Els processos tecnològics d'intercanvi de calor s'utilitzen àmpliament en diverses indústries per crear les condicions necessàries per processar o canviar l'estat de temperatura dels equips, així com els blancs de producció. A les empreses on les tasques s'estableixen per canviar les característiques dels mitjans líquids, la calor es pot utilitzar com a mitjà per mantenir l'ebullició. Tècnicament, problemes similars es resolen amb l'ajuda d'evaporadors dotats d'un conjunt especial de components funcionals per organitzar el procés d'intercanvi de calor.
Quin és el procés d'evaporació?
En el sector industrial, l'evaporació es considera un mètode de concentració de solucions líquides, que es basen en substàncies poc volàtils o no volàtils dissoltes en mescles actives volàtils. Aquest procés es realitza com a resultatevaporació del dissolvent durant l'ebullició. Aquest procediment sovint està sotmès a àlcalis, sals i líquids d' alt punt d'ebullició. Però en cada cas, la tasca principal del procés és obtenir un dissolvent pur o substàncies individuals en un alt grau de concentració. Si estem parlant de purificació específica d'un component específic de la solució, el procés d'evaporació es pot complementar amb una operació de cristal·lització, en la qual és possible la formació de la substància diana en forma sòlida.
Des del punt de vista tecnològic, l'evaporació és una combinació d'una sèrie d'operacions d'intercanvi de calor. La complexitat de l'organització tècnica d'aquest procés requereix l'ús d'equips especials. En aquesta capacitat, s'utilitza un evaporador al buit amb un disseny optimitzat, dissenyat per realitzar els principals processos d'evaporació, així com les operacions auxiliars. És important tenir en compte que l'evaporació implica l'ús de mitjans agressius: líquids calents, gasos, vapor d'aigua, etc. A això s'afegeix el fons desfavorable de les substàncies químicament actives diana. Aquests i altres factors d'impacte tecnològic advers requereixen l'ús de materials especials per al muntatge d'evaporadors, la qual cosa augmenta les propietats protectores de les estructures.
Dispositiu bàsic de l'evaporador
La majoria dels evaporadors industrials moderns utilitzen un sistema multicomponent basat en un intercanviador de calor amb un condensador i una cambra d'evaporació. Per optimitzar el procés i una concentració més eficient de solucions, la presència deEl separador és una unitat que es connecta en un ordre separat a través del conducte de gas i organitza l'eliminació del vapor secundari. Els separadors de tipus extern s'utilitzen més habitualment, que funcionen en condicions de força centrífuga. Què és fonamentalment diferent l'evaporador al buit? La creació d'un buit us permet aconseguir l'efecte d'evaporació suau. Això proporciona dos punts positius: l'acceleració del procés d'evaporació (la solució de servei passa menys temps a la cambra) i un augment de la qualitat de la substància concentrada. Els productes de sortida es poden utilitzar en altres operacions tecnològiques a la mateixa empresa de processament objectiu. Per fer-ho, organitzen la connexió de mòduls individuals amb fluxos de sortida, gràcies al qual no només es realitza l'eliminació de l'excés de mescles de gasos, sinó que s'assegura la regulació del cabal amb els paràmetres de lliurament necessaris en termes de força de pressió i moviment. velocitat. A més, molts evaporadors es poden combinar opcionalment amb unitats de pretractament o dilució de residus per satisfer els requisits dels processos on es pot reutilitzar el mateix gas.
Aparell amb circulació forçada
El disseny es basa en un intercanviador de calor de carcassa i tub vertical o horitzontal amb una cambra de calefacció i un separador concèntric. El procés de treball està recolzat per una estació de bomba de circulació i un recipient flash. Normalment, el procés forçat de moviment de les mescles de treball s'implementa en evaporadors de doble closca ambesquema de circulació a contracorrent. Com a part d'aquests dispositius, també hi ha un dispositiu per a la destil·lació i la purificació de vapor de compostos orgànics i salins. La capacitat mitjana de l'evaporador de circulació forçada és d'uns 9000 kg/h i la relació de concentració arriba al 65%.
Durant el funcionament d'aquesta unitat, el líquid circula pels contorns de la cambra de calefacció a causa de la força proporcionada per la bomba. A la cambra, la temperatura del líquid es porta al punt d'ebullició, després del qual la pressió al bloc separador es redueix bruscament. A partir d'aquest moment s'inicia el procés d'evaporació activa d'una part del líquid. Quins avantatges té l'ús d'aquest tipus d'unitats? Aquesta és la solució més eficaç quan es manipulen mescles contaminades viscoses i problemàtiques. Per exemple, per a l'evaporació de solucions salines, aquesta opció és més adequada que els evaporadors d'efecte únic, que poden mostrar una velocitat de circulació més alta, però la seva potència no serà suficient per proporcionar ni tan sols un nivell mitjà de productivitat. Per cert, els evaporadors moderns amb circulació forçada realitzen operacions d'ebullició i evaporació no a les parets de calefacció de la cambra principal, sinó al separador, de manera que es minimitza la contaminació de la unitat de treball principal.
Evaporadors amb intercanviador de calor de plaques
La característica de disseny d'aquestes instal·lacions és la presència de plaques especials, a causa de les quals el medi de treball es dirigeix a través de la cambra de calefacció per canals alterns. Per segellar les plaques, s'utilitzen juntes especials, també ho sónrealitza la funció d'aïllament tèrmic, que augmenta l'eficiència de la transferència de calor.
Per regla general, es tracta d'evaporadors multiefecte amb una capacitat d'unes 15 t/h. Els fluxos d'escalfament d'aigua i el producte objectiu es mouen en contracorrent pels seus canals, desprenent part de l'energia. La força per al moviment dels mitjans és generada per la mateixa bomba de circulació, però, el disseny de les plaques està dissenyat per suportar l'efecte de la turbulència en el circuit, la qual cosa redueix el potencial de potència requerit per suportar la transferència del producte i del refrigerant. Com a resultat de l'intercanvi de calor actiu, el medi de treball bull, després del qual es forma vapor. Els productes líquids residuals es tallen al bloc separador a causa de la força centrífuga.
Aquest és un dels pocs casos quan es tracta d'un evaporador universal pel que fa a la capacitat de treballar amb diferents mitjans tecnològics. En particular, el principi de funcionament d'una planta d'evaporació amb un intercanviador de calor de plaques permet l'ús de vapor-gas i medis aquosos. Al mateix temps, s'assegura una alta qualitat de concentració, ja que l'evaporació es realitza de manera uniforme en un mode suau en una sola passada. El disseny en si s'optimitza al màxim en mida, la qual cosa facilita la instal·lació i les mesures tècniques. Per tant, l'alçada de l'espai d'instal·lació amb totes les comunicacions i canonades de connexió per a aquest dispositiu és de 3-4 m.
Evaporadors de circulació natural de tres efectes
Estructuralment, aquests dispositius es distingeixen per la presència d'un curtintercanviador de calor situat verticalment i la col·locació superior del separador. El fluid de treball es subministra des de sota, després d'això puja a través dels tubs de calefacció a través de la cambra. S'implementa el principi d'una pel·lícula ascendent o d'un ascensor de gas. Si als camps de petroli i gas, el gas associat realitza el producte, en el cas d'un evaporador de tres recipients, els vapors calents aixequen el líquid al llarg dels circuits de closca i tub. Tot el procés té lloc en el marc de l'ebullició. El líquid separat del vapor es porta a terme a través del tub de retorn a l'intercanviador de calor, després del qual s'envia de nou al separador per a la següent sessió de separació. Aquest procés es repeteix diverses vegades fins que s'assoleix el nivell de concentració desitjat.
La velocitat d'evaporació en aquest cas està determinada per la diferència de temperatura a la cambra de calefacció i la unitat d'ebullició. Ambdós indicadors es poden ajustar mitjançant un control automàtic. La circulació natural a l'evaporador al buit permet una gran capacitat específica amb una ràpida posada en marxa. Però no s'ha de confiar en el manteniment de solucions que contenen compostos complexos o tèrmicament inestables. Es tracta d'un equip altament especialitzat, el càlcul del qual es realitza per a la indústria química i alimentària, on es requereix realitzar operacions de separació puntual amb una càrrega de petita capacitat. Per exemple, els evaporadors de glicerina proporcionen una velocitat de processament de 3600 kg/h.
Com funciona un condensador baromètric
Varietatintercanviadors de calor de mescla, que no realitzen la separació superficial dels mitjans de treball en el procés de desbordament, però permeten la seva barreja. És a dir, en el moment de l'escalfament, la solució concentrada condicional pot entrar en contacte amb el medi calent del procés representat per vapor o aigua. El propi condensador baromètric forma part d'una complexa planta d'evaporació, que realitza els processos de barreja d'aigua de refrigeració i vapor secundari. Com que els volums del condensat recentment format són inferiors al volum de vapor, es produeix un buit natural. Per mantenir-lo, cal eliminar l'aire atmosfèric del condensador, que s'hi envia juntament amb els fluxos de refrigerant. En alguns dissenys, l'aire també pot entrar per defectes de la caixa del condensador. La sortida de mescles mixtes del condensador es realitza a través d'un tub baromètric. Està prèviament submergit en el líquid i forma un segell hidràulic que impedeix el pas d'aire al condensador.
El principi de funcionament de l'aparell capacitiu
Un equip especial per a processos tecnològics d'evaporació. La principal diferència entre les unitats capacitives pel que fa al principi de funcionament és el suport del mode de circulació lliure, que s'aconsegueix a causa de la configuració interna de la ubicació dels circuits al sistema d'intercanvi de calor. La infraestructura de la xarxa d'intercanvi de calor està formada per feixos de tubs, bobines i altres elements que creen les condicions per a una multietapa i en molts aspectes.difícil procés de transferència d'energia tèrmica. Per cert, els evaporadors capacitius pràcticament no s'utilitzen en el treball amb solucions viscoses, sensibles a la calor i cristal·litzants precisament a causa de la lliure, però lenta circulació dels fluxos. A més, els coeficients de transferència de calor en aquest sistema són petits, cosa que afecta negativament el rendiment global de l'evaporació. Com es justifiquen els dispositius capacitius? S'utilitzen amb èxit en indústries de petit tonatge, on el coeficient de transferència de calor no és tan significatiu amb els volums de producció. La disposició interna dels evaporadors capacitius, amb totes les seves mancances, obre moltes oportunitats per organitzar la circulació dirigida, la qual cosa és molt important a les empreses amb poca mobilitat estructural a l'hora de connectar canals de comunicació.
Càlcul de l'evaporador
En un disseny d'evaporador integrat, es fan càlculs individuals per a cada component, ja que les característiques del procés de producció poden canviar en cada etapa. Per regla general, les dades següents s'utilitzen com a dades inicials:
- pressió de vapor aproximada;
- calor de concentració;
- propietats de la solució inicial;
- nivell de pèrdua de calor;
- coeficient de transferència de calor;
- paràmetres de disseny que ja estan configurats i que no es poden canviar.
Per a les plantes d'evaporació de tres efectes, el càlcul amb les dades inicials esmentades anteriorment es pot dur a terme mitjançant diversos paràmetres alhora, inclosa la potència de la bomba de circulació, el volum de la cambra de calefacció,la quantitat màxima de líquid servit, etc. Les tasques de disseny més importants inclouen el càlcul del disseny del mateix condensador baromètric, el separador i la determinació de les característiques dels elements de la canonada. En particular, la intensitat de l'evaporació en sistemes amb evaporació contínua dependrà dels diàmetres dels broquets i de la longitud dels tubs de transició.
Requisits de flux de treball
Els indicadors calculats per a l'organització del procés d'evaporació poden no donar l'efecte esperat si no es compleixen els requisits del medi extern. Molt dependrà de les condicions dins de l'habitació on s'utilitzi l'equip. Segons els requisits, els evaporadors d'un sol pas només es poden utilitzar en habitacions amb una superfície d'almenys 4,5 m2 i una alçada de 3,2 m com una xemeneia. No serà superflu proporcionar una campana ajustable amb una reixa i una configuració d'empenta.
El sistema de ventilació està dissenyat segons normes especials. Ha d'incloure canals d'entrada i sistemes d'escapament amb connexió directa a les zones on es realitza directament el procés d'evaporació. És obvi que un sistema de ventilació complex que funcioni de manera regular en dues direccions requerirà un suport energètic seriós. Però al mateix temps, el soroll emès pels canals i els equips operatius no hauria de superar els 75 dB. I això per no parlar del compliment dels requisits de foc iseguretat elèctrica. Si l'evaporador funciona regularment amb mescles de gasos, s'ha d'organitzar un sistema especial de desgasificació d'aire. Pot formar part d'un únic complex de comunicacions d'intercanvi de calor, que permetrà, en alguns aspectes operatius, complementar les funcions d'ambdós sistemes.
Conclusió
Les operacions d'evaporació i concentració s'han utilitzat durant molt de temps a les indústries com a processos tecnològics principals i secundaris. En la majoria dels casos, els materials es preparen d'aquesta manera per a etapes posteriors de fabricació de productes o preparació de mitjans tècnics. Els evaporadors i les instal·lacions de buit es poden situar entre les eines més productives per resoldre aquests problemes. Els indicadors d' alt rendiment s'expliquen per la presència de la funció d'un evaporador de circulació que funciona des d'una font d'energia externa en forma d'estació de bombeig. Hi ha diferents combinacions de la interacció del grup de circulació amb la cambra de calefacció i el separador, però en principi, els sistemes multicomponents d'aquest tipus proporcionen el màxim rendiment de l'operació tecnològica, tant pel que fa a la qualitat de la concentració del producte com a la dinàmica de el procés d'evaporació.
