Krentančios plėvelės garintuvas: projektavimo, energijos ir pasirinkimo vadovas

GARINIMAS IR KONCENTRACIJA

Krentančios plėvelės garintuvai: šilumai jautrių skystųjų medžiagų koncentravimas be jų virimo

Šilumai jautrių skystųjų medžiagų koncentravimas be jų virimo – kaip veikia krentančios plėvelės garinimas, kada jis pranašesnis už kylančios plėvelės ar priverstinio cirkuliavimo garintuvus ir kokios sprendimų priėmimo sąlygos lemia jūsų produkto kokybę bei garinimo garo sąnaudas

Kiekvienas koncentravimo projektas susiduria su ta pačia problema: vandens pašalinimui reikia šilumos, o produktas, kurį bandote apsaugoti, būtent ir yra tai, ką ši šiluma pažeidžia. Krentančios plėvelės garintuvas išsprendžia šią problemą veikdamas priešingai nei verdantis puodas. Vietoj to, kad didelį produkto kiekį laikytų tam tikroje temperatūroje valandas, jis išskleidžia produktą į tokio storio plėvelę, kurią galima koncentruoti vienu pralaidumu, esant temperatūrai, kurią produktas toleruoja, o produkto pabuvimo laikas matuojamas sekundėmis.

Šiame straipsnyje aptariama, kas yra krentančios plėvelės garintuvas, kaip jis lyginamas su kitais garintuvų tipais, kaip daugiapakopis, šiluminis ir mechaninis garų perkompresavimas keičia energijos sąnaudų vaizdą, taip pat kokie klausimai turi būti išspręsti prieš statant sistemą. Visose iliustracijose pateikta įranga yra mūsų pačių gamybos.

Įrašyta veikiančioje įrenginio vietoje: instrumentuota rezervuaro viršutinė dalis, lygio ir srauto stebėjimas per žiūrinį langelį bei produktas, išsisklendžiantis į priimančiąją talpyklą.

Vaizdo failas: https://sc02.alicdn.com/kf/H74328f887453403b9092073e11cffb4fj.mp4

Kas daro plonos plėvelės garinimą kitokį

Produktas siurbiama į vertikalių vamzdžių rinkinio viršų ir paskirstomas taip, kad jis teka žemyn kiekvieno vamzdžio vidinėmis sienelėmis kaip plona, nuolatinė plėvelė. Šildymo terpė – garai, karštas vanduo arba perkomprimuoti garai – cirkuliuoja išorinėje (apvalkalo) pusėje. Kadangi produktas yra plėvelė, o ne užpildytas stulpelis, jo sukuriami garai gali judėti žemyn kartu su juo, o ne priverstinai kilti per skystį, todėl visos masės nereikia pakelti iki virimo temperatūros, kad prasidėtų garinimas.

• Trumpas pabuvimo laikas. Produktas šildymo zonoje praleidžia sekundes, o ne valandas, todėl spalva, aromatas ir šilumai jautrūs aktyvūs komponentai išlieka nepažeisti sąlygų, kurios kituose procesuose (pvz., katilyje) juos sunaikintų.
• Žema temperatūra. Efekto palaikymas vakuumo sąlygomis sumažina virimo tašką, todėl koncentracija vyksta pasirinkta temperatūra, pritaikyta produktui, o ne aplinkos sąlygoms.
• Pakanka mažo temperatūrų skirtumo. Krentančiojo plėvelės principas veikia su nedideliu varomuoju temperatūrų skirtumu tarp šildymo terpės ir produkto – būtent tai daro daugiapakopius ir garų perdirbimo įrenginius praktiškais.
• Mažas skystojo produkto kiekis įrenginyje. Mažesnė atsarga reiškia greitesnį paleidimą ir sustabdymą, mažiau produkto, likstančio sistemoje per technologinio proceso keitimą, ir mažiau laiko, praleisto temperatūros sąlygomis, kai gamybos įrenginys sustoja.
• Geresnis elgesys su putuojančiais ir vidutinio klampumo įtekėjimais nei pilnu vamzdžių rinkiniu, nes plėvelė nejudina (neburbuliuoja).

Kur krentančioji plėvelė tinka, o kur – ne

Krentančioji plėvelė nėra tinkamas sprendimas kiekvienai užduočiai. Praktikoje svarbiausi skirtumai yra tai, kaip produktas juda šildymo zonoje, ir ką tai lemia produkto pabuvimo laikui bei užteršimo rizikai.

Energijos klausimas: kelių efektų sistema, garo kompresorius (TVR) arba mechaninis garo kompresorius (MVR)

Garinimas sudaro didžiąją dalį koncentracijos gamybos sąnaudų, o pasirinkta schema daugiausia priklauso nuo naudojamų energijos išteklių, o ne nuo mechaninės įrangos

Keli efektai

Daugiaefektinis garintuvas sujungia indus taip, kad viename efekte išgarinamas garas tampa šildymo terpe kitame efekte. Kiekvienas papildomas efektas pakartotinai naudoja garą, kuris kitaip būtų susilęsdinamas, todėl garo, reikiamo vienam kilogramui vandens išgarinti, kiekis mažėja pridedant efektus. Kompromisas – didesnės kapitalinės išlaidos, didesnė įrenginio plotas ir sudėtingesnė valdymo sistema; todėl ekonominis efektų skaičius priklauso nuo energijos kainų ir numatomos gamybos įrenginio eksploatacijos trukmės.

Šilminė garų rekompresija (TVR)

Garų srovės stiprintuvas paima dalį garų ir rekompresuoja juos naudodamas varomąjį garą, padidindamas jų slėgį ir temperatūrą tiek, kad juos būtų galima pakartotinai naudoti kaip šildymo terpę. Tai kompaktiškas būdas sumažinti garo sąnaudas be elektros energijos sąnaudų, ir dažniausiai tai yra pasirinktinas sprendimas, kai objekte jau yra prieinamas vidutinio slėgio garas.

Mechaninė garų rekompresija (MVR)

MVR sistema suspaudžia garus ventiliatoriumi arba kompresoriumi ir grąžina juos į šildymo pusę kaip pagrindinį šilumos šaltinį. Tada įrenginys veikia daugiausia elektra vietoj garų, kas yra patrauklu ten, kur garai yra brangūs, nepasiekiami ar reguliuojami, o elektros tarifas palankus. MVR taip pat pašalina didžiąją dalį kondensatoriaus apkrovos ir tradicinės distiliavimo linijos vandens aušinimo poreikio – tai lemiamas punktas vietose su ribota aušinimo galia ar išleidimo apribojimais.

Nėra visuotinai geriausio sprendimo. Teisingas išdėstymas priklauso nuo jūsų naudingųjų išteklių kainų, žaliavos stabilumo ir faktinio reikiamo apkrovos mažinimo. Sistemos nustatymas remiantis naudinguoju ištekliu, kuris vėliau tampa retas ar brangus, yra dažniausia klaida garinimo projektuose – ir ji priimama pirmojoje techninės užduoties puslapio, o ne paleidimo metu.

Sistemos viduje: moduliai, kurie nulemia našumą

1 pav. Krintančios plėvelės garinimo įrenginys ant savo ratus turinčio pagrindo: vertikalus garinimo stulpelis, aptarnavimo ir atskyrimo indai bei sanitarinė vamzdynų sistema, jungianti etapus.

Krintančios plėvelės įrenginys yra daugiau nei šildomas stulpelis. Šie komponentai nulemia, ar jis veiks kaip suprojektuota, kai keičiamas žaliavos tiekimas.

• Kalandrija – vamzdžių ryšulys ir apvalkalas. Vamzdžių skersmuo, ilgis ir paviršiaus būklė nustato šilumos perdavimo plotą ir slėgio nuostolius, o apvalkalo pusė suprojektuota pasirinktam šildymo teršalui.
• Žaliavos paskirstymo sistema. Svarbiausias krintančios plėvelės konstrukcijos elementas: netolygus paskirstytuvas kai kuriuos vamzdelius priverčia dirbti su mažesniu našumu, o nepakankamai aprūpintas vamzdelis užsikemša.
• Garų-skysčio atskyrimo indas, suprojektuotas taip, kad išnešimo reiškinys neperneštų produkto kartu su garais.
• Kondensatorius, vakuumo sistema ir kondensato tvarkymo įrenginiai, pritaikyti paskutiniojo efekto darbiniam slėgiui.
• Cirkuliacijos ir perduodamųjų siurbliai su sanitariniais jungtimis bei vamzdynų sistema, kuri palaiko stabilų plėvelės sluoksnį tarp etapų.
• Instrumentai: temperatūra ir slėgis kiekviename efekte, lygio valdymas indų ir separatorių viduje, srauto rodymas ir žvilgsnio stiklai, taip pat – maisto ir farmacinėms paskirtims – linijinis koncentracijos matavimas.
• Valymo galimybė: ištuštinamasis išdėstymas, higieniški suvirinimai, trijų žiedų jungtys ir CIP maršrutas, suprojektuotas taip, kad valymas būtų trumpas ir patikrinamas, o ne spėliojamas.

Pav. 2. Indų dangtis su žvilgsnio stiklais ir manometrais atskiriamuosiuose indųose; dviejų korpusų filtravimo modulis yra priekyje.

Pav. 3. Tas pats įrenginių komplektas iš variklio pusės: šilumos mainytuvas ant kolonos dangčio, produktų siurbliai ir surinkimo indas ant rėmo.

Valdymo taškai, kurie nulemia produkto kokybę

• Didžiausia produkto temperatūra – nustatoma pagal jūsų produktą, o ne pagal įrenginį. Vakuumo lygis yra valdymo elementas, nustatantis šią temperatūrą, ir jis riboja visus galimus temperatūros skirtumus toliau esančiose sistemose.
• Pabuvimo laikas – vienkartinis projektavimas padaro jį trumpu; kiekvienas cirkuliacijos ratas prideda laiko produktui esant aukštoje temperatūroje.
• Koncentracija per praejimą – didelis santykis taupo energiją, bet padidina išleidimo klampumą ir sausų dėmių riziką vamzdžio sienelėje.
• Pavadinimo stabilumas – garinimas yra nuolatinės būsenos procesas. Jei įtekėjimo kietųjų dalelių kiekis ar srautas svyruoja, tai tiesiogiai veikia išleidimo koncentraciją.
• Užteršimo atsarga – paviršiaus plotas, kurį įsigyjate, turėtų būti suprojektuotas taip, kad būtų tinkamas veikti tarp CIP ciklų, o ne tik atrodytų efektyvus pirmąją dieną.

Kur naudojami krentamojo plėvelės garintuvai

• Vaisių ir daržovių sulčių koncentracija, kur spalva ir aromatas yra pardavimo argumentai
• Pieno ir varškės serumo perdirbimas
• Cukrus, gliukozės sirupai ir krakmolo hidrolizatai
• Glicerinas ir poliolai
• Augalų ir vaistažolių ekstraktai
• Chemijos pusgaminių ir technologinių srautų gamyba
• Vaistų ir biologinių procesų skystieji produktai
• Maisto pramonės nuotekos ir išplovos koncentravimas nulinio skysčių nuotėkų režimui

Sistemos parinkimas: klausimai, kurie nulemia projektavimą

Dažniausiai užduodami klausimai

K: Koks skirtumas tarp krentančios plėvelės ir kylančios plėvelės garintuvo?

Kylantame plėvelės vienete skystis ir garai kyla kartu, todėl garams reikia prasiskverbti per skysčio stulpelį. Krentančioje plėvelėje produktas teka žemyn vamzdžio viduje plona plėvele kartu su garais, dėl ko sumažėja pabuvimo laikas, mažesnė temperatūrų skirtumo reikšmė ir didesnė klampumo tolerancija.

K: Ar krentančios plėvelės garintuvas gali apdoroti klampų produktą?

Iki tam tikro taško. Kai klampumas didėja, plėvelė tampa sunkiau išlaikyti nuolatine, o sausų dėmių rizika auga. Virš šio taško įprastas sprendimas yra pridėti priverstinės cirkuliacijos etapą po krentančios plėvelės vieneto, o ne leisti blogai drėkinamos plėvelės veikimui.

K: Kodėl pajėgumas mažėja per gamybos kampaniją?

Beveik visada tai sukelta užterštumo kur nors grandinėje, dažnai pradedant nuo pašarų pasiskirstymo, o ne paties produkto. Jei pasiskirstymo įrenginys nepasiskirsto skysčio lygiai į kiekvieną vamzdį, tuščios vamzdelių vietos užteršiamos pirmiausia, o paviršiaus ploto netekimas pasireiškia kaip pajėgumo mažėjimas.

K: Ar MVR visada pigesnė eksploatuoti?

Ne. MVR perkėlia kainą iš garų į elektros energiją, todėl jis yra naudingas ten, kur garai yra brangūs arba neprieinami ir elektros energijos tarifas palankus. Taip pat jis apima kompresoriaus kapitalines sąnaudas ir priežiūrą. Palyginimas turi būti atliekamas projektavimo etape, remiantis jūsų faktinėmis komunalinėmis paslaugų kainomis.

Klausimas: Koks vakuumo lygis man reikalingas?

Tai priklauso nuo maksimalios temperatūros, kurią jūsų produktas gali ištverti, o ne nuo standartinės vertės. Kai temperatūros riba žinoma, vakuumo lygį nulemia skysčio virimo temperatūra pasiekiamame koncentracijos lygyje.

Klausimas: Ar vienas įrenginys gali koncentruoti kelis skirtingus produktus?

Taip, jei jis suprojektuotas tam: ištuštinamasis išdėstymas, veiksminga CIP sistema ir receptūrų pagrindu veikianti valdymo sistema – tai sąlygos, leidžiančios tai padaryti. Tokiu atveju jūs įsigyjate ne vieną fiksuotą našumą, o greitą perjungimą ir pakartojamumą.

Susisiekite su mūsų procesų inžinieriais