Топлообменните технологични процеси намират широко приложение в различни индустрии за създаване на необходимите условия за обработка или промяна на температурното състояние на оборудването, както и на производствените заготовки. В предприятия, където са поставени задачи за промяна на характеристиките на течната среда, топлината може да се използва като средство за поддържане на кипене. Технически подобни проблеми се решават с помощта на изпарители, снабдени със специален набор от функционални компоненти за организиране на топлообменния процес.
Какъв е процесът на изпаряване?
В промишления сектор изпаряването се разглежда като метод за концентриране на течни разтвори, които се основават на нисколетливи или нелетливи вещества, разтворени в летливи активни смеси. Този процес се извършва в резултатизпаряване на разтворителя по време на кипене. Тази процедура най-често се подлага на алкали, соли, както и на висококипящи течности. Но във всеки случай основната задача на процеса е да се получи чист разтворител или отделни вещества във висока степен на концентрация. Ако говорим за целенасочено пречистване на специфичен компонент от разтвора, тогава процесът на изпаряване може да бъде допълнен от операция на кристализация, при която е възможно образуването на целевото вещество в твърда форма.
От технологична гледна точка, изпарението е комбинация от редица топлообменни операции. Сложността на техническата организация на този процес налага използването на специално оборудване. В това си качество се използва вакуумен изпарител с оптимизиран дизайн, предназначен за извършване на основните процеси на изпаряване, както и спомагателни операции. Важно е да се има предвид, че изпаряването включва използването на агресивни среди – горещи течности, газове, водни пари и др. Към това се добавя и неблагоприятният фон от целевите химически активни вещества. Тези и други фактори на неблагоприятно технологично въздействие налагат използването на специални материали за монтажа на изпарителите, което повишава защитните свойства на конструкциите.
Основно устройство на изпарителя
Повечето съвременни индустриални изпарители използват многокомпонентна система, базирана на топлообменник с кондензатор и изпарителна камера. За оптимизиране на процеса и по-ефективна концентрация на разтворите, наличието насепараторът е агрегат, който е свързан в отделен ред през газопровода и организира отстраняването на вторичната пара. По-често се използват сепаратори от външен тип, които работят в условия на центробежна сила. Какво е фундаментално различен вакуумен изпарител? Създаването на вакуум ви позволява да постигнете ефекта на меко изпаряване. Това осигурява две положителни точки - ускоряване на процеса на изпаряване (обслужваният разтвор прекарва по-малко време в камерата) и повишаване на качеството на концентрираното вещество. Изходните продукти могат да се използват в други технологични операции в същото целево преработвателно предприятие. За да направите това, те организират свързването на отделни модули с изходни потоци, благодарение на което се извършва не само отстраняване на излишните газови смеси, но се осигурява регулирането на потока с необходимите параметри на доставка по отношение на силата на налягане и движението скорост. Нещо повече, много изпарители могат по избор да бъдат сдвоени с устройства за предварително третиране или разреждане на отпадъци, за да отговарят на изискванията на процесите, при които същият газ може да се използва повторно.
Апарат с принудителна циркулация
Дизайнът се основава на вертикален или хоризонтален кожухотръбен топлообменник с нагревателна камера и концентричен сепаратор. Работният процес се поддържа от циркулационна помпена станция и флаш съд. Обикновено принудителният процес на движение на работните смеси се осъществява в двукорпусни изпарители ссхема за противоточна циркулация. Като част от такива устройства има и устройство за дестилация и пречистване с пара от органични и солни съединения. Средният капацитет на изпарителя с принудителна циркулация е около 9000 kg/h, а съотношението на концентрация достига 65%.
По време на работа на такъв агрегат, течността циркулира по контурите на нагревателната камера поради силата, предоставена от помпата. В камерата температурата на течността се довежда до точката на кипене, след което налягането в сепараторния блок рязко намалява. От този момент започва процесът на активно изпаряване на част от течността. Какви са ползите от използването на този тип единица? Това е най-ефективното решение при работа с вискозни и проблемни замърсени смеси. Например, за изпаряване на физиологични разтвори тази опция е по-подходяща от изпарителите с един ефект, които могат да покажат по-висока скорост на циркулация, но тяхната мощност няма да е достатъчна, за да осигури дори средно ниво на производителност. Между другото, съвременните изпарители с принудителна циркулация извършват операции по кипене и изпаряване не върху нагревателните стени в основната камера, а в сепаратора, така че замърсяването на основния работен блок е сведено до минимум.
Изпарители с пластинчат топлообменник
Конструктивната особеност на такива инсталации е наличието на специални плочи, поради които работната среда се насочва през нагревателната камера по редуващи се канали. За уплътняване на плочите се използват специални уплътнения - те също саизпълнява функцията на топлоизолация, което повишава ефективността на топлопреминаването.
По правило това са многоефектни изпарители с капацитет около 15 t/h. Отоплителните потоци вода и целевият продукт се движат в противоток по своите канали, отделяйки част от енергията. Силата за движение на средата се генерира от същата циркулационна помпа, но дизайнът на плочите е проектиран да поддържа ефекта на турбуленция във веригата, което намалява необходимия потенциал на мощност за поддържане на преноса на продукта и охлаждащата течност. В резултат на активен топлообмен работната среда кипи, след което се образува пара. Остатъчните течни продукти се отрязват в сепараторния блок поради центробежна сила.
Това е един от малкото случаи, когато става въпрос за универсален изпарител по отношение на възможността за работа с различни технологични среди. По-специално, принципът на работа на изпарителна инсталация с пластинчат топлообменник позволява използването на пара-газ и водна среда. В същото време се осигурява високо качество на концентрация, тъй като изпаряването се извършва равномерно в щадящ режим за един проход. Самият дизайн е максимално оптимизиран по размер, което улеснява монтажа и техническите мерки. И така, височината на инсталационното пространство с всички комуникации и свързващи тръби за такова устройство е 3-4 м.
Изпарители с три ефекта с естествена циркулация
Структурно такива устройства се отличават с наличието на късо съединениевертикално разположен топлообменник и горното разположение на сепаратора. Работната течност се подава отдолу, след което се издига през нагревателните тръби през камерата. Реализиран е принципът на възходящ филм или газ лифт. Ако в нефтени и газови находища, свързаният газ изнася продукта, тогава в случай на изпарител с три съда, горещите пари повдигат течността по тръбните вериги. Целият процес протича на фона на кипене. Течността, отделена от парата, се извежда през връщащата тръба към топлообменника, след което отново се изпраща в сепаратора за следващата сесия на разделяне. Този процес се повтаря няколко пъти, докато се достигне желаното ниво на концентрация.
Скоростта на изпаряване в този случай се определя от температурната разлика в нагревателната камера и кипящата единица. И двата индикатора могат да се регулират чрез автоматично управление. Естествената циркулация във вакуумния изпарител позволява висок специфичен капацитет с бързо стартиране. Но не трябва да се разчита на поддръжката на разтвори, съдържащи сложни или термично нестабилни съединения. Това е високоспециализирано оборудване, чието изчисление е направено за химическата и хранително-вкусовата промишленост, където се изисква извършване на операции по разделяне на точки с малък товар. Например, изпарителите на глицерин осигуряват скорост на обработка от 3600 kg/h.
Как работи барометричният кондензатор
Разнообразиесмесителни топлообменници, които не извършват повърхностно разделяне на работните среди в процеса на преливане, но позволяват тяхното смесване. С други думи, в момента на нагряване условният концентриран разтвор може да влезе в контакт с технологичната гореща среда, представена от пара или вода. Самият барометричен кондензатор е част от сложна изпарителна инсталация, която извършва процесите на смесване на охлаждаща вода и вторична пара. Тъй като обемите на новообразувания кондензат са по-малки от обема на парата, възниква естествен вакуум. За да се поддържа, е необходимо да се отстрани атмосферният въздух от кондензатора, който се изпраща там заедно с потоците на охлаждащата течност. В някои конструкции въздухът може да влезе и чрез дефекти в корпуса на кондензатора. Извеждането на смесени смеси от кондензатора се осъществява през барометрична тръба. Предварително е потопен в течността и образува хидравлично уплътнение, което предотвратява преминаването на въздух в кондензатора.
Принципът на действие на капацитивния апарат
Специален вид оборудване за технологични процеси на изпаряване. Основната разлика между капацитивните блокове по отношение на принципа на работа е поддържането на режим на свободна циркулация, което се постига поради вътрешната конфигурация на разположението на веригите в топлообменната система. Инфраструктурата на топлообменната мрежа се формира от тръбни снопове, намотки и други елементи, които създават условия за многоетапна и в много отношениятруден процес на пренос на топлинна енергия. Между другото, капацитивните изпарители практически не се използват при работа с вискозни, топлочувствителни и кристализиращи разтвори именно поради свободната, но бавна циркулация на потоците. Освен това коефициентите на топлопреминаване в тази система са малки, което се отразява негативно на цялостното изпаряване. Как се оправдават капацитивните устройства? Те се използват успешно в индустрии с малък тонаж, където коефициентът на топлопреминаване не е толкова значителен с обемите на продукцията. Вътрешното разположение на капацитивните изпарители, с всичките си недостатъци, отваря много възможности за организиране на насочена циркулация, което е много важно в предприятия с ниска структурна мобилност при свързване на комуникационни канали.
Изчисление на изпарителя
В интегриран дизайн на изпарителя се правят индивидуални изчисления за всеки компонент, тъй като характеристиките на производствения процес могат да се променят на всеки етап. Като правило се използват следните изходни данни:
- приблизително налягане на парата;
- топлина на концентрация;
- свойства на първоначалното решение;
- ниво на топлинна загуба;
- коефициент на топлопреминаване;
- дизайн параметри, които вече са зададени и не могат да бъдат променени.
За изпарителни инсталации с три ефекта, изчислението с гореспоменатите първоначални данни може да се извърши с помощта на няколко параметъра наведнъж, включително мощността на циркулационната помпа, обема на нагревателната камера,максималното количество обслужвана течност и др. Най-важните проектни задачи включват проектно изчисляване на същия барометричен кондензатор, сепаратор и определяне на характеристиките на тръбопроводните елементи. По-специално, интензитетът на изпаряване в системи с непрекъснато изпаряване ще зависи от диаметрите на дюзите и дължината на преходните тръби.
Изисквания за работния процес
Изчислените показатели за организация на процеса на изпаряване може да не дадат очаквания ефект, ако не са спазени изискванията за външната среда. Много ще зависи от условията в помещението, където се използва оборудването. Съгласно изискванията, еднократните изпарители могат да се използват само в помещения с площ от най-малко 4,5 m2 и височина 3,2 m. като комин. Няма да е излишно да осигурите регулируема качулка с врата и настройка на тягата.
Вентилационната система е проектирана по специални правила. Тя трябва да включва входящи канали и изпускателни системи с директна връзка към зоните, където директно се извършва процесът на изпаряване. Очевидно е, че сложна вентилационна система, работеща в редовен режим в две посоки, ще изисква сериозна енергийна поддръжка. Но в същото време излъчваният шум от каналите и работното оборудване не трябва да надвишава 75 dB. И това да не говорим за спазването на изискванията на огъня иелектрическа безопасност. Ако изпарителят редовно работи с газови смеси, тогава трябва да се организира специална система за обезгазяване на въздуха. Може да бъде част от единен комплекс топлообменни комуникации, което ще позволи в някои оперативни аспекти да допълни функциите на двете системи.
Заключение
Операциите по изпаряване и концентриране отдавна се използват в индустриите както като основни, така и като вторични технологични процеси. В повечето случаи материалите се подготвят по този начин за по-нататъшни етапи на производство на продукти или подготовка на технически средства. Вакуумните изпарители и инсталации могат да бъдат поставени сред най-продуктивните инструменти за решаване на подобни проблеми. Показателите за висока производителност се обясняват с наличието на функцията на циркулационен изпарител, работещ от външен източник на енергия под формата на помпена станция. Съществуват различни комбинации от взаимодействието на циркулационната група с нагревателната камера и сепаратора, но по принцип многокомпонентните системи от този тип осигуряват най-висока производителност на технологичната операция, както по отношение на качеството на концентрацията на продукта, така и по отношение на динамиката на процеса на изпаряване.
