dalle condizioni all'interno della stanza in cui viene utilizzata l'attrezzatura. Secondo i requisiti, gli evaporatori a passaggio unico possono essere utilizzati solo in ambienti con un'area di almeno 4,5 m2 e un' altezza di 3,2 m come un camino. Non sarà superfluo dotare una cappa regolabile con cancello e regolazione della spinta.
Il sistema di ventilazione è progettato secondo regole speciali. Dovrebbe includere canali di afflusso e sistemi di scarico con collegamento diretto alle aree in cui viene eseguito direttamente il processo di evaporazione. È ovvio che un sistema di ventilazione complesso che funziona in modalità regolare in due direzioni richiederà un serio supporto di alimentazione. Ma allo stesso tempo, il rumore emesso dai canali e dalle apparecchiature operative non deve superare i 75 dB. E questo per non parlare del rispetto dei requisiti di fuoco esicurezza elettrica. Se l'evaporatore funziona regolarmente con miscele di gas, è necessario organizzare uno speciale sistema di degasaggio dell'aria. Può essere parte di un unico complesso di comunicazioni di scambio termico, che consentirà, in alcuni aspetti operativi, di integrare le funzioni di entrambi i sistemi.
Conclusione
Le operazioni di evaporazione e concentrazione sono da tempo utilizzate nelle industrie sia come processi tecnologici principali che secondari. Nella maggior parte dei casi, i materiali vengono preparati in questo modo per ulteriori fasi di fabbricazione dei prodotti o per la preparazione di mezzi tecnici. Gli evaporatori e gli impianti sottovuoto possono essere inseriti tra gli strumenti più produttivi per risolvere tali problemi. Gli indicatori di prestazioni elevate sono spiegati dalla presenza della funzione di un evaporatore a circolazione funzionante da una fonte di alimentazione esterna sotto forma di una stazione di pompaggio. Esistono diverse combinazioni dell'interazione del gruppo di circolazione con la camera di riscaldamento e il separatore, ma in linea di principio i sistemi multicomponenti di questo tipo forniscono le massime prestazioni dell'operazione tecnologica, sia in termini di qualità della concentrazione del prodotto che di dinamica di il processo di evaporazione.
