Csökkenő folyadékréteg-elgőzölögtető: tervezés, energiafelhasználás és kiválasztási útmutató

ELPÁROGATÁS ÉS KONCENTRÁCIÓ

Lecsöpögő fólia elpárologtatók: hőérzékeny folyadékok koncentrálása anélkül, hogy „megfőznénk őket”

Hőérzékeny folyadékok koncentrálása anélkül, hogy „megfőznénk őket” – hogyan működik a lecsöpögő fólia elpárologtatás, mikor jobb az emelkedő fólia vagy a kényszerkeringtetéses elpárologtatónál, és milyen döntések határozzák meg a termékminőséget és a gőzszámlát

Minden koncentrálási projekt ugyanazzal az ellentéttel néz szembe: a víz eltávolításához hőre van szükség, de éppen azt a terméket próbáljuk megvédeni, amelyet ez a hő károsít. A lefolyófóliás elpárologtató ezt az ellentétet úgy oldja fel, hogy éppen fordított módon működik, mint egy forraló fazék. Nem tartja órákon keresztül nagy mennyiségű anyagot adott hőmérsékleten, hanem vékony fóliává teríti szét a terméket, így egyetlen átfolyáson keresztül koncentrálható olyan hőmérsékleten, amelyet a termék elvisel, és a tartózkodási idő másodpercekben mérhető.

Ez a cikk azt tárgyalja, mi is egy lefolyófóliás elpárologtató, hol helyezkedik el más elpárologtatási típusokhoz képest, hogyan változtatja meg az energiaképet a többfokozatú, a termikus és a mechanikai gőzrekompreszió, valamint milyen kérdéseket érdemes tisztázni egy rendszer építése előtt. A cikkben bemutatott berendezések saját gyártásúak.

Valós üzemelő egységről készült felvétel: a műszerezett edényfej, a szemüvegen keresztüli szint- és áramlásmérés, valamint a termék kiáramlása a fogadó tartályba.

Videofájl: https://sc02.alicdn.com/kf/H74328f887453403b9092073e11cffb4fj.mp4

Mi teszi különlegessé a lefolyó fóliás elpárologtatást

A terméket a függőleges csőcsomó tetejére szivattyúzzák, majd úgy osztják el, hogy minden egyes cső belső falán vékony, folyamatos fóliaként folyjon lefelé. A fűtőközeg – gőz, forró víz vagy újraösszenyomott gőz – a csőcsomó külső oldalán (a burkolatban) áramlik. Mivel a termék fóliaként, nem pedig teljesen kitöltött oszlopként jelenik meg, az általa létrehozott gőz lefelé haladhat vele együtt, nem kell felfelé préselnie magát a folyadékon keresztül, és az egész tömegnek nem kell elérnie a forráspontot az elpárologtatás megkezdéséhez.

• Rövid tartózkodási idő. A termék másodpercekig tartózkodik a fűtési zónában, nem órákig, így a szín, az illat és a hőérzékeny hatóanyagok túlélik a körülményeket, amelyek máskülönben lerombolnák őket egy kazánban.
• Alacsony hőmérsékleten történő működtetés. A vákuum hatásának fenntartása csökkenti a forráspontot, így a koncentrálás olyan hőmérsékleten zajlik, amelyet a termék igényei szerint választanak ki, nem pedig a környezeti levegő tulajdonságai alapján.
• Elegendő egy kis hőmérsékletkülönbség. A lefolyófóliás elpárologtatás mérsékelt hajtó hőmérsékletkülönbséggel működik a fűtőközeg és a termék között – éppen ez teszi gyakorlati szempontból alkalmassá a többfokozatú és gőz-újraerősítéses rendszereket.
• Alacsony folyadék-tartalom. A kis mennyiség gyors indítást és leállítást tesz lehetővé, kevesebb termék marad vissza a rendszerben átálláskor, és kevesebb idő telik el a hőmérsékleten, amikor a gyár leáll.
• Jobban viseli a habzó és mérsékelten viszkózus alapanyagokat, mint egy teljesen elárasztott csőcsomó, mert a fóliát nem keveri fel a turbulencia.

Hol illeszkedik a lefolyófóliás elpárologtatás, és hol nem

A lefolyófóliás elpárologtatás nem minden feladatra megfelelő megoldás. A gyakorlatban lényeges különbségek a termék mozgásának módja a fűtési zónában, valamint az ebből adódó tartózkodási idő és a lerakódás kockázata.

Az energia kérdése: több hatásfokú, TVR vagy MVR

A párologtatás azon folyamat, ahol egy koncentráló üzem működési költségének legnagyobb része keletkezik, és a kiválasztott elrendezés elsősorban egy segédenergia-kérdés, nem pedig mechanikai kérdés.

Több hatásfokú

A többfokozatú elpárologtató berendezések egymás után kapcsolt edényekből állnak úgy, hogy az egyik fokozatban keletkező gőz a következő fokozat fűtőközegeként szolgál. Mindegyik további fokozat újrahasznosítja a gőzt, amelyet máskülönben kondenzálni kellene, így a kilogramm elpárologtatott vízhez szükséges gőzmennyiség csökken a fokozatok számának növelésével. A kompromisszum a berendezés kezdőberuházási költsége, helyigénye és szabályozási bonyolultsága – ezért a gazdaságilag optimális fokozatszám az energiaáraktól és a gyártóüzem várható üzemidejétől függ.

Hőmérsékleti gőzrekompresszió (TVR)

Egy gőzsugár-erősítő részben a gőzt veszi fel, és működőgőzzel újra összenyomja, emelve nyomását és hőmérsékletét annyira, hogy ismét fűtőközegként használható legyen. Ez egy kompakt megoldás a gőzfogyasztás csökkentésére elektromos terhelés nélkül, és általában akkor érdemes megfontolni, ha közepes nyomású gőz már rendelkezésre áll a telephelyen.

Mechanikai gőzrekompresszió (MVR)

Az MVR-rendszer a gőzt egy ventilátorral vagy kompresszorral sűríti, majd visszajuttatja a fűtési oldalra, mint elsődleges hőforrást. Így az üzem nagyrészt elektromos árammal működik, nem gőzzel – ez akkor előnyös, ha a gőz drága, nem elérhető vagy szabályozott, és ha az áramtarifa kedvező. Az MVR továbbá megszünteti a kondenzátor terhelésének legnagyobb részét és a hagyományos párologtató vonat hűtővíz-igényét – ez döntő szempont olyan helyszínek esetében, ahol korlátozott a hűtési kapacitás vagy kifolyási korlátozások érvényesek.

Nincs univerzálisan legjobb megoldás. A megfelelő elrendezést az Ön energiaárak, a nyersanyag-ellátás stabilitása és a ténylegesen szükséges lekapcsolási arány határozza meg. Olyan rendszer megadása, amely egy később hiányos vagy drága energiahordozóra épül, a párologtatási projektek leggyakoribb hibája – és ezt a döntést már a specifikáció első oldalán hozzák meg, nem a üzembe helyezés során.

A rendszeren belül: a modulok, amelyek meghatározzák a teljesítményt

1. ábra. Egy lefolyó fólia elpárologtató vonal a szállítóvázán: függőleges elpárologtató oszlop, szerviz- és elválasztó edények, valamint a szakaszokat összekötő higiénikus csővezeték.

Egy lefolyó fólia vonal több, mint egy fűtött oszlop. Ezek az alkatrészek döntik el, hogy a berendezés a tervezett módon működik-e, ha a befolyó anyag változik.

• Kalander – csőcsomó és burkolat. A csövek átmérője, hossza és felületi állapota határozza meg a hőátadási felületet és a nyomásesést, miközben a burkolat oldalát a kiválasztott fűtőközeghez igazítják.
• Befolyó anyag-elosztó rendszer. A lefolyó fólia kialakítás legfontosabb eleme: egy egyenetlen elosztó egyes csöveket alul táplál, és egy alul táplált cső lerakódik.
• Gőz-folyadék elválasztó edény, amelyet úgy méreteztek, hogy a gőzben levő cseppek ne ragadjanak magukkal terméket.
• Kondenzátor, vákuumrendszer és kondenzátum-kezelés, amelyeket az utolsó hatás üzemi nyomásához igazítottak.
• Higiénikus csatlakozású keringtető és átviteli szivattyúk, valamint a csővezeték, amely a fóliát stabilan tartja a szakaszok között.
• Műszerezettség: hőmérséklet- és nyomásmérés minden hatáson, szintszabályozás a tartályokban és elválasztókban, áramlásmérés és megfigyelő üvegek, valamint élelmiszer- és gyógyszeripari feladatok esetén inline koncentrációmérés.
• Tisztíthatóság: lefolyós elrendezés, higiénikus hegesztések, tri-clamp csatlakozások és egy CIP-út méretezése úgy, hogy a tisztítás rövid és ellenőrizhető legyen, ne pedig találgatás alapján történjen.

2. ábra. A szétválasztó tartályok fedelén megfigyelő üvegek és nyomásmérők; a két házassal rendelkező szűrőmodul a kép előterében helyezkedik el.

3. ábra. Ugyanaz a berendezéssor a hajtás vége felől nézve: hőcserélő a oszlop tetején, termék szivattyúk és a gyűjtőtartály a sínpárnán.

A termék minőségét meghatározó szabályozási pontok

• A termék maximális hőmérséklete – ezt a termék határozza meg, nem a gép. A vákuumszint az a szabályozó eszköz, amely meghatározza, és ez korlátozza minden rendelkezésre álló hőmérsékletkülönbséget a folyamat további szakaszaiban.
• A tartózkodási idő – az egyszeres átfolyásos kialakítás rövidre tartja; minden újra-keringtetési hurkot hozzáad a hőmérsékleten töltött időhöz.
• Koncentráció átmenetenként – egy magas arány energiatakarékosságot eredményez, de növeli a kimeneti viszkozitást és a száraz foltok kialakulásának kockázatát a csőfalra.
• Bemeneti állomány stabilitása – az elpárologtatás egy állandósult állapotú folyamat. Ha a bemeneti anyag szilárdanyag-tartalma vagy áramlási sebessége ingadozik, a kimeneti koncentráció is ingadozni fog.
• Kifoszlás-keresztmetszet – a megvásárolt felületet úgy kell méretezni, hogy a CIP-ciklusok közötti üzemelésre legyen alkalmas, nem pedig csak az első napon hatékonynak tűnjön.

A lefolyó fólia elpárologtatók alkalmazási területei

• Gyümölcs- és zöldséglevék koncentrálása, ahol a szín és az illat a termék értékesítési kulcsa
• Tej- és sajtgyártási melléktermékek (pl. sajtserke) feldolgozása
• Cukor, glükózszirupok és keményítő-hidrolizátok
• Glicerin és poliolok
• Növényi és gyógynövény-kivonatok
• Kémiai köztes termékek és folyamatáramok
• Gyógyszerészeti és biológiai folyamatfolyadékok
• Élelmiszeripari szennyvíz és kifolyóvíz koncentrálása nullafolyadék-kibocsátásos feladatokhoz

Rendszer kiválasztása: a tervezést meghatározó kérdések

Gyakran Ismételt Kérdések

K: Mi a különbség egy lefolyó fólia és egy felfelé áramló fólia párologtató között?

Egy felfelé áramló fóliában a folyadék és a gőz együtt haladnak felfelé, így a gőznek át kell hatolnia a folyadékoszlopon. Egy lefelé áramló fóliában a termék vékony fóliaként csorog le a cső belső felületén a gőzzel együtt, ami rövidíti a tartózkodási időt, csökkenti a szükséges hőmérsékletkülönbséget, és nagyobb viszkozitást is elvisel.

K: Kezelhet-e egy lefelé áramló fóliás elpárologtató viszkózus terméket?

Bizonyos határig igen. Ahogy a viszkozitás nő, egyre nehezebb fenntartani a folyamatos fóliát, és nő a száraz foltok kialakulásának kockázata. Ezen a ponton a szokásos megoldás általában egy kényszerkeringtetéses fokozat a lefelé áramló fóliás szakasz után, nem pedig a rosszul nedvesítő fólia elfogadása.

K: Miért csökken a kapacitás egy gyártási kampány során?

Gyakorlatilag mindig valahol a rendszerben lerakódás keletkezik, és gyakran a tápláló elosztóval kezdődik, nem magával a termékkel. Ha az elosztó nem táplálja egyenletesen minden csövet, akkor a táplálatlan csövek először lerakódásra hajlamosak, és a felület elvesztése kapacitáscsökkenésként mutatkozik.

K: Mindig olcsóbb-e az MVR üzemeltetése?

Nem. Az MVR áthelyezi a költséget a gőzből az elektromos energiára, így akkor előnyös, ha a gőz drága vagy nem elérhető, és az elektromos áram kedvező tarifán érhető el. Emellett a kompresszor berendezési költségét és karbantartását is magában foglalja. A hasonlítást a tervezési szakaszban kell elvégezni, a tényleges közüzemi árak alapján.

K: Milyen vákuumszintre van szükségem?

Ez a termék által elviselhető maximális hőmérséklettől függ, nem egy szabványos értéktől. Ha ismert a hőmérsékleti korlát, akkor a vákuumszintet a folyadék forráspontja határozza meg a koncentráció szintjén, amit elérni kíván.

K: Egy egység több különböző terméket is koncentrálhat?

Igen, ha erre a célra tervezték: leüríthető elrendezés, hatékony CIP-rendszer és receptalapú vezérlés a kulcsfontosságú jellemzők. Ebben az esetben nem egyetlen rögzített feladatot, hanem gyors átállási időt és reprodukálhatóságot vásárol.

Beszéljen folyamatmérnökeinkkel