Испарители имеют широкое применение в различных отраслях, таких как фармацевтика, пищевая промышленность, общественное питание, бумажное производство, химическая промышленность, производство полимеров, неорганические соли, кислоты, щелочи и многие другие отрасли материалов. Ниже приведены некоторые типичные рынки применения технологии испарения.

Химическая промышленность:

l  Восстановление растворителей из красок, чернил, масел и смол

l  Восстановление органических продуктов из дегтя и остатков

l  Восстановление уксусной кислоты из процесса

l  Очистка и дезодорация антиоксидантов, масляных добавок и пластификаторов

l  Восстановление катализаторов из остатков реакции

l  Восстановление этиленгликоля из конденсата полиэфира

l  Очистка и разделение компонентов из нефтепродуктов и сырой нефти

l  Очистка хлорированных углеводородов

l  Очистка изоцианатов

Пищевая промышленность:

l  Сушка лецитина до 99,5%

l  Концентрирование ферментов

l  Очистка витаминов

l  Концентрирование продуктов, связанных с сыром, до 65% ТВ

l  Концентрирование белка

l  Концентрирование фруктовых и овощных пюре

l  Концентрирование яичных продуктов

l  Карамелизация конфет

l  Выделение глицерина из моно- и диглицеридов глицерина

l  Доведение концентрации различных сахарных растворов до 99,9%

l  Концентрирование желатина до 35%

l  Концентрирование ω-3 жирных кислот

Полимеры:

l  Восстановление полимеров из переработки пластиковой обкладочной бумаги

l  Удаление мономеров и летучих растворителей из акриловых смол

l  Удаление реагентов, растворителей и мономеров из термопластичных пластмасс до уровня ppm

l  Удаление свободного фенола и воды из фенолформальдегидных смол

l  Реакция и удаление капролактама из нейлона-6

l  Очистка силиконового масла и кремниевого геля

Биохимическая промышленность:

l  Очистка биодизельного топлива из метилового эфира

l  Очистка и разделение жирных кислот

l  Очистка глицерина

l  Сушка зерна в дистилляционном аппарате

l  Концентрирование ферментационной жидкости

l  Концентрирование биопрепаратов

Пленочные испарители имеют множество различных типов и вариаций, и для конкретного применения выбор наиболее подходящего испарителя зависит от характеристик продукта и ожидаемых требований к результату.

В данной статье будет вначале изложены процессуальные требования, которым должен соответствовать испаритель, а также обсуждается влияние ключевых операций и характеристик продукта на выбор испарителя в процессе разделения. Затем проводится сравнительный анализ различных испарителей, их методов работы, особенностей, преимуществ и ограничений, а также предоставляются рекомендации по выбору испарителя для конкретного применения.

Введение

Процесс испарения применяется для концентрирования растворов не летучих растворителей и летучих растворителей, во многих случаях летучим растворителем является вода. Часть растворителя испаряется для получения концентрированного раствора, пасты или сиропа.

Испарение отличается от процесса сушки тем, что остаток является жидкостью, а не твердым веществом. Испарение также отличается от дистилляции, поскольку не стремится разделить испарение на отдельные компоненты.

Испарение может привести к получению отдельного продукта в виде испаренного или концентрированного потока, или обоих вместе. Поэтому конструкция испарителя должна обеспечивать разделение чистого испарения от конденсированной воды и сырья.

Испарители состоят из теплообменника или термостата, клапанов, коллекторов, контроллеров, насосов и конденсаторов. Самые распространенные конструкции включают бак с нагревательным кожухом, трубчатые теплообменники, пластинчатые теплообменники и мешалки с пленочным испарителем.

Разумное проектирование испарителя должно как минимум следовать следующим принципам:

l  Обеспечение высокоэффективного теплообмена при минимальной поверхности, что позволяет снизить затраты на установку, эксплуатацию и обслуживание.

l  Эффективное отделение испарений от концентрированного раствора.

l  Удовлетворение технологических требований продукта.

l  Получение продукта, соответствующего требованиям качества.

l  Энергосбережение и эффективное использование пара путем многократного испарения или повторного сжатия пара.

l  Минимизация образования накипи на теплообменной поверхности.

l  Материалы изготовления должны обеспечивать минимальный запас по коррозии.

Второй раздел: Ключевые процессы и характеристики продукта

Ключевые операции и характеристики продукта, которые имеются в испаряемом растворе, имеют значительное влияние на выбор наиболее подходящего типа испарителя.

Термочувствительность: Многие пищевые продукты, лекарства, химические вещества и смолы чувствительны к теплу или температуре и требуют низкой температуры нагрева или короткого времени нахождения в высокой температуре, или обоих вместе. Это можно достичь путем уменьшения объема испарения в одно время, сокращения времени нахождения, снижения рабочего давления, что позволяет снизить температуру кипения. Снижение рабочего давления позволяет проводить процесс испарения при более низкой температуре, при этом сохраняется разумная тепловая мощность (разница между температурой кипения продукта и теплоносителя).

Накипь: Накипь на поверхности теплообмена обычно обусловлена наличием твердых частиц в подаваемом сырье, осаждением твердых частиц из конденсированной жидкости или разложением продукта. Накопление отложений на поверхности теплообмена постепенно снижает общий коэффициент теплопередачи. В конечном итоге это может привести к необходимости остановить технологический процесс и очистить теплообменные поверхности, что вызовет остановку производства и дополнительные затраты на обслуживание.

Пенообразование: Образование пены в процессе испарения продукта является довольно распространенным явлением. Пузырьки превращаются из небольших нестабильных и разрывающихся в более стабильные и заполняющие всё пространство системы испарителя. Обычно это можно существенно уменьшить путем особого проектирования входного отверстия и зоны разделения газа и жидкости. Кроме того, существенное снижение интенсивности кипения жидкости на теплообменной поверхности (например, при работе при низких температурах или высоких давлениях) и скорости пара в трубе может значительно сократить образование пены. При соблюдении требований к чистоте продукции можно использовать антипену.

Твердые частицы: Свойства концентрированной жидкости могут изменяться с ростом концентрации твердых частиц. Твердые частицы могут забивать трубопровод, что приводит к уменьшению площади теплообмена, что, в свою очередь, снижает скорость теплообмена и требует остановки для очистки. Добавление твердых частиц может также повысить вероятность образования отложений на поверхности теплообмена, что снижает коэффициент теплопередачи и скорость кипения. Кроме того, увеличение концентрации твердых частиц может повысить вязкость концентрированной жидкости, что влияет на общий коэффициент теплопередачи и снижает загрузку.

Вязкость: Даже небольшое увеличение вязкости концентрированной жидкости приведет к снижению общего коэффициента теплопередачи.

Дистилляционное концентрирование: В общем, внутри испарителя должно быть достаточно жидкости для поддержания увлажнения нагреваемой поверхности. Отсутствие увлажнения на поверхности и низкая скорость потока могут привести к серьезному образованию накипи и соли на теплопередающей поверхности, что приведет к уменьшению теплообмена, а также к понижению качества продукта из-за образования тепловых точек на поверхности теплообмена. В процессах, требующих высокое отношение дистилляции, может потребоваться рециркуляция определенного количества концентрированной жидкости.

Скорость выходящего пара (дифференциальное давление и перенос): Необходимо учитывать скорость пара в трубах испарителя и теплообменнике. В пределах диапазона давлений, коррозии и переноса пара требуется определенная скорость пара для эффективного теплообмена, при этом необходимо особое внимание уделить требованиям отделения жидкости и гидравлическому сопротивлению.

Теплоноситель: Теплоноситель (теплоноситель или пар) может влиять на выбор типа испарителя. Испарители с использованием жидкого теплоносителя обычно имеют более низкий коэффициент теплообмена и требуют большей площади теплообмена. Если продукт требует постоянной температуры, использование жидкого теплоносителя позволяет работать при более высокой температуре и, таким образом, преодолеть ограничения низкого коэффициента теплообмена. В таком случае иногда можно использовать более компактные испарители.

Материал изготовления (реакционность): Одним из основных факторов, влияющих на выбор испарителя, может быть его материал изготовления. Особенно важен материал теплопередающей поверхности, поскольку он не только влияет на общую стоимость изготовления, но и определяет теплопроводность материала, что влияет на общий коэффициент теплообмена и площадь теплообмена.

В предыдущем тексте мы рассмотрели различные характеристики продукта в процессе испарения, технологические требования и основные принципы проектирования испарителя. В следующем выпуске мы рассмотрим особенности проектирования различных испарителей, чтобы помочь вам легко выбрать подходящий испаритель.