Tehnološki procesi toplotne izmenjave se pogosto uporabljajo v različnih panogah za ustvarjanje potrebnih pogojev za obdelavo ali spreminjanje temperaturnega stanja opreme, pa tudi proizvodnih surovcev. V podjetjih, kjer so zastavljene naloge spreminjanja lastnosti tekočih medijev, se lahko toplota uporablja kot sredstvo za vzdrževanje vrelišča. Tehnično se podobne težave rešujejo s pomočjo uparjalnikov, opremljenih s posebnim naborom funkcionalnih komponent za organizacijo procesa izmenjave toplote.
Kaj je proces izhlapevanja?
V industrijskem sektorju se izhlapevanje obravnava kot metoda koncentriranja tekočih raztopin, ki temeljijo na nizkohlapnih ali nehlapnih snoveh, raztopljenih v hlapnih aktivnih mešanicah. Ta postopek se izvede kot rezultatizhlapevanje topila med vrenjem. Ta postopek je najpogosteje podvržen alkalijam, soli, pa tudi tekočinam z visokim vreliščem. Toda v vsakem primeru je glavna naloga postopka pridobiti čisto topilo ali posamezne snovi v visoki koncentraciji. Če govorimo o ciljnem čiščenju določene komponente raztopine, potem lahko proces izhlapevanja dopolnimo s kristalizacijsko operacijo, pri kateri je možna tvorba ciljne snovi v trdni obliki.
S tehnološkega vidika je izhlapevanje kombinacija številnih operacij izmenjave toplote. Zapletenost tehnične organizacije tega procesa zahteva uporabo posebne opreme. V tej funkciji se uporablja vakuumski uparjalnik z optimizirano zasnovo, ki je zasnovan za izvajanje glavnih procesov izhlapevanja in pomožnih operacij. Upoštevati je treba, da pri izhlapevanju gre za uporabo agresivnih medijev - vročih tekočin, plinov, vodne pare itd. Temu je dodano še neugodno ozadje ciljnih kemično aktivnih snovi. Ti in drugi dejavniki škodljivega tehnološkega vpliva zahtevajo uporabo posebnih materialov za montažo uparjalnikov, kar poveča zaščitne lastnosti konstrukcij.
Osnovna naprava uparjalnika
Večina sodobnih industrijskih uparjalnikov uporablja večkomponentni sistem, ki temelji na toplotnem izmenjevalniku s kondenzatorjem in izparilno komoro. Za optimizacijo procesa in učinkovitejšo koncentracijo raztopin je prisotnostseparator je enota, ki je povezana v ločenem vrstnem redu skozi plinski kanal in organizira odstranjevanje sekundarne pare. Pogosteje se uporabljajo separatorji zunanjega tipa, ki delujejo v pogojih centrifugalne sile. Kaj je bistveno drugačen vakuumski uparjalnik? Ustvarjanje vakuuma vam omogoča, da dosežete učinek mehkega izhlapevanja. To zagotavlja dve pozitivni točki - pospešitev procesa izhlapevanja (servisirana raztopina preživi manj časa v komori) in povečanje kakovosti koncentrirane snovi. Izhodne izdelke je mogoče uporabiti v drugih tehnoloških operacijah v istem ciljnem predelovalnem podjetju. Da bi to naredili, organizirajo povezavo posameznih modulov z izhodnimi tokovi, zahvaljujoč kateri se ne izvaja samo odstranjevanje presežnih mešanic plina, temveč je zagotovljena regulacija pretoka s potrebnimi parametri dobave glede na tlačno silo in gibanje. hitrost. Še več, številne uparjalnike je mogoče po želji povezati z enotami za predobdelavo ali redčenje odpadkov, da se izpolnijo zahteve procesov, kjer se lahko isti plin ponovno uporabi.
Aparat s prisilno cirkulacijo
Zasnova temelji na navpičnem ali horizontalnem toplotnem izmenjevalniku z lupino in cevi z grelno komoro in koncentričnim separatorjem. Delovni proces podpirata obtočna črpalna postaja in bliskovna posoda. Običajno se prisilni proces gibanja delovnih mešanic izvaja v uparjalnikih z dvojno lupino zshema protitočnega obtoka. V sklopu takšnih naprav je tudi naprava za destilacijo in čiščenje s paro iz organskih in solnih spojin. Povprečna zmogljivost uparjalnika s prisilno cirkulacijo je približno 9000 kg/h, koncentracijsko razmerje pa doseže 65%.
Med delovanjem takšne enote tekočina kroži po obrisih grelne komore zaradi sile, ki jo zagotavlja črpalka. V komori se temperatura tekočine pripelje do vrelišča, po katerem se tlak v bloku separatorja močno zmanjša. Od tega trenutka se začne proces aktivnega izhlapevanja dela tekočine. Kakšne so prednosti uporabe te vrste enote? To je najučinkovitejša rešitev pri ravnanju z viskoznimi in problematičnimi kontaminiranimi mešanicami. Na primer, za izhlapevanje solnih raztopin je ta možnost primernejša od uparjalnikov z enim učinkom, ki lahko pokažejo višjo hitrost kroženja, vendar njihova moč ne bo dovolj za zagotavljanje niti povprečne stopnje produktivnosti. Mimogrede, sodobni uparjalniki s prisilno cirkulacijo izvajajo vrelišče in izhlapevanje ne na grelnih stenah v glavni komori, temveč v separatorju, tako da je onesnaženje glavne delovne enote minimalno.
Uparjalniki s ploščatim izmenjevalnikom toplote
Konstrukcijska značilnost takšnih inštalacij je prisotnost posebnih plošč, zaradi katerih se delovni medij usmerja skozi grelno komoro vzdolž izmeničnih kanalov. Za tesnjenje plošč se uporabljajo posebna tesnila - tudi soopravljajo funkcijo toplotne izolacije, kar poveča učinkovitost prenosa toplote.
Praviloma gre za multiefektne uparjalnike s kapaciteto okoli 15 t/h. Grelni tokovi vode in ciljnega produkta se premikajo v protitoku po svojih kanalih in oddajajo del energije. Silo za gibanje medijev ustvarja ista obtočna črpalka, vendar je zasnova plošč zasnovana tako, da podpira učinek turbulence v tokokrogu, kar zmanjša potreben potencial moči za podporo prenosu izdelka in hladilne tekočine. Zaradi aktivne izmenjave toplote delovni medij zavre, po katerem nastane para. Preostali tekoči produkti so odrezani v bloku separatorja zaradi centrifugalne sile.
To je eden redkih primerov, ko gre za univerzalni uparjalnik v smislu zmožnosti dela z različnimi tehnološkimi mediji. Zlasti načelo delovanja uparjalne naprave s ploščnim izmenjevalnikom toplote omogoča uporabo parnega plina in vodnega medija. Hkrati je zagotovljena visoka kakovost koncentracije, saj se izhlapevanje izvaja enakomerno v nežnem načinu v enem prehodu. Sama zasnova je po velikosti maksimalno optimizirana, kar olajša namestitev in tehnične ukrepe. Torej je višina namestitvenega prostora z vsemi komunikacijami in povezovalnimi cevmi za takšno napravo 3-4 m.
Uparjalniki z naravno cirkulacijo s tremi učinki
Strukturno se takšne naprave odlikujejo po prisotnosti kratkega stikanavpično nameščen toplotni izmenjevalnik in zgornja postavitev separatorja. Delovna tekočina se dovaja od spodaj, nato pa se dvigne skozi ogrevalne cevi skozi komoro. Izvaja se načelo naraščajočega filma ali plinskega dvigala. Če na naftnih in plinskih poljih pridruženi plin izvaja produkt, potem v primeru uparjalnika s tremi posodami vroče pare dvignejo tekočino vzdolž tokokrogov lupine in cevi. Celoten postopek poteka v ozadju vrenja. Tekočina, ločena od hlapov, se skozi povratno cev odpelje do toplotnega izmenjevalnika, nato pa se ponovno pošlje v separator za naslednjo separacijo. Ta postopek se večkrat ponovi, dokler ni dosežena želena raven koncentracije.
Hitrost izhlapevanja je v tem primeru določena s temperaturno razliko v grelni komori in vrelišču. Oba indikatorja je mogoče nastaviti s samodejnim krmiljenjem. Naravna cirkulacija v vakuumskem uparjalniku omogoča visoko specifično zmogljivost s hitrim zagonom. Vendar se ne smemo zanašati na vzdrževanje raztopin, ki vsebujejo kompleksne ali toplotno nestabilne spojine. To je visoko specializirana oprema, katere izračun je narejen za kemično in živilsko industrijo, kjer je potrebno izvesti operacije ločevanja točk z majhno obremenitvijo zmogljivosti. Na primer, uparjalniki glicerina zagotavljajo hitrost obdelave 3600 kg/h.
Kako deluje barometrični kondenzator
Različicamešalni toplotni izmenjevalci, ki v procesu prelivanja ne izvajajo površinskega ločevanja delovnih medijev, omogočajo pa njihovo mešanje. Z drugimi besedami, v trenutku segrevanja lahko pogojno koncentrirana raztopina pride v stik s procesnim vročim medijem, ki ga predstavlja para ali voda. Sam barometrični kondenzator je del kompleksne uparjalne naprave, ki izvaja postopke mešanja hladilne vode in sekundarne pare. Ker so prostornine novonastalega kondenzata manjše od prostornine pare, nastane naravni vakuum. Za vzdrževanje je potrebno odstraniti atmosferski zrak iz kondenzatorja, ki se tja pošlje skupaj s tokovi hladilne tekočine. V nekaterih izvedbah lahko zrak vstopi tudi skozi okvare v ohišju kondenzatorja. Izhod mešanih zmesi iz kondenzatorja poteka skozi barometrično cev. Predhodno je potopljen v tekočino in tvori hidravlično tesnilo, ki preprečuje prehod zraka v kondenzator.
Načelo delovanja kapacitivnega aparata
Posebna vrsta opreme za tehnološke procese izhlapevanja. Glavna razlika med kapacitivnimi enotami v smislu načela delovanja je podpora načina prostega kroženja, ki je dosežena zaradi notranje konfiguracije lokacije tokokrogov v sistemu za izmenjavo toplote. Infrastrukturo omrežja za izmenjavo toplote tvorijo cevni snopi, tuljave in drugi elementi, ki ustvarjajo pogoje za večstopenjsko in v mnogih pogledihtežaven proces prenosa toplotne energije. Mimogrede, kapacitivni uparjalniki se praktično ne uporabljajo pri delu z viskoznimi, toplotno občutljivimi in kristalizirajočimi raztopinami ravno zaradi prostega, a počasnega kroženja tokov. Poleg tega so koeficienti prenosa toplote v tem sistemu majhni, kar negativno vpliva na celotno izhlapevanje. Kako se kapacitivne naprave upravičijo? Uspešno se uporabljajo v industriji z majhno tonažo, kjer koeficient toplotne prehodnosti ni tako pomemben glede na obseg proizvodnje. Notranja razporeditev kapacitivnih uparjalnikov z vsemi svojimi pomanjkljivostmi odpira veliko možnosti za organizacijo usmerjenega kroženja, kar je zelo pomembno v podjetjih z nizko strukturno mobilnostjo pri povezovanju komunikacijskih kanalov.
Izračun uparjalnika
V integrirani zasnovi uparjalnika se za vsako komponento izdelajo individualni izračuni, saj se značilnosti proizvodnega procesa lahko spremenijo na vsaki stopnji. Kot začetni podatki se praviloma uporabljajo naslednji podatki:
- približni tlak pare;
- toplina koncentracije;
- lastnosti začetne rešitve;
- stopnja toplotne izgube;
- koeficient prenosa toplote;
- oblikovni parametri, ki so že nastavljeni in jih ni mogoče spremeniti.
Za uparjalne naprave s tremi učinki se lahko izračun z zgoraj navedenimi začetnimi podatki izvede z uporabo več parametrov hkrati, vključno z močjo obtočne črpalke, prostornino grelne komore,največja količina servisirane tekočine itd. Najpomembnejše projektne naloge vključujejo projektni izračun istega barometričnega kondenzatorja, separatorja in določitev lastnosti cevnih elementov. Zlasti bo intenzivnost izhlapevanja v sistemih z neprekinjenim izhlapevanjem odvisna od premera šob in dolžine prehodnih cevi.
Zahteve delovnega poteka
Izračunani kazalniki za organizacijo procesa izhlapevanja morda ne bodo dali pričakovanega učinka, če niso izpolnjene zahteve za zunanje okolje. Veliko bo odvisno od pogojev v prostoru, kjer se oprema uporablja. V skladu z zahtevami se lahko pretočni uparjalniki uporabljajo samo v prostorih s površino najmanj 4,5 m2 in višino 3,2 m kot dimnik. Ne bo odveč zagotoviti nastavljivo kapuco z vrati in nastavitvijo potiska.
Prezračevalni sistem je zasnovan po posebnih pravilih. Vključevati naj bi dovodne kanale in izpušne sisteme z neposredno povezavo z območji, kjer se neposredno izvaja proces izhlapevanja. Očitno je, da bo zapleten prezračevalni sistem, ki deluje v običajnem načinu v dveh smereh, zahteval resno podporo moči. Toda hkrati oddani hrup iz kanalov in delovne opreme ne sme presegati 75 dB. In to ne omenjam skladnosti z zahtevami požara inelektrična varnost. Če uparjalnik redno deluje s plinskimi mešanicami, je treba organizirati poseben sistem za razplinjevanje zraka. Lahko je del enotnega kompleksa komunikacij za izmenjavo toplote, ki bo v nekaterih operativnih vidikih omogočila dopolnjevanje funkcij obeh sistemov.
Sklep
Postopki izhlapevanja in koncentracije se že dolgo uporabljajo v industriji tako kot glavni kot sekundarni tehnološki procesi. V večini primerov se tako pripravijo materiali za nadaljnje faze izdelave izdelkov ali pripravo tehničnih sredstev. Vakuumske uparjalnike in instalacije lahko uvrstimo med najbolj produktivna orodja za reševanje tovrstnih težav. Visoki kazalniki zmogljivosti so razloženi s prisotnostjo funkcije obtočnega uparjalnika, ki deluje iz zunanjega vira energije v obliki črpalne postaje. Obstajajo različne kombinacije interakcije cirkulacijske skupine z grelno komoro in separatorjem, vendar načeloma tovrstni večkomponentni sistemi zagotavljajo najvišjo zmogljivost tehnološkega delovanja, tako glede kakovosti koncentracije produkta kot dinamike proces izhlapevanja.
