Tehnološki procesi razmene toplote se široko koriste u raznim industrijama za stvaranje neophodnih uslova za obradu ili promenu temperaturnog stanja opreme, kao i proizvodnih zalogaja. U preduzećima u kojima se postavljaju zadaci da se promene karakteristike tečnih medija, toplota se može koristiti kao sredstvo za održavanje ključanja. Tehnički, slični problemi se rješavaju uz pomoć isparivača koji imaju poseban set funkcionalnih komponenti za organizaciju procesa izmjene topline.
Šta je proces isparavanja?
U industrijskom sektoru, isparavanje se smatra metodom koncentriranja tečnih rastvora, koji se zasnivaju na nisko-isparljivim ili neisparljivim supstancama rastvorenim u isparljivim aktivnim smešama. Ovaj proces se provodi kao rezultatisparavanje rastvarača tokom ključanja. Ovom postupku najčešće se podvrgavaju lužine, soli, kao i tečnosti visokog ključanja. Ali u svakom slučaju, glavni zadatak procesa je da se dobije čisto otapalo ili pojedinačne supstance u visokom stepenu koncentracije. Ako govorimo o ciljanom prečišćavanju određene komponente otopine, tada se proces isparavanja može dopuniti operacijom kristalizacije, u kojoj je moguće formiranje ciljne tvari u čvrstom obliku.
Sa tehnološke tačke gledišta, isparavanje je kombinacija brojnih operacija razmene toplote. Složenost tehničke organizacije ovog procesa zahtijeva korištenje posebne opreme. U tom svojstvu koristi se vakuumski isparivač optimiziranog dizajna, dizajniran za obavljanje glavnih procesa isparavanja, kao i pomoćnih operacija. Važno je imati na umu da isparavanje uključuje upotrebu agresivnih medija - vrućih tečnosti, gasova, vodene pare itd. Ovome se dodaje i nepovoljna pozadina od ciljanih hemijski aktivnih supstanci. Ovi i drugi faktori nepovoljnog tehnološkog uticaja zahtevaju upotrebu posebnih materijala za montažu isparivača, čime se povećavaju zaštitna svojstva konstrukcija.
Osnovni uređaj isparivača
Većina modernih industrijskih isparivača koristi višekomponentni sistem baziran na izmenjivaču toplote sa kondenzatorom i komorom za isparavanje. Za optimizaciju procesa i efikasniju koncentraciju rastvora, prisustvoseparator je jedinica koja je odvojenim redom povezana kroz plinski kanal i organizira uklanjanje sekundarne pare. Češće se koriste separatori eksternog tipa, koji rade u uslovima centrifugalne sile. Šta je suštinski drugačiji vakuumski isparivač? Stvaranje vakuuma omogućava postizanje efekta mekog isparavanja. To daje dvije pozitivne točke - ubrzanje procesa isparavanja (servisirana otopina provodi manje vremena u komori) i povećanje kvalitete koncentrirane tvari. Izlazni proizvodi se mogu koristiti u drugim tehnološkim operacijama u istom ciljnom prerađivačkom preduzeću. Da bi to učinili, organiziraju povezivanje pojedinačnih modula s izlaznim tokovima, zahvaljujući čemu se ne samo vrši uklanjanje viška mješavine plina, već se osigurava i regulacija protoka s potrebnim parametrima isporuke u smislu sile pritiska i kretanja. brzina. Štaviše, mnogi isparivači mogu se opciono upariti sa jedinicama za prethodnu obradu ili razrjeđivanje otpada kako bi se ispunili zahtjevi procesa u kojima se isti plin može ponovo koristiti.
Aparat sa prinudnom cirkulacijom
Dizajn se zasniva na vertikalnom ili horizontalnom izmenjivaču toplote sa školjkom i cevi sa komorom za grejanje i koncentričnim separatorom. Radni proces je podržan cirkulacijskom pumpnom stanicom i fleš posudom. Obično se prisilni proces kretanja radnih smjesa provodi u isparivačima s dvostrukom ljuskom sašema protivstrujne cirkulacije. U sklopu takvih uređaja nalazi se i uređaj za destilaciju i prečišćavanje parom od organskih i slanih spojeva. Prosječni kapacitet isparivača s prinudnom cirkulacijom je oko 9000 kg/h, a omjer koncentracije dostiže 65%.
Tokom rada takve jedinice, tečnost cirkuliše duž kontura grejne komore usled sile koju obezbeđuje pumpa. U komori se temperatura tečnosti dovodi do tačke ključanja, nakon čega se pritisak u bloku separatora naglo smanjuje. Od ovog trenutka počinje proces aktivnog isparavanja dijela tekućine. Koje su prednosti korištenja ove vrste jedinice? Ovo je najefikasnije rješenje pri rukovanju viskoznim i problematičnim kontaminiranim smjesama. Na primjer, za isparavanje slanih otopina ova opcija je prikladnija od isparivača s jednim efektom, koji mogu pokazati veću brzinu cirkulacije, ali njihova snaga neće biti dovoljna da osigura čak ni prosječnu razinu produktivnosti. Inače, savremeni isparivači sa prinudnom cirkulacijom obavljaju operacije ključanja i isparavanja ne na zidovima grejanja u glavnoj komori, već u separatoru, tako da je kontaminacija glavne radne jedinice svedena na minimum.
Isparivači sa pločastim izmjenjivačem topline
Odlika dizajna ovakvih instalacija je prisustvo posebnih ploča, zbog kojih se radni medij usmjerava kroz komoru za grijanje duž naizmjeničnih kanala. Za brtvljenje ploča koriste se specijalne brtve - također se koristeobavljaju funkciju toplotne izolacije, čime se povećava efikasnost prenosa toplote.
U pravilu se radi o multiefektnim isparivačima kapaciteta oko 15 t/h. Zagrijani tokovi vode i ciljnog produkta kreću se u protustruji duž svojih kanala, odajući dio energije. Silu za kretanje medija generiše ista cirkulaciona pumpa, međutim, dizajn ploča je dizajniran da podrži efekat turbulencije u krugu, što smanjuje potreban potencijal snage da podrži prenos proizvoda i rashladne tečnosti. Kao rezultat aktivne izmjene topline, radni medij ključa, nakon čega se stvara para. Preostali tečni proizvodi su odsječeni u bloku separatora zbog centrifugalne sile.
Ovo je jedan od rijetkih slučajeva kada je u pitanju univerzalni isparivač u smislu mogućnosti rada sa različitim tehnološkim medijima. Konkretno, princip rada isparivača sa pločastim izmjenjivačem topline omogućava korištenje parnog plina i vodenog medija. Istovremeno je osigurana visoka kvaliteta koncentracije, budući da se isparavanje vrši ravnomjerno u nježnom režimu u jednom prolazu. Sam dizajn je maksimalno optimiziran po veličini, što olakšava montažu i tehničke mjere. Dakle, visina instalacijskog prostora sa svim komunikacijama i priključnim cjevovodima za takav uređaj je 3-4 m.
Iparivači sa tri efekta prirodne cirkulacije
Strukturno, takve uređaje odlikuje prisustvo kratkog spojavertikalno postavljen izmenjivač toplote i gornji položaj separatora. Radni fluid se dovodi odozdo, nakon čega se uzdiže kroz cijevi za grijanje kroz komoru. Implementiran je princip uzlaznog filma ili gas lifta. Ako na naftnim i plinskim poljima povezani plin nosi proizvod, onda u slučaju isparivača s tri posude, vruće pare podižu tekućinu duž ljuska i cijevi. Cijeli proces se odvija u pozadini ključanja. Tečnost odvojena od pare prolazi kroz povratnu cijev do izmjenjivača topline, nakon čega se ponovo šalje u separator za sljedeću sesiju odvajanja. Ovaj proces se ponavlja nekoliko puta dok se ne postigne željeni nivo koncentracije.
Brzina isparavanja u ovom slučaju je određena temperaturnom razlikom u komori za grijanje i jedinici za ključanje. Oba indikatora se mogu podesiti automatskom kontrolom. Prirodna cirkulacija u vakuumskom isparivaču omogućava visok specifični kapacitet uz brzo pokretanje. Ali ne treba se oslanjati na održavanje rastvora koji sadrže složena ili termički nestabilna jedinjenja. Ovo je visokospecijalizirana oprema, čiji je proračun napravljen za hemijsku i prehrambenu industriju, gdje je potrebno izvršiti operacije razdvajanja tačaka sa malim opterećenjem kapaciteta. Na primjer, isparivači glicerina pružaju brzinu obrade od 3600 kg/h.
Kako radi barometrijski kondenzator
Varietymiješajući izmjenjivači topline, koji ne vrše površinsko odvajanje radnih medija u procesu prelijevanja, ali omogućavaju njihovo miješanje. Drugim riječima, u trenutku zagrijavanja, uvjetno koncentrirana otopina može doći u kontakt sa procesnim vrućim medijem koji predstavlja para ili voda. Sam barometarski kondenzator je dio složenog isparivača, koji obavlja procese miješanja rashladne vode i sekundarne pare. Pošto su zapremine novonastalog kondenzata manje od zapremine pare, dolazi do prirodnog vakuuma. Za njegovo održavanje potrebno je ukloniti atmosferski zrak iz kondenzatora, koji se tamo šalje zajedno s tokovima rashladne tekućine. U nekim izvedbama, zrak također može ući kroz defekte u kućištu kondenzatora. Izlaz miješanih smjesa iz kondenzatora se vrši kroz barometarsku cijev. Prethodno je uronjen u tečnost i formira hidrauličku zaptivku koja sprečava prolaz vazduha u kondenzator.
Princip rada kapacitivnog aparata
Posebna vrsta opreme za tehnološke procese isparavanja. Glavna razlika između kapacitivnih jedinica u smislu principa rada je podrška režima slobodne cirkulacije, što se postiže zbog unutrašnje konfiguracije lokacije krugova u sistemu za izmjenu topline. Infrastrukturu mreže za razmjenu topline čine cijevni snopovi, zavojnici i drugi elementi koji stvaraju uslove za višestepenu i u mnogo čemutežak proces prenosa toplotne energije. Inače, kapacitivni isparivači se praktički ne koriste u radu s viskoznim, toplinski osjetljivim i kristalizirajućim otopinama upravo zbog slobodne, ali spore cirkulacije tokova. Štaviše, koeficijenti prenosa toplote u ovom sistemu su mali, što negativno utiče na ukupne performanse isparavanja. Kako se kapacitivni uređaji opravdavaju? Uspješno se koriste u industrijama male tonaže, gdje koeficijent prijenosa topline nije toliko značajan s obima proizvodnje. Unutrašnji raspored kapacitivnih isparivača, sa svim svojim nedostacima, otvara mnogo mogućnosti za organizovanje usmerene cirkulacije, što je veoma važno u preduzećima sa niskom strukturnom mobilnošću pri povezivanju komunikacionih kanala.
Proračun isparivača
U integrisanom dizajnu isparivača, individualni proračuni se rade za svaku komponentu, budući da se karakteristike proizvodnog procesa mogu promijeniti u svakoj fazi. Po pravilu se kao početni podaci koriste:
- približni pritisak pare;
- toplina koncentracije;
- osobine početnog rješenja;
- nivo gubitka topline;
- koeficijent prijenosa topline;
- parametri dizajna koji su već postavljeni i ne mogu se mijenjati.
Za postrojenja isparivača s tri efekta, proračun sa gore navedenim početnim podacima može se izvršiti pomoću nekoliko parametara odjednom, uključujući snagu cirkulacijske pumpe, zapreminu komore za grijanje,maksimalnu količinu servisirane tečnosti itd. Najvažniji projektni zadaci obuhvataju projektni proračun istog barometarskog kondenzatora, separatora i određivanje karakteristika cevovodnih elemenata. Konkretno, intenzitet isparavanja u sistemima sa kontinuiranim isparavanjem zavisiće od prečnika mlaznica i dužine prelaznih cevi.
Zahtjevi toka rada
Izračunati indikatori za organizaciju procesa isparavanja možda neće dati očekivani efekat ako nisu ispunjeni zahtjevi za vanjsko okruženje. Mnogo će zavisiti od uslova u prostoriji u kojoj se oprema koristi. Prema zahtjevima, jednokratni isparivači mogu se koristiti samo u prostorijama površine najmanje 4,5 m2 i visine od 3,2 m poput dimnjaka. Neće biti suvišno obezbediti podesivu haubu sa otvorom i podešavanjem potiska.
Sistem ventilacije je projektovan prema posebnim pravilima. Treba da sadrži ulazne kanale i izduvne sisteme sa direktnom vezom na prostore u kojima se direktno vrši proces isparavanja. Očigledno je da će složeni ventilacijski sistem koji radi u redovnom režimu u dva smjera zahtijevati ozbiljnu podršku napajanja. Ali u isto vrijeme, emitirana buka iz kanala i radne opreme ne bi trebala prelaziti 75 dB. I to da ne spominjemo usklađenost sa zahtjevima vatre ielektrična sigurnost. Ako isparivač redovno radi s plinskim mješavinama, tada se mora organizirati poseban sistem za otplinjavanje zraka. Može biti dio jedinstvenog kompleksa komunikacija za razmjenu topline, koji će omogućiti, u nekim operativnim aspektima, dopunu funkcija oba sistema.
Zaključak
Operacije isparavanja i koncentracije dugo se koriste u industrijama i kao glavni i kao sekundarni tehnološki procesi. U većini slučajeva se na ovaj način pripremaju materijali za dalje faze izrade proizvoda ili pripreme tehničkih sredstava. Vakumski isparivači i instalacije mogu se svrstati među najproduktivnije alate za rješavanje ovakvih problema. Pokazatelji visokih performansi objašnjavaju se prisustvom funkcije cirkulacijskog isparivača koji radi iz vanjskog izvora energije u obliku crpne stanice. Postoje različite kombinacije interakcije cirkulacione grupe sa grejnom komorom i separatorom, ali u principu, višekomponentni sistemi ovog tipa daju najviše performanse tehnološke operacije, kako u pogledu kvaliteta koncentracije proizvoda, tako iu pogledu dinamike proces isparavanja.
