Εξατμιστήρας Πτωτικού Φιλμ: Οδηγός Σχεδιασμού, Ενέργειας και Επιλογής

ΕΞΑΤΜΙΣΗ & ΣΥΜΠΥΚΝΩΣΗ

Εξατμιστές πτωσιακού φιλμ: Συμπύκνωση θερμοευαίσθητων υγρών χωρίς να τα μαγειρεύουμε

Συμπύκνωση θερμοευαίσθητων υγρών χωρίς να τα μαγειρεύουμε — πώς λειτουργεί η εξάτμιση πτωσιακού φιλμ, πότε υπερτερεί της εξάτμισης ανερχόμενου φιλμ ή της εξάτμισης με εξαναγκασμένη κυκλοφορία, και οι αποφάσεις που καθορίζουν την ποιότητα του προϊόντος σας και το λογαριασμό σας για ατμό

Κάθε έργο συγκέντρωσης αντιμετωπίζει την ίδια σύγκρουση: η αφαίρεση του νερού απαιτεί θερμότητα, ενώ το προϊόν που προσπαθείτε να προστατεύσετε είναι ακριβώς αυτό που καταστρέφεται από τη θερμότητα αυτή. Ένας εξατμιστής με πτωτικό φιλμ επιλύει τη σύγκρουση δρώντας αντίθετα από μια βραστή κατσαρόλα. Αντί να κρατά μεγάλο όγκο προϊόντος σε σταθερή θερμοκρασία για ώρες, διασπείρει το προϊόν σε ένα φιλμ τόσο λεπτό, ώστε να συγκεντρωθεί σε μία μόνο διέλευση, σε μια θερμοκρασία που το προϊόν ανέχεται, με χρόνο παραμονής που μετριέται σε δευτερόλεπτα.

Αυτό το άρθρο αναφέρεται στο τι είναι ένας εξατμιστής με πτωτικό φιλμ, πού εντάσσεται σε σχέση με άλλους τύπους εξατμιστών, πώς οι πολυστάδιοι, οι θερμικοί και οι μηχανικοί επανασυμπιεστές ατμών αλλάζουν την ενεργειακή εικόνα, καθώς και στις ερωτήσεις που αξίζει να απαντηθούν πριν από την κατασκευή ενός συστήματος. Οι εγκαταστάσεις που εμφανίζονται σε όλο το κείμενο προέρχονται από δικές μας κατασκευές.

Ηχογραφημένο σε λειτουργούν μονάδα: η εξοπλισμένη κεφαλή δεξαμενής, η στάθμη και η ροή μέσω του παραθύρου παρατήρησης, καθώς και η εκροή του προϊόντος προς τη δεξαμενή λήψης.

Αρχείο βίντεο: https://sc02.alicdn.com/kf/H74328f887453403b9092073e11cffb4fj.mp4

Τι καθιστά διαφορετική την εξάτμιση με πτωτικό φιλμ

Το προϊόν αντλείται στην κορυφή ενός κατακόρυφου δεσμίδας σωλήνων και διανέμεται έτσι ώστε να κατεβαίνει κατά μήκος της εσωτερικής επιφάνειας κάθε σωλήνα ως λεπτό, συνεχές φιλμ. Το μέσο θέρμανσης — ατμός, ζεστό νερό ή ανασυμπιεσμένος ατμός — κυκλοφορεί στην πλευρά του κελύφους. Επειδή το προϊόν αποτελεί φιλμ και όχι γεμάτη στήλη, ο ατμός που παράγεται μπορεί να κινείται προς τα κάτω μαζί του, αντί να αναγκάζεται να ανεβαίνει προς τα επάνω διαπερνώντας το υγρό, και η συνολική μάζα δεν χρειάζεται να φτάσει το σημείο βρασμού προτού αρχίσει η εξάτμιση.

• Σύντομος χρόνος παραμονής. Το προϊόν παραμένει δευτερόλεπτα στη ζώνη θέρμανσης, όχι ώρες, οπότε το χρώμα, το άρωμα και οι ευαίσθητες στη θερμότητα δραστικές ουσίες επιβιώνουν σε συνθήκες που θα τις κατέστρεφαν σε ένα λέβητα.
• Λειτουργία σε χαμηλή θερμοκρασία. Η διατήρηση του αποτελέσματος υπό κενό μειώνει το σημείο βρασμού, οπότε η συγκέντρωση πραγματοποιείται σε μια θερμοκρασία που επιλέγεται βάσει του προϊόντος, όχι της ατμόσφαιρας.
• Μια μικρή διαφορά θερμοκρασίας είναι αρκετή. Η λειτουργία με πτωτικό φιλμ βασίζεται σε μια μέτρια κινητήρια διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ του θερμαντικού μέσου και του προϊόντος — γεγονός που καθιστά ακριβώς τις διατάξεις με πολλαπλά αποστακτήρια και ανασυμπίεση ατμού πρακτικές.
• Χαμηλή ποσότητα υγρού στο σύστημα. Μια μικρή απόθεμα σημαίνει γρήγορη εκκίνηση και απενεργοποίηση, λιγότερο προϊόν που παραμένει στο σύστημα κατά την αλλαγή παρτίδας και λιγότερο χρόνο σε υψηλή θερμοκρασία όταν η εγκατάσταση σταματά.
• Καλύτερη συμπεριφορά με αφρώδη και μεσαίας ιξώδους τροφοδοσίες σε σύγκριση με έναν εντελώς βυθισμένο σωληνοσωμάτιο, επειδή το φιλμ δεν ανακατεύεται.

Πού είναι κατάλληλο το πτωτικό φιλμ και πού δεν είναι

Το πτωτικό φιλμ δεν είναι η κατάλληλη λύση για κάθε εφαρμογή. Οι πρακτικά σημαντικές διαφορές αφορούν τον τρόπο με τον οποίο το προϊόν κινείται μέσα στη ζώνη θέρμανσης και τις επιπτώσεις αυτού του τρόπου κίνησης στον χρόνο παραμονής και στον κίνδυνο επιβάρυνσης.

Το ενεργειακό ζήτημα: πολλαπλά αποτελέσματα, TVR ή MVR

Η εξάτμιση είναι το σημείο όπου βρίσκεται η μεγαλύτερη μερίδα του λειτουργικού κόστους ενός εργοστασίου συγκέντρωσης, και η διάταξη που επιλέγετε είναι κυρίως ερώτημα χρήσης υπηρεσιών παρά μηχανικό ερώτημα.

Πολλαπλά αποτελέσματα

Ένας εξατμιστήρας πολλαπλών επιδράσεων συνδέει δοχεία έτσι ώστε ο ατμός που εξατμίζεται σε μία επίδραση να χρησιμοποιείται ως μέσο θέρμανσης για την επόμενη. Κάθε επιπλέον επίδραση επαναχρησιμοποιεί ατμό που διαφορετικά θα έπρεπε να συμπυκνωθεί, με αποτέλεσμα η ποσότητα ατμού που απαιτείται ανά κιλό εξατμισθείσας νερού να μειώνεται καθώς προστίθενται επιδράσεις. Η ανταλλαγή είναι η αύξηση του κεφαλαίου, του χώρου που καταλαμβάνει και της πολυπλοκότητας ελέγχου — γι’ αυτόν τον λόγο ο οικονομικά βέλτιστος αριθμός επιδράσεων εξαρτάται από τις τιμές της ενέργειας και από το χρονικό διάστημα που προβλέπεται να λειτουργεί το εργοστάσιο.

Θερμική ανασυμπίεση ατμού (TVR)

Ένας εκτοξευτής ατμού με ροή (steam jet booster) λαμβάνει μέρος του ατμού και τον ανασυμπιέζει με κινητήριο ατμό, αυξάνοντας την πίεσή του και τη θερμοκρασία του επαρκώς ώστε να μπορεί να επαναχρησιμοποιηθεί ως μέσο θέρμανσης. Είναι μια συμπαγής λύση για τη μείωση της κατανάλωσης ατμού χωρίς ηλεκτρικό φορτίο, και συνήθως είναι η επιλογή που εξετάζεται όταν στον χώρο είναι ήδη διαθέσιμος ατμός μεσαίας πίεσης.

Μηχανική ανασυμπίεση ατμού (MVR)

Ένα σύστημα MVR συμπιέζει τον ατμό με έναν ανεμιστήρα ή συμπιεστή και τον επαναφέρει στην πλευρά θέρμανσης ως κύρια πηγή θερμότητας. Η εγκατάσταση λειτουργεί στη συνέχεια κυρίως με ηλεκτρική ενέργεια αντί για ατμό, γεγονός που είναι ελκυστικό σε περιοχές όπου ο ατμός είναι ακριβός, μη διαθέσιμος ή ρυθμιζόμενος, και όπου ο τιμοκατάλογος ηλεκτρικής ενέργειας είναι ευνοϊκός. Το MVR εξαλείφει επίσης το μεγαλύτερο μέρος του φορτίου συμπύκνωσης και της ανάγκης για ψυκτικό νερό μιας συμβατικής μονάδας — ένα καθοριστικό σημείο για εγκαταστάσεις με περιορισμένη ψυκτική ικανότητα ή περιορισμούς στην απόρριψη.

Δεν υπάρχει καθολικά καλύτερη απάντηση. Η κατάλληλη διάταξη εξαρτάται από τις τιμές των χρησιμοποιούμενων ενεργειακών πηγών, τη σταθερότητα της τροφοδοσίας σας και την πραγματική ανάγκη για μείωση της ισχύος. Ένα σύστημα που προδιαγράφεται βάσει μιας ενεργειακής πηγής η οποία αργότερα γίνεται σπάνια ή ακριβή είναι το πιο συνηθισμένο λάθος σε έργα εξάτμισης — και αυτό αποφασίζεται στην πρώτη σελίδα των προδιαγραφών, όχι κατά τη φάση εκκίνησης.

Εσωτερικά του συστήματος: τα μοντέλα που καθορίζουν την απόδοση

Σχήμα 1. Μία μονάδα εξάτμισης με πτωσιακό φιλμ σε βάση μεταφοράς: κατακόρυφη στήλη εξάτμισης, δεξαμενές υπηρεσίας και διαχωρισμού, και η υγιεινή σωληνώσεις που συνδέουν τα στάδια.

Μία μονάδα εξάτμισης με πτωσιακό φιλμ είναι περισσότερο από μία θερμαινόμενη στήλη. Αυτά είναι τα στοιχεία που καθορίζουν εάν θα λειτουργήσει όπως σχεδιάστηκε, μόλις αλλάξει η τροφοδοσία.

• Καλαντρία — δεσμίδα σωλήνων και περίβλημα. Η διάμετρος, το μήκος και η επιφανειακή κατάσταση των σωλήνων καθορίζουν την επιφάνεια μεταφοράς θερμότητας και την πτώση πίεσης, ενώ η πλευρά του περιβλήματος διατάσσεται γύρω από το μέσο θέρμανσης που επιλέξατε.
• Σύστημα κατανομής τροφοδοσίας. Το πιο σημαντικό στοιχείο ενός σχεδιασμού με πτωσιακό φιλμ: μία ανομοιόμορφη κατανομή στερεί ορισμένους σωλήνες από τροφοδοσία, και ένας στερημένος σωλήνας επικαλύπτεται με απόθεμα.
• Δεξαμενή διαχωρισμού ατμού-υγρού, διαστασιολογημένη έτσι ώστε η συναρπαγή να μην μεταφέρει προϊόν μαζί με τον ατμό.
• Συμπυκνωτής, σύστημα κενού και διαχείριση συμπυκνώματος, εξισορροπημένα με την πίεση λειτουργίας της τελευταίας επίδρασης.
• Αντλίες κυκλοφορίας και μεταφοράς με υγιεινές συνδέσεις, και η σωληνώσεις που διατηρούν σταθερό το φιλμ μεταξύ των σταδίων.
• Οργανολογία: θερμοκρασία και πίεση σε κάθε επίδραση, έλεγχος στάθμης στις δεξαμενές και τους διαχωριστές, ένδειξη ροής και οπτικά παράθυρα, και – σε εφαρμογές τροφίμων και φαρμάκων – μετρήσεις συγκέντρωσης εν κινήσει.
• Ευκολία καθαρισμού: διάταξη με δυνατότητα αποστράγγισης, υγιεινές συγκολλήσεις, συνδέσεις τριπλού δακτυλίου (tri-clamp) και διαδρομή CIP διαστασιολογημένη έτσι ώστε ο καθαρισμός να είναι σύντομος και επαληθεύσιμος, όχι εκτιμώμενος.

Σχήμα 2. Κεφαλή δεξαμενής με οπτικά παράθυρα και μανόμετρα πίεσης στους διαχωριστές· το φίλτρο με δύο θάλαμους βρίσκεται στο προσκήνιο.

Σχήμα 3. Το ίδιο σύστημα από την πλευρά του κινητήρα: εναλλάκτης θερμότητας στην κορυφή της στήλης, αντλίες προϊόντος και δεξαμενή συλλογής επάνω στο skid.

Τα σημεία ελέγχου που καθορίζουν την ποιότητα του προϊόντος

• Μέγιστη θερμοκρασία προϊόντος – καθορίζεται από το προϊόν σας, όχι από τη μηχανή. Το επίπεδο κενού είναι ο μοχλός που την καθορίζει και περιορίζει κάθε διαφορά θερμοκρασίας που είναι διαθέσιμη στην κατεύθυνση της ροής.
• Χρόνος παραμονής – μια σχεδίαση με μονή διέλευση τον διατηρεί σύντομο· κάθε βρόγχος επανακυκλοφορίας προσθέτει χρόνο σε θερμοκρασία.
• Συγκέντρωση ανά διέλευση – ένα υψηλό ποσοστό εξοικονομεί ενέργεια, αλλά αυξάνει την εξερχόμενη ιξώδες και τον κίνδυνο ξηρών περιοχών στο τοίχωμα του σωλήνα.
• Σταθερότητα της τροφοδοσίας – η εξάτμιση είναι μια διαδικασία σταθερής κατάστασης. Μια τροφοδοσία που μεταβάλλεται ως προς τα στερεά ή την παροχή μεταβάλλει επίσης την εξερχόμενη συγκέντρωση.
• Περιθώριο επιβάρυνσης – η επιφάνεια που αγοράζετε πρέπει να είναι κατάλληλα διαστασιολογημένη για λειτουργία μεταξύ κύκλων CIP, όχι για να φαίνεται αποδοτική την πρώτη μέρα.

Όπου χρησιμοποιούνται εξατμιστές με πεσμένο φιλμ

• Συμπύκνωση χυμών φρούτων και λαχανικών, όπου το χρώμα και το άρωμα είναι τα κύρια πλεονεκτήματα πώλησης
• Επεξεργασία γαλακτοκομικών προϊόντων και ορού
• Ζάχαρη, σιρόπια γλυκόζης και υδρολύματα αμύλου
• Γλυκερίνη και πολυολες
• Εκχυλίσματα φυτών και βοτάνων
• Χημικά ενδιάμεσα και ροές διαδικασίας
• Υγρά φαρμακευτικών και βιολογικών διεργασιών
• Συγκέντρωση λυμάτων της βιομηχανίας τροφίμων και εκλύματος για εφαρμογές μηδενικής απόρριψης υγρών

Επιλογή συστήματος: τα ερωτήματα που καθορίζουν το σχεδιασμό

Συχνές ερωτήσεις

Ε: Ποια είναι η διαφορά μεταξύ ενός εξατμιστή με πτωτικό φιλμ και ενός εξατμιστή με ανερχόμενο φιλμ;

Σε μία μονάδα ανερχόμενου φιλμ, το υγρό και ο ατμός κινούνται προς τα πάνω μαζί, οπότε ο ατμός πρέπει να διαπεράσει τη στήλη του υγρού. Σε μία μονάδα κατερχόμενου φιλμ, το προϊόν ρέει προς τα κάτω στο εσωτερικό του σωλήνα ως λεπτό φιλμ μαζί με τον ατμό, γεγονός που μειώνει τον χρόνο παραμονής, μειώνει την απαιτούμενη διαφορά θερμοκρασίας και ανέχεται μεγαλύτερη ιξώδες.

Ε: Μπορεί ένας εξατμιστής κατερχόμενου φιλμ να επεξεργαστεί ένα ιξώδες προϊόν;

Μέχρι ένα σημείο. Καθώς το ιξώδες αυξάνεται, το φιλμ γίνεται δυσκολότερο να διατηρηθεί συνεχές και αυξάνεται ο κίνδυνος εμφάνισης ξηρών περιοχών. Πέραν αυτού του σημείου, η συνηθισμένη λύση είναι μία φάση εξαναγκασμένης κυκλοφορίας μετά το κατερχόμενο φιλμ, αντί να αποδεχθούμε ένα κακώς υγροποιούμενο φιλμ.

Ε: Γιατί η χωρητικότητα μειώνεται κατά τη διάρκεια μιας παραγωγικής εκστρατείας;

Σχεδόν πάντα λόγω επιβρόμωσης κάπου στην αλυσίδα, και συχνά αυτή αρχίζει από την κατανομή της τροφοδοσίας, όχι από το ίδιο το προϊόν. Εάν ο κατανεμητής δεν τροφοδοτεί ομοιόμορφα όλους τους σωλήνες, οι σωλήνες που υποστερούνται επιβρομώνονται πρώτοι και η απώλεια επιφάνειας εμφανίζεται ως μείωση της χωρητικότητας.

Ε: Είναι πάντα φθηνότερη η λειτουργία με MVR;

Όχι. Η MVR μετατοπίζει το κόστος από τον ατμό στην ηλεκτρική ενέργεια, επομένως είναι πλεονεκτική όπου ο ατμός είναι ακριβός ή μη διαθέσιμος και η τιμή της ηλεκτρικής ενέργειας ευνοϊκή. Επιπλέον, περιλαμβάνει το κόστος κεφαλαίου και τη συντήρηση του συμπιεστή. Η σύγκριση πρέπει να γίνει στο στάδιο σχεδιασμού, με τις πραγματικές τιμές υπηρεσιών σας.

Ε: Ποιο επίπεδο κενού χρειάζομαι;

Αυτό εξαρτάται από τη μέγιστη θερμοκρασία που ανέχεται το προϊόν σας, όχι από ένα τυποποιημένο νούμερο. Μόλις γνωρίζετε το όριο θερμοκρασίας, το επίπεδο κενού καθορίζεται από το σημείο βρασμού του υγρού σας στη συγκέντρωση που επιτυγχάνετε.

Ε: Μπορεί μία μονάδα να συμπυκνώνει διάφορα διαφορετικά προϊόντα;

Ναι, όταν έχει σχεδιαστεί γι’ αυτό: μία διαταγή με δυνατότητα αποστράγγισης, αποτελεσματικό σύστημα CIP και έλεγχο με βάση τις συνταγές είναι τα καθοριστικά χαρακτηριστικά. Σε αυτήν την περίπτωση, αυτό που αγοράζετε είναι η ταχύτητα αλλαγής και η επαναληψιμότητα, όχι μία μόνο σταθερή λειτουργία.

Μιλήστε με τους μηχανικούς διαδικασίας μας