Procesy technologiczne wymiany ciepła są szeroko stosowane w różnych gałęziach przemysłu do tworzenia niezbędnych warunków do przetwarzania lub zmiany stanu temperaturowego urządzeń, a także półfabrykatów produkcyjnych. W przedsiębiorstwach, w których zadania mają na celu zmianę właściwości płynnych mediów, ciepło może być wykorzystywane jako środek podtrzymywania wrzenia. Technicznie podobne problemy są rozwiązywane za pomocą parowników wyposażonych w specjalny zestaw funkcjonalnych elementów do organizacji procesu wymiany ciepła.
Jaki jest proces parowania?
W sektorze przemysłowym odparowywanie jest uważane za metodę zagęszczania płynnych roztworów, które są oparte na niskolotnych lub nielotnych substancjach rozpuszczonych w lotnych mieszaninach aktywnych. W rezultacie ten proces jest realizowanyodparowanie rozpuszczalnika podczas wrzenia. Ta procedura jest najczęściej poddawana działaniu zasad, soli, a także płynów o wysokiej temperaturze wrzenia. Jednak w każdym przypadku głównym zadaniem procesu jest uzyskanie czystego rozpuszczalnika lub pojedynczych substancji o wysokim stopniu koncentracji. Jeżeli mówimy o celowanym oczyszczeniu konkretnego składnika roztworu, to proces odparowania można uzupełnić operacją krystalizacji, w której możliwe jest powstanie substancji docelowej w postaci stałej.
Z technologicznego punktu widzenia parowanie jest połączeniem szeregu operacji wymiany ciepła. Złożoność organizacji technicznej tego procesu wymaga użycia specjalnego sprzętu. W tej pojemności zastosowano parownik próżniowy o zoptymalizowanej konstrukcji, przeznaczony do realizacji głównych procesów odparowywania, a także operacji pomocniczych. Należy pamiętać, że parowanie wiąże się z użyciem agresywnych mediów - gorących cieczy, gazów, pary wodnej itp. Do tego dochodzi niekorzystne tło od docelowych substancji chemicznie czynnych. Te i inne czynniki o niekorzystnym wpływie technologicznym wymagają zastosowania specjalnych materiałów do montażu parowników, co zwiększa właściwości ochronne konstrukcji.
Podstawowe urządzenie parownika
W większości nowoczesnych wyparek przemysłowych stosuje się system wielokomponentowy oparty na wymienniku ciepła ze skraplaczem i komorą parowania. Aby zoptymalizować proces i bardziej wydajną koncentrację roztworów, obecnośćSeparator to zespół, który jest podłączony w oddzielnej kolejności przez kanał gazowy i organizuje usuwanie pary wtórnej. Częściej stosowane są separatory typu zewnętrznego, które działają w warunkach siły odśrodkowej. Czym jest zasadniczo inny parownik próżniowy? Wytworzenie próżni pozwala uzyskać efekt miękkiego parowania. Daje to dwa pozytywne punkty - przyspieszenie procesu parowania (serwowany roztwór spędza mniej czasu w komorze) oraz wzrost jakości zagęszczonej substancji. Produkty wyjściowe mogą być wykorzystane w innych operacjach technologicznych w tym samym docelowym przedsiębiorstwie przetwórczym. W tym celu organizują połączenie poszczególnych modułów z przepływami wylotowymi, dzięki czemu odbywa się nie tylko usuwanie nadmiaru mieszanin gazowych, ale zapewniona jest regulacja przepływu z niezbędnymi parametrami tłoczenia w zakresie siły nacisku i ruchu prędkość. Co więcej, wiele parowników można opcjonalnie sparować z urządzeniami do obróbki wstępnej lub rozcieńczania odpadów, aby spełnić wymagania procesów, w których ten sam gaz może być ponownie wykorzystany.
Urządzenie z wymuszonym obiegiem
Konstrukcja oparta jest na pionowym lub poziomym płaszczowo-rurowym wymienniku ciepła z komorą grzewczą i koncentrycznym separatorem. Proces pracy wspomagany jest przez stację pomp cyrkulacyjnych oraz naczynie rozprężne. Zwykle wymuszony proces ruchu mieszanin roboczych realizowany jest w wyparkach dwupłaszczowych zschemat obiegu przeciwprądowego. W skład takich urządzeń wchodzi również urządzenie do destylacji i oczyszczania pary wodnej ze związków organicznych i soli. Średnia wydajność parownika z wymuszonym obiegiem wynosi około 9000 kg/h, a stopień stężeń sięga 65%.
Podczas pracy takiego zespołu ciecz krąży wzdłuż konturów komory grzewczej dzięki sile wywieranej przez pompę. W komorze temperatura cieczy zostaje doprowadzona do punktu wrzenia, po czym ciśnienie w bloku separatora zostaje gwałtownie obniżone. Od tego momentu rozpoczyna się proces aktywnego odparowywania części cieczy. Jakie są korzyści z używania tego typu jednostki? Jest to najskuteczniejsze rozwiązanie przy obsłudze lepkich i problematycznych zanieczyszczonych mieszanin. Na przykład w przypadku odparowywania roztworów soli ta opcja jest bardziej odpowiednia niż wyparki jednoefektowe, które mogą wykazywać większą szybkość cyrkulacji, ale ich moc nie wystarczy, aby zapewnić nawet średni poziom wydajności. Nawiasem mówiąc, nowoczesne parowniki z wymuszonym obiegiem wykonują operacje wrzenia i odparowywania nie na ścianach grzewczych w komorze głównej, ale w separatorze, dzięki czemu zanieczyszczenie głównego zespołu roboczego jest zminimalizowane.
Parowniki z płytowym wymiennikiem ciepła
Cechą konstrukcyjną takich instalacji jest obecność specjalnych płyt, dzięki którym czynnik roboczy jest kierowany przez komorę grzewczą naprzemiennymi kanałami. Do uszczelnienia płyt stosuje się specjalne uszczelki - one również sąpełnią funkcję izolacji termicznej, co zwiększa efektywność wymiany ciepła.
Z reguły są to wyparki wieloefektowe o wydajności około 15 t/h. Przepływy grzewcze wody i produktu docelowego poruszają się w przeciwprądzie wzdłuż swoich kanałów, oddając część energii. Siła do przemieszczania mediów jest generowana przez tę samą pompę obiegową, jednak konstrukcja płyt została zaprojektowana tak, aby wspierać efekt turbulencji w obwodzie, co zmniejsza wymagany potencjał mocy do wspomagania przenoszenia produktu i chłodziwa. W wyniku aktywnej wymiany ciepła czynnik roboczy wrze, po czym powstaje para. Resztki płynnych produktów są odcinane w bloku separatora pod wpływem siły odśrodkowej.
To jeden z nielicznych przypadków, jeśli chodzi o uniwersalną parownik pod względem możliwości pracy z różnymi mediami technologicznymi. W szczególności zasada działania instalacji wyparnej z płytowym wymiennikiem ciepła pozwala na zastosowanie pary-gazu i mediów wodnych. Jednocześnie zapewniona jest wysoka jakość stężenia, ponieważ parowanie odbywa się równomiernie w trybie delikatnym w jednym przejściu. Sam projekt jest maksymalnie zoptymalizowany pod względem wielkości, co ułatwia montaż i środki techniczne. Tak więc wysokość przestrzeni instalacyjnej z całą komunikacją i orurowaniem połączeniowym dla takiego urządzenia wynosi 3-4 m.
Trójstopniowe wyparki z naturalnym obiegiem
Strukturalnie takie urządzenia wyróżnia obecność krótkiegopionowo umieszczony wymiennik ciepła i górne umieszczenie separatora. Płyn roboczy podawany jest od dołu, po czym unosi się rurami grzewczymi przez komorę. Realizowana jest zasada wznoszącego się filmu lub podnośnika gazowego. Jeśli na polach naftowych i gazowych gaz towarzyszący przenosi produkt, to w przypadku wyparki trójzbiornikowej gorące opary unoszą ciecz wzdłuż obwodów płaszczowo-rurowych. Cały proces odbywa się na tle wrzenia. Ciecz oddzielona od pary jest odprowadzana rurą powrotną do wymiennika ciepła, po czym ponownie przesyłana jest do separatora na kolejną sesję oddzielania. Proces ten jest powtarzany kilka razy, aż do osiągnięcia pożądanego poziomu stężenia.
Szybkość parowania w tym przypadku jest określona przez różnicę temperatur w komorze grzewczej i urządzeniu do gotowania. Oba wskaźniki można regulować za pomocą automatycznego sterowania. Naturalna cyrkulacja w parowniku próżniowym zapewnia wysoką wydajność właściwą przy szybkim rozruchu. Nie należy jednak polegać na konserwacji roztworów zawierających związki złożone lub niestabilne termicznie. Jest to wysokospecjalistyczny sprzęt, którego obliczenia wykonywane są dla przemysłu chemicznego i spożywczego, gdzie wymagane jest wykonywanie operacji separacji punktowej z niewielkim obciążeniem wydajnościowym. Na przykład wyparki glicerynowe zapewniają prędkość przetwarzania 3600 kg/h.
Jak działa skraplacz barometryczny
Różnorodnośćmieszające wymienniki ciepła, które nie dokonują powierzchniowej separacji mediów roboczych w procesie przelewu, ale umożliwiają ich mieszanie. Innymi słowy, w momencie ogrzewania, warunkowo stężony roztwór może wejść w kontakt z gorącym medium procesowym reprezentowanym przez parę lub wodę. Sam skraplacz barometryczny jest częścią złożonej instalacji wyparnej, która realizuje procesy mieszania wody chłodzącej i pary wtórnej. Ponieważ objętości nowo powstałego kondensatu są mniejsze niż objętość pary, występuje naturalna próżnia. Aby go utrzymać, konieczne jest usunięcie ze skraplacza powietrza atmosferycznego, które jest tam przesyłane wraz z przepływami chłodziwa. W niektórych projektach powietrze może również przedostać się przez defekty obudowy kondensatora. Wyprowadzanie mieszanych mieszanin ze skraplacza odbywa się przez rurę barometryczną. Jest wstępnie zanurzony w cieczy i tworzy uszczelnienie hydrauliczne, które zapobiega przedostawaniu się powietrza do skraplacza.
Zasada działania aparatu pojemnościowego
Specjalny rodzaj sprzętu do technologicznych procesów odparowywania. Główną różnicą między jednostkami pojemnościowymi pod względem zasady działania jest obsługa trybu swobodnej cyrkulacji, którą osiąga się dzięki wewnętrznej konfiguracji lokalizacji obwodów w systemie wymiany ciepła. Infrastrukturę sieci wymiany ciepła tworzą wiązki rur, wężownice i inne elementy, które stwarzają warunki do wieloetapowego i pod wieloma względamitrudny proces przekazywania energii cieplnej. Nawiasem mówiąc, wyparki pojemnościowe praktycznie nie są używane do pracy z lepkimi, wrażliwymi na ciepło i krystalizującymi roztworami właśnie ze względu na swobodny, ale powolny obieg przepływów. Ponadto współczynniki przenikania ciepła w tym systemie są małe, co negatywnie wpływa na ogólną wydajność parowania. Jak usprawiedliwiają się urządzenia pojemnościowe? Są z powodzeniem stosowane w przemyśle małotonażowym, gdzie współczynnik przenikania ciepła nie jest tak istotny przy wielkościach wyjściowych. Wewnętrzny układ wyparek pojemnościowych, ze wszystkimi jego niedociągnięciami, otwiera wiele możliwości zorganizowania ukierunkowanego obiegu, co jest bardzo ważne w przedsiębiorstwach o małej mobilności strukturalnej przy łączeniu kanałów komunikacyjnych.
Obliczanie parownika
W zintegrowanej konstrukcji parownika dla każdego komponentu wykonywane są indywidualne obliczenia, ponieważ charakterystyka procesu produkcyjnego może się zmieniać na każdym etapie. Z reguły jako dane początkowe używane są:
- przybliżone ciśnienie pary;
- ciepło koncentracji;
- właściwości rozwiązania początkowego;
- poziom strat ciepła;
- współczynnik przenikania ciepła;
- parametry projektowe, które są już ustawione i nie można ich zmienić.
W przypadku parowników trójstopniowych obliczenia z wyżej wymienionymi danymi początkowymi można przeprowadzić przy użyciu kilku parametrów jednocześnie, w tym mocy pompy obiegowej, objętości komory grzewczej,maksymalna ilość obsługiwanej cieczy itp. Do najważniejszych zadań projektowych należą obliczenia projektowe tego samego skraplacza barometrycznego, separatora oraz określenie charakterystyk elementów rurociągów. W szczególności intensywność parowania w systemach z parowaniem ciągłym będzie zależeć od średnic dysz i długości rur przejściowych.
Wymagania dotyczące przepływu pracy
Wyliczone wskaźniki organizacji procesu parowania mogą nie dać oczekiwanego efektu, jeśli wymagania dotyczące środowiska zewnętrznego nie są spełnione. Wiele będzie zależeć od warunków panujących w pomieszczeniu, w którym sprzęt jest używany. Zgodnie z wymaganiami, parowniki jednoprzelotowe mogą być używane tylko w pomieszczeniach o powierzchni co najmniej 4,5 m2 i wysokości 3,2 m. jak komin. Nie będzie zbyteczne zapewnienie regulowanego kaptura z bramą i ustawieniem ciągu.
System wentylacyjny jest zaprojektowany zgodnie ze specjalnymi zasadami. Powinna zawierać kanały dopływowe i układy wywiewne z bezpośrednim połączeniem z obszarami, w których odbywa się bezpośrednio proces parowania. Oczywistym jest, że złożony system wentylacyjny działający w trybie normalnym w dwóch kierunkach będzie wymagał poważnego wsparcia zasilania. Ale jednocześnie emitowany hałas z kanałów i urządzeń operacyjnych nie powinien przekraczać 75 dB. A nie wspominając o spełnieniu wymagań przeciwpożarowych ibezpieczeństwo elektryczne. Jeśli parownik regularnie pracuje z mieszankami gazów, należy zorganizować specjalny system odgazowania powietrza. Może być częścią jednego kompleksu komunikacji wymiany ciepła, co pozwoli, w niektórych aspektach operacyjnych, uzupełnić funkcje obu systemów.
Wniosek
Operacje odparowywania i zagęszczania są od dawna stosowane w przemyśle zarówno jako główne, jak i wtórne procesy technologiczne. W większości przypadków w ten sposób przygotowywane są materiały do dalszych etapów wytwarzania wyrobów lub przygotowania środków technicznych. Parowniki i instalacje próżniowe można zaliczyć do najbardziej produktywnych narzędzi do rozwiązywania takich problemów. Wskaźniki wysokiej wydajności tłumaczy się obecnością funkcji parownika cyrkulacyjnego działającego z zewnętrznego źródła zasilania w postaci przepompowni. Istnieją różne kombinacje współdziałania grupy cyrkulacyjnej z komorą grzewczą i separatorem, ale w zasadzie wieloskładnikowe układy tego typu zapewniają najwyższą wydajność operacji technologicznej, zarówno pod względem jakości koncentracji produktu, jak i dynamiki proces parowania.
