Technologické procesy tepelnej výmeny sú široko používané v rôznych priemyselných odvetviach na vytvorenie nevyhnutných podmienok pre spracovanie alebo zmenu teplotného stavu zariadení, ako aj výroby prírezov. V podnikoch, kde sú úlohy nastavené na zmenu charakteristík kvapalných médií, možno použiť teplo ako prostriedok na udržanie varu. Technicky sa podobné problémy riešia pomocou výparníkov vybavených špeciálnou sadou funkčných komponentov na organizáciu procesu výmeny tepla.
Aký je proces odparovania?
V priemyselnom sektore sa odparovanie považuje za metódu zahusťovania kvapalných roztokov, ktoré sú založené na málo prchavých alebo neprchavých látkach rozpustených v prchavých aktívnych zmesiach. Tento proces sa vykonáva ako výsledokodparovanie rozpúšťadla počas varu. Tento postup je najčastejšie vystavený alkáliám, soliam, ako aj kvapalinám s vysokou teplotou varu. Ale v každom prípade je hlavnou úlohou procesu získať čisté rozpúšťadlo alebo jednotlivé látky vo vysokom stupni koncentrácie. Ak hovoríme o cielenom čistení konkrétnej zložky roztoku, potom je možné proces odparovania doplniť o kryštalizačnú operáciu, pri ktorej je možná tvorba cieľovej látky v tuhej forme.
Z technologického hľadiska je odparovanie kombináciou množstva operácií výmeny tepla. Zložitosť technickej organizácie tohto procesu si vyžaduje použitie špeciálneho vybavenia. V tejto kapacite sa používa vákuová odparka s optimalizovaným dizajnom, určená na vykonávanie hlavných procesov odparovania, ako aj pomocných operácií. Je dôležité mať na pamäti, že pri vyparovaní sa používajú agresívne médiá - horúce kvapaliny, plyny, vodná para a pod. K tomu sa pridáva nepriaznivé pozadie od cieľových chemicky aktívnych látok. Tieto a ďalšie faktory nepriaznivého technologického vplyvu vyžadujú použitie špeciálnych materiálov na montáž výparníkov, čo zvyšuje ochranné vlastnosti konštrukcií.
Základné zariadenie výparníka
Väčšina moderných priemyselných výparníkov používa viaczložkový systém založený na výmenníku tepla s kondenzátorom a odparovacou komorou. Pre optimalizáciu procesu a efektívnejšiu koncentráciu roztokov, prítomnosťseparátor je jednotka, ktorá je pripojená v samostatnom poradí cez plynovod a organizuje odstraňovanie sekundárnej pary. Častejšie sa používajú separátory externého typu, ktoré pracujú v podmienkach odstredivej sily. Čím sa zásadne líši vákuový výparník? Vytvorenie vákua umožňuje dosiahnuť efekt mäkkého odparovania. To poskytuje dva pozitívne body - zrýchlenie procesu odparovania (servisovaný roztok trávi menej času v komore) a zvýšenie kvality koncentrovanej látky. Výstupné produkty môžu byť použité v iných technologických operáciách v tom istom cieľovom spracovateľskom podniku. Na tento účel organizujú prepojenie jednotlivých modulov s výstupnými tokmi, vďaka čomu sa vykonáva nielen odstraňovanie prebytočných zmesí plynov, ale je zabezpečená regulácia prietoku s potrebnými parametrami dodávania z hľadiska tlakovej sily a pohybu. rýchlosť. A čo viac, mnohé výparníky možno voliteľne spárovať s jednotkami na predúpravu alebo riedenie odpadu, aby sa splnili požiadavky procesov, v ktorých je možné znova použiť ten istý plyn.
Prístroj s núteným obehom
Konštrukcia je založená na vertikálnom alebo horizontálnom rúrkovom výmenníku tepla s vykurovacou komorou a koncentrickým separátorom. Pracovný proces je podporovaný stanicou obehového čerpadla a bleskovou nádobou. Obvykle sa nútený proces pohybu pracovných zmesí realizuje v dvojplášťových výparníkoch sschéma protiprúdovej cirkulácie. Súčasťou takýchto zariadení je aj zariadenie na destiláciu a čistenie pary z organických a soľných zlúčenín. Priemerná kapacita výparníka s núteným obehom je asi 9000 kg/h a pomer koncentrácie dosahuje 65 %.
Počas prevádzky takejto jednotky kvapalina cirkuluje pozdĺž obrysov ohrievacej komory v dôsledku sily, ktorú poskytuje čerpadlo. V komore sa teplota kvapaliny privedie na bod varu, po ktorom sa tlak v bloku separátora prudko zníži. Od tohto momentu začína proces aktívneho odparovania časti kvapaliny. Aké sú výhody používania tohto typu jednotky? Ide o najefektívnejšie riešenie pri manipulácii s viskóznymi a problematickými kontaminovanými zmesami. Napríklad na odparovanie soľných roztokov je táto možnosť vhodnejšia ako jednočinné odparovače, ktoré môžu vykazovať vyššiu rýchlosť cirkulácie, ale ich výkon nebude stačiť na zabezpečenie ani priemernej úrovne produktivity. Mimochodom, moderné výparníky s núteným obehom vykonávajú operácie varenia a odparovania nie na vykurovacích stenách v hlavnej komore, ale v separátore, takže kontaminácia hlavnej pracovnej jednotky je minimalizovaná.
Výparníky s doskovým výmenníkom tepla
Konštrukčným znakom takýchto inštalácií je prítomnosť špeciálnych dosiek, vďaka ktorým je pracovné médium nasmerované cez vykurovaciu komoru pozdĺž striedajúcich sa kanálov. Na utesnenie dosiek sa používajú špeciálne tesnenia - tiež súplnia funkciu tepelnej izolácie, ktorá zvyšuje účinnosť prenosu tepla.
Spravidla ide o viacúčelové odparky s výkonom cca 15 t/h. Ohrievacie toky vody a cieľového produktu sa pohybujú v protiprúde pozdĺž svojich kanálov a odovzdávajú časť energie. Sila pre pohyb média je generovaná rovnakým obehovým čerpadlom, avšak konštrukcia dosiek je navrhnutá tak, aby podporovala efekt turbulencie v okruhu, čím sa znižuje potrebný výkonový potenciál na podporu prenosu produktu a chladiacej kvapaliny. V dôsledku aktívnej výmeny tepla dochádza k varu pracovného média, po ktorom sa vytvára para. Zvyškové tekuté produkty sú odrezané v bloku separátora v dôsledku odstredivej sily.
Toto je jeden z mála prípadov, keď ide o univerzálny výparník z hľadiska schopnosti pracovať s rôznymi technologickými médiami. Najmä princíp činnosti odparovacieho zariadenia s doskovým výmenníkom tepla umožňuje použitie paroplynových a vodných médií. Zároveň je zabezpečená vysoká kvalita koncentrácie, pretože odparovanie prebieha rovnomerne v šetrnom režime v jednom prechode. Samotný dizajn je rozmerovo maximálne optimalizovaný, čo uľahčuje inštaláciu a technické opatrenia. Výška inštalačného priestoru so všetkými komunikáciami a spojovacím potrubím pre takéto zariadenie je teda 3-4 m.
Trojčinné výparníky s prirodzenou cirkuláciou
Štrukturálne sa takéto zariadenia vyznačujú prítomnosťou skratuvertikálne umiestnený výmenník tepla a horné umiestnenie separátora. Pracovná kvapalina sa dodáva zospodu, potom stúpa cez vykurovacie potrubia cez komoru. Je implementovaný princíp stúpajúcej fólie alebo plynového výťahu. Ak v ropných a plynových poliach pridružený plyn nesie produkt, potom v prípade trojnádobového výparníka horúce pary zdvíhajú kvapalinu pozdĺž obvodov plášťa a rúrky. Celý proces prebieha na pozadí varu. Kvapalina oddelená od pár sa vedie cez spätné potrubie do výmenníka tepla, po ktorom sa opäť posiela do separátora na ďalšiu separačnú reláciu. Tento proces sa niekoľkokrát opakuje, kým sa nedosiahne požadovaná úroveň koncentrácie.
Rýchlosť vyparovania je v tomto prípade určená rozdielom teplôt v ohrievacej komore a vo varnej jednotke. Oba indikátory je možné nastaviť automatickým ovládaním. Prirodzená cirkulácia vo vákuovom výparníku umožňuje vysokú špecifickú kapacitu s rýchlym nábehom. Netreba sa však spoliehať na údržbu roztokov obsahujúcich zložité alebo tepelne nestabilné zlúčeniny. Ide o vysoko špecializované zariadenie, ktorého výpočet sa robí pre chemický a potravinársky priemysel, kde je potrebné vykonávať bodové separačné operácie s malým kapacitným zaťažením. Napríklad glycerínové odparky poskytujú rýchlosť spracovania 3600 kg/h.
Ako funguje barometrický kondenzátor
Rozmanitosťzmiešavacie výmenníky tepla, ktoré v procese prepadu nevykonávajú povrchovú separáciu pracovných médií, ale umožňujú ich miešanie. Inými slovami, v momente zahrievania môže podmienečne koncentrovaný roztok prísť do kontaktu s procesným horúcim médiom predstavovaným parou alebo vodou. Samotný barometrický kondenzátor je súčasťou komplexného odparovacieho zariadenia, ktoré vykonáva procesy miešania chladiacej vody a sekundárnej pary. Keďže objemy novovzniknutého kondenzátu sú menšie ako objem pary, vzniká prirodzené vákuum. Na jej udržanie je potrebné odstrániť atmosférický vzduch z kondenzátora, ktorý sa tam posiela spolu s prúdmi chladiacej kvapaliny. V niektorých prevedeniach môže vzduch vnikať aj cez defekty v puzdre kondenzátora. Výstup zmiešaných zmesí z kondenzátora sa uskutočňuje cez barometrickú trubicu. Je vopred ponorený do kvapaliny a tvorí hydraulické tesnenie, ktoré zabraňuje prechodu vzduchu do kondenzátora.
Princíp činnosti kapacitného aparátu
Špeciálny druh zariadenia pre technologické procesy odparovania. Hlavným rozdielom medzi kapacitnými jednotkami z hľadiska princípu činnosti je podpora režimu voľného obehu, ktorá sa dosahuje vďaka vnútornej konfigurácii umiestnenia okruhov v systéme výmeny tepla. Infraštruktúru siete výmenníkov tepla tvoria zväzky rúr, hady a ďalšie prvky, ktoré vytvárajú podmienky pre viacstupňovú a v mnohých ohľadochnáročný proces prenosu tepelnej energie. Mimochodom, kapacitné výparníky sa prakticky nepoužívajú pri práci s viskóznymi, tepelne citlivými a kryštalizujúcimi roztokmi práve kvôli voľnej, ale pomalej cirkulácii tokov. Okrem toho sú koeficienty prestupu tepla v tomto systéme malé, čo negatívne ovplyvňuje celkový výkon odparovania. Ako sa kapacitné zariadenia ospravedlňujú? S úspechom sa používajú v malotonážnych odvetviach, kde súčiniteľ prestupu tepla nie je pri výkonových objemoch taký významný. Vnútorné usporiadanie kapacitných výparníkov so všetkými jeho nedostatkami otvára množstvo príležitostí na organizáciu riadeného obehu, čo je veľmi dôležité v podnikoch s nízkou štrukturálnou mobilitou pri prepájaní komunikačných kanálov.
Výpočet výparníka
V dizajne integrovaného výparníka sa pre každý komponent robia individuálne výpočty, pretože charakteristiky výrobného procesu sa môžu v každej fáze meniť. Ako počiatočné údaje sa spravidla používajú tieto údaje:
- približný tlak pary;
- teplo koncentrácie;
- vlastnosti pôvodného riešenia;
- úroveň tepelných strát;
- koeficient prestupu tepla;
- parametre dizajnu, ktoré sú už nastavené a nemožno ich zmeniť.
Pre trojefektové odparky je možné výpočet s vyššie uvedenými počiatočnými údajmi vykonať pomocou niekoľkých parametrov naraz, vrátane výkonu obehového čerpadla, objemu vykurovacej komory,maximálne množstvo obsluhovanej kvapaliny a pod. Medzi najdôležitejšie konštrukčné úlohy patrí návrhový výpočet toho istého barometrického kondenzátora, separátora a určenie charakteristík potrubných prvkov. Najmä intenzita vyparovania v systémoch s kontinuálnym vyparovaním bude závisieť od priemerov trysiek a dĺžky prechodových rúrok.
Požiadavky na pracovný postup
Vypočítané ukazovatele pre organizáciu procesu odparovania nemusia poskytnúť očakávaný efekt, ak nie sú splnené požiadavky na vonkajšie prostredie. Veľa bude závisieť od podmienok vo vnútri miestnosti, kde sa zariadenie používa. Prietokové výparníky je možné podľa požiadaviek použiť len v miestnostiach s plochou minimálne 4,5 m2 a výškou 3,2 m. Nebude zbytočné poskytnúť nastaviteľnú kapucňu s bránou a nastavením ťahu.
Vetrací systém je navrhnutý podľa špeciálnych pravidiel. Mal by zahŕňať prítokové kanály a výfukové systémy s priamym napojením na oblasti, kde sa priamo vykonáva proces odparovania. Je zrejmé, že komplexný ventilačný systém pracujúci v bežnom režime v dvoch smeroch bude vyžadovať vážnu podporu napájania. Zároveň by však hluk vyžarovaný z kanálov a prevádzkových zariadení nemal prekročiť 75 dB. A to nehovoriac o dodržiavaní požiadaviek požiaru aelektrická bezpečnosť. Ak výparník pravidelne pracuje so zmesami plynov, musí sa zorganizovať špeciálny systém odplyňovania vzduchu. Môže byť súčasťou jedného komplexu tepelnej výmennej komunikácie, čo v niektorých prevádzkových aspektoch umožní dopĺňať funkcie oboch systémov.
Záver
Operácie odparovania a koncentrácie sa už dlho používajú v priemyselných odvetviach ako hlavné aj ako vedľajšie technologické procesy. Vo väčšine prípadov sa týmto spôsobom pripravujú materiály pre ďalšie fázy výroby produktov alebo prípravy technických prostriedkov. Vákuové výparníky a inštalácie možno zaradiť medzi najproduktívnejšie nástroje na riešenie takýchto problémov. Ukazovatele vysokého výkonu sú vysvetlené prítomnosťou funkcie cirkulačného výparníka pracujúceho z externého zdroja energie vo forme čerpacej stanice. Existujú rôzne kombinácie interakcie cirkulačnej skupiny s vykurovacou komorou a separátorom, ale v zásade viaczložkové systémy tohto typu poskytujú najvyšší výkon technologickej operácie, a to ako z hľadiska kvality koncentrácie produktu, tak aj dynamiky proces odparovania.
