מְאַבֵּר פִּלְמִי נוֹפֵל: מַדְרִיךְ לְתַכְלִית, לְאֵנֶרְגִּיָּה וּלְבִחָר

הִתְבַּשְּׁלוּת וְהַכְבָּשָׁה

מְבַשְּׁלִים סִילוֹן נוֹפֵל: הַכְבָּשַׁת נְזִילוֹת רַגְשָׁנִיּוֹת לַחַם בְּלִי לְבַשְּׁלָן

הַכְבָּשַׁת נְזִילוֹת רַגְשָׁנִיּוֹת לַחַם בְּלִי לְבַשְּׁלָן — אֵיךְ פּוֹעֲלֶת הַהִתְבַּשְּׁלוּת בְּסִילוֹן נוֹפֵל, מָתַי הִיא מְעַדֶּפֶת אֶת סִילוֹן עֹלֶה אוֹ הַסָּעָה מְחוּיָּבֶת, וְהַהֲצָעָאוֹת שֶׁמַּקְבִּיעוֹת אֶת אֵיכוּת הַמַּצָּע וְאֶת חוֹשֶׁךְ הַזֶּרֶם

כל פרויקט ריכוז נתקל בסתירה זהה: הסרת המים דורשת חום, והמוצר שאותו מנסים להגן עליו הוא בדיוק מה שאותו חום פוגע בו. מְבַשֵּׁל בְּשִׁכְבָּה נופלת פותר את הסתירה על ידי פעולה הפוכה למחבת רותחת. במקום להחזיק כמות גדולה של חומר בטמפרטורה קבועה במשך שעות, הוא מפזר את המוצר לשכבה דקה מספיק כדי לריכזו בעברה אחת בלבד, בטמפרטורה שהמוצר יכול לסבול, עם זמן השהיה הנמדד בשניות.

מאמר זה עוסק במהות המבשל בשכבה נופלת, באיפה הוא מתארח בהשוואה לסוגי מבשלים אחרים, כיצד שימוש בריבוי אפקטים, שחזור תרמי של אדים ושחזור מכני של אדים משנים את התמונה האנרגטית, וכן באילו שאלות כדאי להגיע להסכמה לפני בניית המערכת. הציוד המוצג לאורך המאמר לקוח ממערכות שפיתחנו בעצמנו.

צילומים ביחידת עבודה פעילה: ראש המיכל המאויש במצלמות, רמת הנוזל וזרימת המוצר דרך זכוכית הצפייה, והמוצר הנותף למיכל הקבלה.

קובץ וידאו: https://sc02.alicdn.com/kf/H74328f887453403b9092073e11cffb4fj.mp4

מה הופך את התאדות סרט נופל למשהו שונה

המוצר מופע על ידי משאבה לראשו של אוגר אנכי, ומשם מתפזר כך שזורם לאורך הקיר הפנימי של כל אוגר כסרט דק ורציף. הגורם המחמם – אדים, מים חמים או אדים מחוממים מחדש – זורמים בצד החיצוני של האוגרים. מכיוון שהמוצר הוא סרט ולא עמוד מלא בנוזל, האדים שהוא מייצר יכולים לנוע כלפי מטה יחד איתו במקום להיאבק כלפי מעלה דרך הנוזל, ולכן לא כל המסה חייבת להגיע לנקודת הרתיחה לפני שהתאדות מתחילה.

• זמן השהייה קצר. המוצר נמצא באזור החימום רק בשניות, לא בשעות, ולכן צבעו, ריחו והמרכיבים הרגישים לחום שלו שורדים תנאים שיפגעו בהם בתהליך של קיטור.
• חימום בטמפרטורה נמוכה. שמירה על תהליך זה בריקוי מקטינה את נקודת הרתיחה, ולכן התרכוז מתרחש בטמפרטורה שנבחרה בהתאם למוצר, ולא בהתאם לסביבה.
• הבדל קטן בטמפרטורה הוא מספיק. במערכת של סרט נופל, הפעולה מתבצעת עם הפרש טמפרטורה מועט בין מדיום החימום למוצר – וזה בדיוק מה שמאפשר את השימוש במערכות רב-אפקטיביות ובמערכות של שחזור אדים.
• נפח נוזלי נמוך. נפח קטן פירושו הפעלה ועצירה מהירות, פחות מוצר שנשאר תקוע במערכת בעת מעבר, ופחות זמן בהישארות בטמפרטורה כאשר המפעל עוצר.
• התנהגות טובה יותר במזגים מייצרים קצף ובמזגים צמיגיים בדרגה בינונית לעומת חבילת צינורות מלאה, מכיוון שהסרט אינו מתערבב.

היכן שמתאים להשתמש בסרט נופל, והיכן שלא

השימוש בסרט נופל אינו הפתרון המתאים לכל משימה. ההבדלים החשובים בפועל הם באיך שהמוצר זורם באזור החימום, ומה זה גורם לזמן השהות ולסיכון של סתימות.

השאלה האנרגטית: אפקטים מרובים, TVR או MVR

התאדות היא המקום בו נמצאים רוב עלויות הפעלה של מפעל סתמכות, והסידור שבוחרים הוא בעיקר שאלה של משאבים ולא שאלה מכנית

אפקטים מרובים

מְבַשֵּׁל רַב־אֲפֵקְטִי מְחַבֵּר מַכְשִׁירִים כָּךְ שֶׁהַזָּהָב הַנִּתָּךְ בְּאֲפֵקְט אֶחָד הַפָּעִיל כְּגָרַם חִמּוּם לָאֲפֵקְט הַבָּא. כָּל אֲפֵקְט נוֹסָף מַשְׁמִישׁ מֵחָדָשׁ זָהָב שֶׁבְּעִקָּר הָיָה נִתְלַכֵּד, וְלָכֵן כְּמוֹ שֶׁמַּוסִיפִים אֲפֵקְטִים, כָּמִיתַת הַזָּהָב הַצְּרִיכָה לְכִלוֹגְרָם אֶחָד שֶׁל מַיִם מְבֻשָּׁלִים יָרְדָה. הַמִּשְׁקָל הוּא בְּיִרְאוֹן הַהַשקָעָה, בְּשֶׁטַח הַשִּׁמּוּשׁ וּבִקְשִׁי הַבִּקְרוֹת — וְזֶה סִבַּת שֶׁהַמִּסְפָּר הַמַּכְסִימָלִי שֶׁל אֲפֵקְטִים שֶׁנִּמְצָא בְּצִדְקוּת הַמַּשְׁקָל הַמַּשְׁקִיל אֶת הַמִּסְפָּר הַמַּכְסִימָלִי שֶׁל אֲפֵקְטִים תָּלוּי בִּמְחִירוּת הָאֲנֶרְגִּיָּה וּבַזְּמַן הַמְּצֻפֶּה שֶׁהַמִּצְרָב יִפְעַל.

הַשְׁקָעַת זָהָב תְּרְמוֹלִית

מְגַדֵּל זָהָב עַל־יְדֵי זָהָב מְחֻמָּם מְקַבֵּל חֵלֶק מִן הַזָּהָב וּמַשְׁקִיעוֹ בְּעֶזְרַת זָהָב מְחֻמָּם, מַגְבִּיהַּ אֶת הַלַּחַץ וְאֶת הַחֹם שֶׁלּוֹ לְמַעֲלָה מִן הַמִּשְׁקָל הַצְּרִיכִים כְּדֵי שֶׁיִּשְׁתַּמֵּשׁ כְּגָרַם חִמּוּם. זֶה אָפְשָׁרִי קָטָן לְהַפְחִית אֶת צְרִיכַת הַזָּהָב בְּלִי מַעֲמָס חַשְׁמַלִּי, וְזֶה הַבְּחִירָה הַמְּצוּיָה לְהִשְׁתַּמֵּשׁ בְּמִקְרֶה שֶׁזָּהָב בְּלַחַץ בֵּינוֹנִי כְּבָר נִמְצָא בַּמָּקוֹם.

הַשְׁקָעַת זָהָב מְכָנִית

מערכת MVR מכווצת את האדים באמצעות מאוורר או מדחס ומחזירה אותם לצד החימום כמקור החום העיקרי. המתקן פועל אז בעיקר על חשמל במקום על אדים, מה שמשתלם באזורים שבהם אדים יקרים, אינם זמינים או נתונים לרגולציה, ובאזורי מחירים של חשמל נוחים. MVR גם מסירה את רוב עומס המưngן ואת דרישת המים הקירוריים של רכבת קונבנציונלית – נקודה מכרעת באתרים עם קיבולת קירור מוגבלת או מגבלות על פליטת מים.

אין תשובה אחת שהיא הטובה ביותר באופן אוניברסלי. הסידור הנכון תלוי במחירי השירותים שלכם, בהתייצבות הזנה שלכם ובדרישת היכולת להפחית את ההספק (turndown) שאתם באמת צריכים. מערכת שמתוכננת סביב שירות מסוים שמאוחר יותר הופך לנדיר או יקר היא השגיאה הנפוצה ביותר בפרויקטים של התאדות – והיא נקבעת בעמוד הראשון של תיאור הדרישות, לא במהלך ההפעלה.

בתוך המערכת: המודולים שקובעים את הביצועים

תמונה 1. רכבת התאדות סרט נופל על בסיסה: עמוד התאדות האנכי, מיכלי השירות וההפרדה, ומערכת הצינורות הסניטרית שמחברת את המراות.

רכבת הסרט הנופל היא יותר מעמוד מחומם. אלו הם הרכיבים שמגדירים האם היא תפעל כמתוכנן לאחר שינוי הזרימה המוזנת.

• קלנדריה – חבילה של צינורות ומעטפת. קוטר הצינור, אורכו ומצב שטחו קובעים את שטח העברת החום ואת נפילת הלחץ, בעוד שצד המעטפת מסודר סביב מדיום החימום שבחרתם.
• מערכת הפצה של הזרימה המוזנת. הרכיב החשוב ביותר בעיצוב סרט נופל: מפיץ לא אחיד גורם לחלק מהצינורות לקבל זרימה חסרה, וצינור חסר זרימה יפתח קרום.
• מיכל הפרדת אדים-נוזלים, שגודלו נבחר כך שהסחיפה לא תגרור מוצר עם האדים.
• מאגד, מערכת ואקום ומערכת טיפול בקondenסט, מתואמות ללחץ הפעולה של האפקט האחרון.
• משאבות סיבוב והעברה עם חיבורים סניטריים, ומערכת הצינורות שמשמרת את יציבות הסרט בין המראות.
• ציוד מדידה: טמפרטורה ולחץ בכל אפקט, בקרת רמה במיכלים ובמפרידים, מדידת זרימה וחלונות תצפית, וכן – במשימות מזון ותרפיה – מדידת ריכוז מקוונת.
• נקיון: תכנון שמאפשר слиיה, ריתוך היגייני, חיבורים מסוג טרי-קלמפ ומסלול לניקוי במקומו (CIP) שגודלו מביא לכך שהניקוי יהיה קצר וניתן לאימות ולא ניחוש.

איור 2. ראש המיכל עם חלונות תצפית ומדדי לחץ על המפרידים; מודול הסינון דו-הousing נמצא בקדמת התמונה.

איור 3. אותו קומפלקס מהצד של המניע: מחליף חום בראש העמודה, משאבות מוצר והמיכל לאיסוף על הסקיד.

נקודות הבקרה שקובעות את איכות המוצר

• הטמפרטורה המקסימלית של המוצר – נקבעת על ידי המוצר שלכם, לא על ידי המכונה. רמת הריקות היא הנגבה שקובעת אותה, והיא מגבילה כל הפרש טמפרטורה זמין בחלק התחתון של המערכת.
• זמן השהייה – עיצוב חד-מעבר מקצר אותו; כל לולאת מחזור נוספת מוסיפה זמן בטמפרטורה.
• ריכוז למחזור – יחס גבוה חוסך אנרגיה, אך מגביה את צמיגות הפלט ומעלים את הסיכון לאיזורים יבשים על דפנות הצינור.
• יציבות הזנה – התאדות היא תהליך במצב יציב. זנה שמשתנה בריכוז החומרים המוצקים או בזרימה תגרום לשינוי בריכוז הפלט.
• שולי התלכדות – שטח הפנים שרכשתם צריך להיות מוגדר כדי לפעול בין מחזורי ניקוי (CIP), ולא רק כדי להיראות יעיל ביום הראשון.

היכן שמפעילים מתקני התאדות עם סרט נופל

• ריכוז מיץ פירות וירקות, שבהם הצבע והריח הם נקודות המכר
• עיבוד חלב ופסולת חלב (whey)
• סוכר, סירופי גלוקוז והידרוליזטים של תבלית
• גליצרין ופוליאולים
• חלקי צמחי מרפא ומיצויים עשבוניים
• חומר ביניים כימי וזרמי עיבוד
• נוזלים תהליכים פארמה-ביולוגיים
• מי שפיכה של תעשיית המזון וקונצנטרציה של נוזלים דלפים למטרות אפס פליטת נוזלים

בחירת מערכת: השאלות שמגדירות את העיצוב

שאולות נפוצות

ש: מה ההבדל בין מְאַבֵּר סרט נפילה לבין מְאַבֵּר סרט עלייה?

ביחידת סרט עולה הנוזל והאדים נעים יחד מעלה, ולכן האדים חייבים לדחוף דרך עמוד הנוזל. ביחידת סרט יורד המוצר זורם למטה על פני הפנים הפנימיות של הצינור כסרט דק יחד עם האדים, מה שמקצר את זמן השהות, מפחית את הפרש הטמפרטורות הדרוש ומאפשר להתמודד עם צמיגות גבוהה יותר.

ש: האם ניתן לעבד מוצר צמיג במערבל סרט יורד?

עד כדי גבול מסוים. ככל שצמיגות עולה, קשה יותר לשמור על הסרט רציף, וסיכון пояו של אזורים יבשים גדל. מעבר לגבול זה, הפתרון הנפוץ הוא להוסיף שלב של חילוף принוד אחרי יחידת הסרט הירוד, במקום לאפשר סרט בעל הרטבה לקוי.

ש: מדוע הקיבולת נחלשת לאורך מסע ייצור?

כמעט תמיד בגלל התזה בחלק כלשהו של הסדרה, ולרוב היא מתחילה בהתפלגות המזון ולא במוצר עצמו. אם מوزיע המזון אינו ממלא כל צינור באופן אחיד, הצינורות שמקבלים פחות מזון מתזים ראשונים, ואיבוד שטח הפנים מתבטא כירידה בקיבולת.

ש: האם MVR תמיד זול יותר להפעלה?

הערה: MVR מעבירה את העלות מבخار לחשמל, ולכן היא משתלמת באזורים בהם בخار יקר או לא זמין ותעריף החשמל מועדף. היא כוללת גם עלויות הון ותחזוקה של הקומפרסור. ההשוואה אמורה להיעשות בשלב העיצוב, עם מחירי האנרגיה האמיתיים שלך.

שאלה: איזה רמת וואקום אני צריך?

זה נובע מהטמפרטורה המקסימלית שהמוצר שלך סובל, ולא ממספר תקני. לאחר שגבול הטמפרטורה ידוע, רמת הווקום נקבעת על ידי נקודת הרתיחה של הנוזל שלך בריכוז אליו אתה מגיע.

שאלה: האם יחידה אחת יכולה לריכז מספר מוצרים שונים?

כן, כאשר היא מעוצבת לכך: תצורה שניתן לרוקן, CIP יעיל ובקרת מתכון הם התכונות המאפשרות. מה שאתה קונה במקרה זה הוא מהירות והחזרתיות בשינוי משימות, ולא משימה קבועה יחידה.

דברו עם מהנדסי התהליכים שלנו