Kritīgās plēves iztvaicētājs: dizains, enerģija un izvēles pamācība

IZTVAICINĀŠANA UN KONCENTRĒŠANA

Krišanas kārtas iztvaicinātāji: siltumjutīgu šķidrumu koncentrēšana, neuzvārot tos

Siltumjutīgu šķidrumu koncentrēšana, neuzvārot tos – kā darbojas krišanas kārtas iztvaicināšana, kad tā pārspēj cēlās kārtas vai piespiedu cirkulācijas iztvaicināšanu un kādas lēmumu pieņemšanas nosaka jūsu produkta kvalitāti un jūsu tvaika patēriņu

Katrs koncentrēšanas projekts saskaras ar vienu un to pašu konfliktu: ūdens noņemšanai nepieciešama siltuma enerģija, bet produkts, ko jūs cenšaties aizsargāt, ir tieši tas, ko šī siltuma enerģija bojā. Kritīgās plēves iztvaicētājs risina šo konfliktu, darbojoties pretēji kausam ar vārīšanos. Nevis turēdams lielu šķidruma daudzumu noteiktā temperatūrā stundām ilgi, tas izplatīt produktu plānā kārtā, kas ļauj to koncentrēt vienā caurlaide, temperatūrā, kuru produkts var izturēt, un ar uzturēšanās laiku, kas mērīts sekundēs.

Šajā rakstā izskaidrots, kas ir kritīgās plēves iztvaicētājs, kāds ir tā novietojums salīdzinājumā ar citiem iztvaicētāju veidiem, kā daudzeffektīvā, termiskā un mehāniskā tvaika pārkompresija maina enerģijas patēriņa ainu, kā arī jautājumi, kas jārisina pirms sistēmas būvniecības. Visi attēlotie iekārtu piemēri ir no mūsu pašu ražošanas.

Video uzņemts darbojošās iekārtas laikā: instrumentētais trauka vāks, līmenis un plūsma caur redzes stiklu, kā arī produkts, kas izplūst uz saņemšanas tvertnes.

Video fails: https://sc02.alicdn.com/kf/H74328f887453403b9092073e11cffb4fj.mp4

Kas padara kritīgās plēves iztvaikošanu atšķirīgu

Produkts tiek sūknēts uz vertikālu cauruļu saišķa augšgalu un sadalīts tā, ka tas tek lejup pa katras caurules iekšējo sienu kā plāna, nepārtraukta plēve. Sildīšanas vide — tvaiks, karsta ūdens vai pārspiests tvaiks — plūst ap cauruļu ārpusi. Tā kā produkts veido plēvi, nevis pilnu cauruļu kolonnu, tā radītais tvaiks var pārvietoties lejup kopā ar produktu, nevis spiesties uz augšu cauri šķidrumam, un visai masai nav jāsasniedz vārīšanās temperatūra, lai iztvaikošana sāktos.

• Īss uzturēšanās laiks. Produkts sildīšanas zonā pavadīs sekundes, nevis stundas, tāpēc krāsa, aromāts un termolabilie aktīvie vielu komponenti saglabājas apstākļos, kas citādi tos degradētu katlā.
• Darbība zemā temperatūrā. Vakuumā notiekoša darbība pazemina vārīšanās temperatūru, tāpēc koncentrēšana notiek temperatūrā, kas izvēlēta produktam, nevis apkāpjai.
• Pietiekami mazs temperatūras starpības. Krišanas kārtas darbībai nepieciešama neliela dzinēja temperatūras starpība starp sildīšanas vidēm un produktu — tieši tāpēc daudzelementu un tvaika pārkompresijas shēmas ir praktiskas.
• Zems šķidruma daudzums sistēmā. Neliels šķidruma daudzums nozīmē ātru ieslēgšanu un izslēgšanu, mazāk produkta, kas paliek sistēmā pārejas laikā, un mazāku laiku temperatūrā, kad rūpnīca apstājas.
• Labāka uzvedība putojošiem un mēreni viskoziem produktiem salīdzinājumā ar pilnīgi iegremdētu cauruļu saišķi, jo kārta nejauktās.

Kur krišanas kārta piemērota un kur tā nav piemērota

Krišanas kārta nav piemērota visām lietotnēm. Praksē būtiskākās atšķirības ir tās, kā produkts pārvietojas sildīšanas zonā, un kā tas ietekmē uzturēšanās laiku un piesārņojuma risku.

Enerģijas jautājums: vairāku efektu, TVR vai MVR

Iztvaikošana ir tas posms, kur koncentrēšanas rūpnīcas ekspluatācijas izmaksas ir vislielākās, un izvēlētā izkārtojuma lielākoties ir saistīts ar palīglīdzekļiem, nevis ar mehāniskiem aspektiem.

Vairāki efekti

Dažu efektu iztvaicētājs savieno traukus tā, ka tvaiks, kas iztvaiko vienā efektā, kļūst par sildīšanas vidējo nākamajā efektā. Katrs papildu efekts atkārtoti izmanto tvaiku, ko citādi būtu jāsasilda, tāpēc tvaika daudzums, kas nepieciešams katram iztvaicētā kilogramam ūdens, samazinās, pievienojot vairāk efektu. Tomēr ir kompromiss — augstākas kapitāla izmaksas, lielāks platības aizņemums un vadības sarežģītība, tāpēc ekonomiski izdevīgo efektu skaitu nosaka enerģijas cena un paredzamais rūpnīcas darbības laiks.

Termiskā tvaika pārspiediena paaugstināšana (TVR)

Tvaika strūklas pastiprinātājs ņem daļu no tvaika un ar dzinējtvaiku pārspiediena paaugstina tā spiedienu un temperatūru tik augsti, ka to var atkārtoti izmantot kā sildīšanas vidējo. Tas ir kompakts veids, kā samazināt tvaika patēriņu bez elektriskās slodzes, un parasti to apsver, ja vietā jau ir pieejams vidēja spiediena tvaiks.

Mehāniskā tvaika pārspiediena paaugstināšana (MVR)

MVR sistēma saspiež tvaiku ar ventilatoru vai kompresoru un atgriež to kā galveno siltuma avotu sildīšanas pusē. Tad iekārta darbojas galvenokārt uz elektrības vietā, nevis uz tvaika, kas ir pievilcīgi tur, kur tvaiks ir dārgs, nav pieejams vai regulēts, un kur elektrības tarifi ir izdevīgi. MVR arī novērš lielāko daļu kondensatora slodzes un dzesēšanas ūdens patēriņu parastajā iekārtu komplektā – tas ir lēmuma pieņemšanas punkts vietās ar ierobežotu dzesēšanas jaudu vai izvades ierobežojumiem.

Nav universāli labākās atbildes. Pareizais risinājums atkarīgs no jūsu komunālo pakalpojumu cenām, izejvielas stabilitātes un faktiski nepieciešamās jaudas regulēšanas diapazona. Sistēmas specifikācija, kas balstīta uz komunālo pakalpojumu veidu, kas vēlāk kļūst rets vai dārgs, ir visbiežākais kļūda izgarošanas projektos – un šis lēmums tiek pieņemts pirmajā specifikācijas lapā, nevis ekspluatācijas uzsākšanas laikā.

Iekšpusē sistēmā: moduļi, kas nosaka veiktspēju

1. attēls. Kritīgās plēves iztvaikošanas iekārta uz savas pamatnes: vertikālā iztvaikošanas kolonna, pakalpošanas un atdalīšanas trauki un sanitārā cauruļvada sistēma, kas savieno posmus.

Kritīgās plēves iekārta ir vairāk nekā tikai sakarsēta kolonna. Šie ir komponenti, kas nosaka, vai tā darbosies saskaņā ar projektēto, kad mainās izejviela.

• Kalandrija — cauruļu saišķis un apvalks. Cauruļu diametrs, garums un virsmas stāvoklis nosaka siltuma pārneses laukumu un spiediena zudumu, kamēr apvalka puse ir izveidota ap jūsu izvēlēto sildīšanas vidējo.
• Izejvielas sadalīšanas sistēma. Svarīgākais elements kritīgās plēves konstrukcijā: nevienmērīgs sadalītājs izraisa dažu cauruļu barošanas trūkumu, bet caurule ar barošanas trūkumu veido nogulsnes.
• Tvaika–šķidruma atdalīšanas trauks, kura izmēri ir noteikti tā, lai tvaikā neiekļūtu produkti.
• Kondensators, vakuumsistēma un kondensāta apstrāde, kas pielāgota pēdējā posma darba spiedienam.
• Sanitārām savienojumiem paredzēti cirkulācijas un pārvades sūkņi un cauruļvada sistēma, kas nodrošina stabila plēves saglabāšanu starp posmiem.
• Instrumentu apgabals: temperatūra un spiediens katrā efektā, līmeņa kontrole uz tvertnēm un separatoriem, plūsmas indikācija un redzes stikli, kā arī — pārtikas un farmaceitiskajām lietotnēm — tiešsaistes koncentrācijas mērīšana.
• Tīrījamība: iztukšojama izkārtojuma risinājums, higiēniski metinājumi, tri-clamp savienojumi un CIP maršruts, kas izmērots tā, lai tīrīšana būtu īsa un verificējama, nevis pamatota uz pieņēmumiem.

Attēls 2. Tvertnes vāks ar redzes stikliem un spiediena manometriem uz separatoru tvertnēm; divu korpusu filtrācijas modulis atrodas priekšplānā.

Attēls 3. Tas pats iekārtu komplekts no piedziņas gala: siltummaiņš uz kolonnas vāka, produktu sūkņi un savākšanas tvertne uz skid.

Kontroles punkti, kas nosaka produkta kvalitāti

• Maksimālā produkta temperatūra — to nosaka jūsu produkts, nevis mašīna. Vakuumlīmenis ir regulēšanas līdzeklis, kas to nosaka, un tas ierobežo katru pieejamo temperatūras starpību turpmākajā procesā.
• Uzturēšanās laiks — vienreizējas plūsmas dizains to saglabā īsu; katrs recirkulācijas loks pievieno laiku temperatūrā.
• Koncentrācija katrā caurlaide — augsts attiecības koeficients ietaupa enerģiju, bet paaugstina izplūdes viskozitāti un sausas vietas veidošanās risku uz caurules sienas.
• Padeves stabilitāte — tvaikošana ir stacionārs process. Ja cieto vielu daudzums vai plūsmas ātrums padevē svārstās, tad svārstās arī izplūdes koncentrācija.
• Apsārņojuma rezerve — virsmas laukumu, ko jūs iegādājaties, vajadzētu izvēlēties tā, lai tas nodrošinātu darbību starp CIP cikliem, nevis tikai izskatītos efektīvs pirmajā dienā.

Kur tiek izmantoti kritīgā kārtā notiekošas tvaikošanas iekārtas

• Augļu un dārzeņu sulu koncentrēšana, kur krāsa un aromāts ir pārdošanas arguments
• Piensaimniecības produktu un siera serumu apstrāde
• Cukurs, glikozes sīrupi un cietes hidrolizāti
• Glicerīns un poliolu savienojumi
• Augu un zāļu ekstrakti
• Ķīmiskie starpprodukti un procesa plūsmas
• Farmācijas un bioloģiskie procesu šķidrumi
• Pārtikas rūpniecības notekūdeņi un izlējumi koncentrēšanai nulles šķidro atkritumu uzdevumiem

Sistēmas izvēle: jautājumi, kas nosaka projektēšanu

Bieži uzdotie jautājumi

J: Kāda ir atšķirība starp kritīgo plēves un pacelšanās plēves iztvaicētāju?

Augstinojo plēves vienībā šķidrums un tvaiks pārvietojas kopā uz augšu, tāpēc tvaikam ir jāizspiež sev ceļš caur šķidruma kolonnu. Kristīgajā plēves vienībā produkts tek pa caurules iekšējo virsmu kā plāna plēve kopā ar tvaiku, kas samazina uzturēšanās laiku, pazemina nepieciešamo temperatūru starpību un ļauj apstrādāt viskozākus produktus.

J: Vai kristīgā plēves iztvaicētājs var apstrādāt viskozu produktu?

Līdz noteiktam punktam — jā. Jo vairāk pieaug viskozitāte, jo grūtāk saglabāt nepārtrauktu plēvi, un sauso vietu veidošanās risks pieaug. Pārsniedzot šo punktu, parasti izmanto piespiedu cirkulācijas posmu pēc kristīgās plēves vienības, nevis pieņem slikti mitrināmu plēvi.

J: Kāpēc jauda samazinās ražošanas kampanjas laikā?

Gandrīz vienmēr tas notiek dēļ noblīvēšanās kādā vietā iekšējā procesa ķēdē, un bieži vien tā sākas ar barošanas sadalītāju, nevis ar pašu produktu. Ja sadalītājs nebaro katru cauruli vienmērīgi, tad caurules, kurām trūkst barošanas, noblīvējas pirmās, un virsmas laukuma zudums izpaužas kā jaudas samazināšanās.

J: Vai MVR vienmēr ir lētāka ekspluatācijā?

Nē. MVR pārceļ izmaksas no tvaika uz elektrību, tāpēc tas ir izdevīgāks tur, kur tvaiks ir dārgs vai nav pieejams un elektroenerģijas tarifi ir izdevīgi. Tas arī ietver kompresora kapitāla izmaksas un apkopi. Salīdzinājums jāveic projektēšanas stadijā, izmantojot jūsu faktiskās komunālo pakalpojumu cenas.

J: Kāds vakuumlīmenis man nepieciešams?

Tas ir atkarīgs no maksimālās temperatūras, kuru jūsu produkts var izturēt, nevis no standarta rādītāja. Kad temperatūras limits ir zināms, vakuumlīmenis tiek noteikts pēc šķidruma viršanas temperatūras koncentrācijā, kuru jūs sasniedzat.

J: Vai vienu iekārtu var izmantot vairāku dažādu produktu koncentrēšanai?

Jā, ja tā ir projektēta šim nolūkam: iztukšojama izkārtojuma, efektīvas CIP sistēmas un recepturētās vadības ieviešana ir iespējojošās īpašības. Šajā gadījumā jūs iegādājaties nevis vienu fiksētu darbības režīmu, bet gan ātrumu, ar kādu var veikt pāreju starp dažādiem produktiem, un atkārtojamību.

Sazinieties ar mūsu procesu inženieriem