Technische warmtewisselingsprocessen worden veel gebruikt in verschillende industrieën om de noodzakelijke voorwaarden te creëren voor het verwerken of veranderen van de temperatuurstatus van apparatuur, evenals productieblanco's. Bij bedrijven waar de taak is om de eigenschappen van vloeibare media te veranderen, kan warmte worden gebruikt als middel om het koken op peil te houden. Technisch gezien worden vergelijkbare problemen opgelost met behulp van verdampers die zijn voorzien van een speciale set functionele componenten voor het organiseren van het warmtewisselingsproces.
Wat is het verdampingsproces?
In de industriële sector wordt verdamping beschouwd als een methode voor het concentreren van vloeibare oplossingen, die gebaseerd zijn op laag-vluchtige of niet-vluchtige stoffen opgelost in vluchtige actieve mengsels. Dit proces wordt uitgevoerd als resultaatverdamping van het oplosmiddel tijdens het koken. Deze procedure wordt meestal onderworpen aan alkaliën, zouten en hoogkokende vloeistoffen. Maar in elk geval is de belangrijkste taak van het proces het verkrijgen van een zuiver oplosmiddel of afzonderlijke stoffen in een hoge mate van concentratie. Als we het hebben over gerichte zuivering van een specifieke component van de oplossing, dan kan het verdampingsproces worden aangevuld met een kristallisatiebewerking, waarbij vorming van de doelstof in vaste vorm mogelijk is.
Technologisch gezien is verdamping een combinatie van een aantal warmtewisselingen. De complexiteit van de technische organisatie van dit proces maakt het gebruik van speciale apparatuur noodzakelijk. In deze hoedanigheid wordt een vacuümverdamper met een geoptimaliseerd ontwerp gebruikt, ontworpen om de belangrijkste verdampingsprocessen uit te voeren, evenals aanvullende bewerkingen. Het is belangrijk om in gedachten te houden dat bij verdamping agressieve media worden gebruikt - hete vloeistoffen, gassen, waterdamp, enz. Daarbij komt nog de ongunstige achtergrond van chemisch actieve doelstoffen. Deze en andere factoren met een ongunstige technologische impact vereisen het gebruik van speciale materialen voor de montage van verdampers, wat de beschermende eigenschappen van de constructies verhoogt.
Basisapparaat van de verdamper
De meeste moderne industriële verdampers gebruiken een meercomponentensysteem op basis van een warmtewisselaar met een condensor en een verdampingskamer. Om het proces en een efficiëntere concentratie van oplossingen te optimaliseren, is de aanwezigheid vanseparator is een unit die in een aparte volgorde via het gaskanaal wordt aangesloten en de afvoer van secundaire stoom organiseert. Afscheiders van het externe type worden vaker gebruikt, die werken onder omstandigheden van middelpuntvliedende kracht. Wat is fundamenteel anders vacuümverdamper? Door een vacuüm te creëren, kunt u het effect van zachte verdamping bereiken. Dit levert twee positieve punten op: de versnelling van het verdampingsproces (de onderhouden oplossing brengt minder tijd door in de kamer) en een toename van de kwaliteit van de geconcentreerde stof. De outputproducten kunnen worden gebruikt in andere technologische operaties bij hetzelfde doelverwerkingsbedrijf. Om dit te doen, organiseren ze de aansluiting van individuele modules met uitlaatstromen, waardoor niet alleen de verwijdering van overtollige gasmengsels wordt uitgevoerd, maar ook de regeling van de stroom wordt verzekerd met de nodige leveringsparameters in termen van drukkracht en beweging snelheid. Bovendien kunnen veel verdampers optioneel worden gecombineerd met voorbehandelings- of afvalverdunningsunits om te voldoen aan de vereisten van processen waarbij hetzelfde gas kan worden hergebruikt.
Apparaat met gedwongen circulatie
Het ontwerp is gebaseerd op een verticale of horizontale shell-and-tube warmtewisselaar met een verwarmingskamer en een concentrische afscheider. Het werkproces wordt ondersteund door een circulatiepompstation en een flitsvat. Gewoonlijk wordt het geforceerde bewegingsproces van werkmengsels geïmplementeerd in dubbelwandige verdampers mettegenstroom circulatieschema. Als onderdeel van dergelijke apparaten is er ook een apparaat voor destillatie en stoomzuivering van organische en zoutverbindingen. De gemiddelde capaciteit van de verdamper met geforceerde circulatie is ongeveer 9000 kg/u en de concentratieverhouding bereikt 65%.
Tijdens de werking van een dergelijke eenheid circuleert de vloeistof langs de contouren van de verwarmingskamer vanwege de kracht die door de pomp wordt geleverd. In de kamer wordt de temperatuur van de vloeistof op het kookpunt gebracht, waarna de druk in het separatorblok sterk wordt verlaagd. Vanaf dit moment begint het proces van actieve verdamping van een deel van de vloeistof. Wat zijn de voordelen van het gebruik van dit type unit? Dit is de meest effectieve oplossing bij het hanteren van viskeuze en problematisch verontreinigde mengsels. Voor de verdamping van zoutoplossingen is deze optie bijvoorbeeld geschikter dan verdampers met één effect, die een hogere circulatiesnelheid kunnen vertonen, maar hun vermogen zal niet voldoende zijn om zelfs maar een gemiddeld productiviteitsniveau te bieden. Trouwens, moderne verdampers met geforceerde circulatie voeren kook- en verdampingshandelingen uit, niet op de verwarmingswanden in de hoofdkamer, maar in de afscheider, zodat de vervuiling van de hoofdwerkeenheid tot een minimum wordt beperkt.
Verdampers met platenwarmtewisselaar
Het ontwerpkenmerk van dergelijke installaties is de aanwezigheid van speciale platen, waardoor het werkmedium langs afwisselende kanalen door de verwarmingskamer wordt geleid. Om de platen af te dichten, worden speciale pakkingen gebruikt - ze zijn ookvervul de functie van thermische isolatie, wat de efficiëntie van warmteoverdracht verhoogt.
In de regel zijn dit multi-effect verdampers met een capaciteit van ongeveer 15 t/h. De verwarmingsstromen van water en het doelproduct bewegen in tegenstroom langs hun kanalen, waarbij een deel van de energie wordt afgegeven. De kracht voor de beweging van media wordt gegenereerd door dezelfde circulatiepomp, maar het ontwerp van de platen is ontworpen om het effect van turbulentie in het circuit te ondersteunen, waardoor het vereiste vermogenspotentieel om de overdracht van het product en de koelvloeistof te ondersteunen, wordt verminderd. Door actieve warmtewisseling kookt het werkmedium waarna stoom ontstaat. Resterende vloeibare producten worden door de middelpuntvliedende kracht in het scheidingsblok afgesneden.
Dit is een van de weinige gevallen als het gaat om een universele verdamper in termen van het vermogen om met verschillende technologische media te werken. In het bijzonder maakt het werkingsprincipe van een verdampingsinstallatie met een platenwarmtewisselaar het gebruik van stoomgas en waterige media mogelijk. Tegelijkertijd wordt een hoge concentratiekwaliteit gegarandeerd, omdat de verdamping in één keer gelijkmatig in een zachte modus wordt uitgevoerd. Het ontwerp zelf is maximaal geoptimaliseerd in grootte, wat installatie en technische maatregelen vergemakkelijkt. De hoogte van de installatieruimte met alle communicatie- en verbindingsleidingen voor een dergelijk apparaat is dus 3-4 m.
Natuurlijke circulatieverdampers met drie effecten
Structureel onderscheiden dergelijke apparaten zich door de aanwezigheid van een korteverticaal geplaatste warmtewisselaar en de bovenste plaatsing van de afscheider. Het werkfluïdum wordt van onderaf aangevoerd, waarna het door de verwarmingsbuizen door de kamer stijgt. Het principe van een oplopende film of gaslift wordt toegepast. Als in olie- en gasvelden het bijbehorende gas het product transporteert, dan stuwen in het geval van een verdamper met drie vaten, hete dampen de vloeistof langs de shell-and-tube-circuits. Het hele proces vindt plaats tegen de achtergrond van koken. De van de damp afgescheiden vloeistof wordt via de retourleiding naar de warmtewisselaar geleid, waarna deze weer naar de afscheider wordt gestuurd voor de volgende scheidingssessie. Dit proces wordt verschillende keren herhaald totdat het gewenste concentratieniveau is bereikt.
De verdampingssnelheid wordt in dit geval bepaald door het temperatuurverschil in de verwarmingskamer en de kookunit. Beide indicatoren kunnen automatisch worden aangepast. De natuurlijke circulatie in de vacuümverdamper zorgt voor een hoge specifieke capaciteit met een snelle opstart. Maar men moet niet vertrouwen op het onderhoud van oplossingen die complexe of thermisch onstabiele verbindingen bevatten. Dit is een zeer gespecialiseerde apparatuur, waarvan de berekening is gemaakt voor de chemische en voedingsmiddelenindustrie, waar het nodig is om puntscheidingsbewerkingen uit te voeren met een kleine capaciteitsbelasting. Zo zorgen glycerineverdampers voor een verwerkingssnelheid van 3600 kg/u.
Hoe een barometrische condensor werkt
Verscheidenheidmengwarmtewisselaars, die tijdens het overlopen geen oppervlaktescheiding van werkmedia uitvoeren, maar hun vermenging toestaan. Met andere woorden, op het moment van verhitten kan de voorwaardelijke geconcentreerde oplossing in contact komen met het hete procesmedium, vertegenwoordigd door stoom of water. De barometrische condensor zelf maakt deel uit van een complexe verdampingsinstallatie, die de processen van het mengen van koelwater en secundaire stoom uitvoert. Omdat de volumes van het nieuw gevormde condensaat kleiner zijn dan de hoeveelheid stoom, ontstaat er een natuurlijk vacuüm. Om het te onderhouden, is het noodzakelijk om atmosferische lucht uit de condensor te verwijderen, die daar samen met de koelvloeistofstromen naartoe wordt gestuurd. Bij sommige ontwerpen kan er ook lucht binnendringen via defecten in de condensatorbehuizing. De uitvoer van gemengde mengsels uit de condensor wordt uitgevoerd via een barometrische buis. Het is vooraf ondergedompeld in de vloeistof en vormt een hydraulische afdichting die de doorgang van lucht naar de condensor verhindert.
Het werkingsprincipe van het capacitieve apparaat
Een speciaal soort apparatuur voor technologische verdampingsprocessen. Het belangrijkste verschil tussen capacitieve eenheden in termen van het werkingsprincipe is de ondersteuning van de vrije circulatiemodus, die wordt bereikt door de interne configuratie van de locatie van de circuits in het warmtewisselingssysteem. De infrastructuur van het warmtewisselaarnetwerk wordt gevormd door buizenbundels, spoelen en andere elementen die voorwaarden scheppen voor een meertraps en in veel opzichtenmoeilijk proces van overdracht van thermische energie. Capacitieve verdampers worden trouwens praktisch niet gebruikt bij het werken met viskeuze, warmtegevoelige en kristalliserende oplossingen, juist vanwege de vrije, maar langzame circulatie van stromen. Bovendien zijn de warmteoverdrachtscoëfficiënten in dit systeem klein, wat een negatief effect heeft op de algehele verdampingsprestaties. Hoe rechtvaardigen capacitieve apparaten zichzelf? Ze worden met succes gebruikt in industrieën met een klein tonnage, waar de warmteoverdrachtscoëfficiënt niet zo belangrijk is met de outputvolumes. De interne opstelling van capacitieve verdampers, met al zijn tekortkomingen, biedt veel mogelijkheden voor het organiseren van gerichte circulatie, wat erg belangrijk is in ondernemingen met een lage structurele mobiliteit bij het aansluiten van communicatiekanalen.
Verdamperberekening
In een geïntegreerd verdamperontwerp worden voor elk onderdeel individuele berekeningen gemaakt, aangezien de kenmerken van het productieproces in elke fase kunnen veranderen. Als begingegevens worden in de regel de volgende gegevens gebruikt:
- benaderde stoomdruk;
- concentratiewarmte;
- eigenschappen van de initiële oplossing;
- warmteverliesniveau;
- warmteoverdrachtscoëfficiënt;
- ontwerpparameters die al zijn ingesteld en niet kunnen worden gewijzigd.
Voor verdampingsinstallaties met drie effecten kan de berekening met de bovengenoemde initiële gegevens worden uitgevoerd met behulp van verschillende parameters tegelijk, waaronder het vermogen van de circulatiepomp, het volume van de verwarmingskamer,de maximale hoeveelheid servicevloeistof, etc. De belangrijkste ontwerptaken omvatten ontwerpberekening van dezelfde barometrische condensor, afscheider en bepaling van de kenmerken van de leidingelementen. Met name de intensiteit van de verdamping in systemen met continue verdamping zal afhangen van de diameters van de sproeiers en de lengte van de overgangsleidingen.
Werkstroomvereisten
Berekende indicatoren voor de organisatie van het verdampingsproces geven mogelijk niet het verwachte effect als niet wordt voldaan aan de eisen voor de externe omgeving. Veel hangt af van de omstandigheden in de ruimte waar de apparatuur wordt gebruikt. Volgens de eisen mogen doorstroomverdampers alleen worden gebruikt in ruimtes met een oppervlakte van minimaal 4,5 m2 en een hoogte van 3,2 m. zoals een schoorsteen. Het is niet overbodig om een verstelbare kap te voorzien van een poort en een stuwkrachtinstelling.
Het ventilatiesysteem is ontworpen volgens speciale regels. Het moet instroomkanalen en uitlaatsystemen omvatten met directe verbinding met de gebieden waar het verdampingsproces rechtstreeks wordt uitgevoerd. Het is duidelijk dat een complex ventilatiesysteem dat in een normale modus in twee richtingen werkt, serieuze krachtondersteuning vereist. Maar tegelijkertijd mag het uitgezonden geluid van kanalen en bedieningsapparatuur niet hoger zijn dan 75 dB. En dan hebben we het nog niet eens over de naleving van de eisen van vuur enelectrische veiligheid. Als de verdamper regelmatig met gasmengsels werkt, moet een speciaal luchtontgassingssysteem worden georganiseerd. Het kan deel uitmaken van een enkel complex van warmte-uitwisselingscommunicatie, waardoor het, in sommige operationele aspecten, de functies van beide systemen kan aanvullen.
Conclusie
Verdampings- en concentratiebewerkingen worden al lang in industrieën gebruikt als hoofd- en als secundaire technologische processen. In de meeste gevallen worden materialen op deze manier voorbereid voor verdere stadia van het vervaardigen van producten of het voorbereiden van technische middelen. Vacuümverdampers en -installaties behoren tot de meest productieve hulpmiddelen om dergelijke problemen op te lossen. Hoge prestatie-indicatoren worden verklaard door de aanwezigheid van de functie van een circulatieverdamper die werkt vanuit een externe stroombron in de vorm van een pompstation. Er zijn verschillende combinaties van de interactie van de circulatiegroep met de verwarmingskamer en afscheider, maar in principe bieden meercomponentensystemen van dit type de hoogste prestaties van de technologische werking, zowel wat betreft de kwaliteit van de productconcentratie als de dynamiek van het verdampingsproces.
