Falling Film Evaporator: Disenyo, Enerhiya, at Gabay sa Pagpili

EVAPORATION AT KONSENTRASYON

Falling Film Evaporators: Pagsesentro ng mga likido na sensitibo sa init nang hindi nila iniiinit ang sobra

Pagsesentro ng mga likido na sensitibo sa init nang hindi sila iniiinit ang sobra—kung paano gumagana ang falling film evaporation, kung kailan ito mas mainam kaysa sa rising film o forced circulation, at ang mga desisyon na tumutukoy sa kalidad ng iyong produkto at sa iyong gastos sa steam

Ang bawat proyektong konsentrasyon ay nakakaranas ng parehong konflikto: ang pag-alis ng tubig ay nangangailangan ng init, at ang produkto na iyong pinoprotektahan ay eksaktong ang nasasaktan ng init na iyon. Ang isang falling film evaporator ay naglulutas ng konflikto sa pamamagitan ng paggawa ng kabaligtaran ng isang kawali na kumukulo. Sa halip na panatilihin ang malaking dami sa isang tiyak na temperatura sa loob ng maraming oras, ito ay kumakalat ng produkto sa isang manipis na pelikula na maaaring ikonsentra sa isang solong pagdaan, sa isang temperatura na kayang tiisin ng produkto, at may residence time na sinusukat sa segundo lamang.

Ang artikulong ito ay sumasaklaw sa kahulugan ng isang falling film evaporator, kung saan ito nabibilang sa iba pang uri ng evaporator, kung paano binabago ng multi-effect, thermal, at mechanical vapour recompression ang larawan ng enerhiya, at ang mga tanong na dapat pansinin bago ang pagbuo ng isang sistema. Ang mga kagamitan na ipinapakita sa buong artikulo ay galing sa aming sariling mga gawa.

Nakasalamin sa isang gumagana nang unit: ang instrumentadong ulo ng sisidlan, ang antas at daloy sa pamamagitan ng sight glass, at ang produkto na lumalabas patungo sa receiving tank.

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

Ano ang nagpapakilala sa pagkakaiba ng falling film evaporation

Ang produkto ay ipinapadala papunta sa tuktok ng isang vertical tube bundle at inuunlad upang tumakbo pababa sa loob na pader ng bawat tubo bilang manipis at tuloy-tuloy na film. Ang heating medium—steam, mainit na tubig o recompressed vapour—ay dumadaloy sa shell side. Dahil ang produkto ay isang film imbes na isang flooded column, ang vapour na nabubuo nito ay maaaring lumipad pababa kasama nito imbes na pilitin ang daan pataas sa pamamagitan ng likido, at hindi kailangang abotin ng buong masa ang boiling point bago magsimula ang evaporation.

• Maikli ang residence time. Ang produkto ay nananatili lamang sa heating zone sa loob ng ilang segundo, hindi oras, kaya ang kulay, aroma, at mga heat-sensitive actives ay nabubuhay sa mga kondisyon na magpapahina sa kanila sa isang kettle.
• Operasyon sa mababang temperatura. Ang pagpapanatili ng epekto sa ilalim ng vacuum ay bumababa sa boiling point, kaya ang concentration ay nangyayari sa isang temperatura na pinili para sa produkto, hindi para sa atmospera.
• Ang maliit na pagkakaiba sa temperatura ay sapat na. Ang falling film ay gumagana gamit ang maliit na pagkakaiba sa temperatura ng pagpapagalaw sa pagitan ng heating medium at ng produkto—na siya naman ang eksaktong dahilan kung bakit ang multi-effect at vapour recompression arrangements ay praktikal.
• Mababang halaga ng likido na naiimbak. Ang maliit na inventory ay nangangahulugan ng mabilis na pagsisimula at pagtatapos, mas kaunti ang produkto na natitira sa loob ng sistema kapag may pagbabago, at mas kaunti ang oras na nakalagay sa temperatura kapag tumigil ang planta.
• Mas mainam na pag-uugali sa mga foam at moderately viscous feeds kumpara sa flooded bundle, dahil ang film ay hindi kumikinang.

Kung saan ang falling film ay angkop, at kung saan hindi

Ang falling film ay hindi ang tamang solusyon para sa bawat gawain. Ang mga pagkakaiba na mahalaga sa praktikal na aplikasyon ay kung paano gumagalaw ang produkto sa loob ng heating zone, at ano ang epekto nito sa residence time at sa panganib ng fouling.

Ang tanong tungkol sa enerhiya: multi-effect, TVR o MVR

Ang evaporation ang lugar kung saan nakasalalay ang karamihan sa operasyon na gastos ng isang halaman para sa pagpapakonsentra, at ang pagkakaayos na pinipili mo ay higit na isang tanong tungkol sa utility kaysa sa mekanikal na aspeto.

Maraming epekto

Ang isang evaporator na may maraming epekto ay nagkakabit ng mga sisidlan upang ang singaw na niluto sa isang epekto ay maging ang pampainit na daluyan para sa susunod. Ang bawat karagdagang epekto ay muling ginagamit ang singaw na kung hindi man ay kailangang i-condense, kaya bumababa ang kailangang singaw bawat kilograma ng tubig na na-evaporate habang dinaragdagan ang bilang ng mga epekto. Ang kapalit nito ay ang gastos sa kapital, ang lugar na kinukuha, at ang kumplikadong kontrol—kaya naman ang ekonomikong bilang ng mga epekto ay nakasalalay sa presyo ng enerhiya at sa tagal ng operasyon ng planta.

Thermal vapour recompression (TVR)

Ang isang steam jet booster ay kumuha ng bahagi ng singaw at muling pinipressure-press nito gamit ang motive steam, na itinaas ang presyon at temperatura nito hanggang sa maging sapat para muling gamitin bilang pampainit na daluyan. Ito ay isang kompakto at epektibong paraan para bawasan ang paggamit ng singaw nang walang anumang karga sa kuryente, at karaniwang itinuturing na opsyon kapag ang singaw na may katamtamang presyon ay nasa lugar na.

Mechanical vapour recompression (MVR)

Ang sistema ng MVR ay pumipiga sa usok gamit ang isang hangin o kompresor at ibinabalik ito sa panig ng pag-init bilang pangunahing pinagkukunan ng init. Ang planta ay tumatakbo kaya nang pangunahin sa kuryente imbes na sa singaw, na nakakatrahe kung ang singaw ay mahal, hindi magagamit, o regulado, at kung ang taripa ng kuryente ay kapaki-pakinabang. Ang MVR ay nag-aalis din ng karamihan sa tungkulin ng kondensador at pangangailangan ng tubig para sa paglamig ng isang karaniwang tren—isa itong mahalagang punto para sa mga lokasyon na may limitadong kakayahan sa paglamig o mga restriksyon sa paglabas.

Wala nang pangkalahatang pinakamahusay na sagot. Ang tamang pagkakaayos ay sumusunod sa presyo ng iyong mga serbisyo, sa katatagan ng iyong supply, at sa turndown na talagang kailangan mo. Ang isang sistema na tinukoy batay sa isang serbisyo na mamaya ay maging kulang o mahal ay ang pinakakaraniwang kamalian sa mga proyektong pang-evaporasyon—at ito ay napapasyahan sa unang pahina ng teknikal na tseklist, hindi habang ginagawa ang commissioning.

Sa loob ng sistema: ang mga module na nagdedesisyon ng pagganap

Figura 1. Isang tren ng pagkakalat ng kumukunot na pelikula sa kanyang skid: pahalang na haligi ng pagkakalat, mga sisilbing serbisyo at paghihiwalay, at ang sanitary na tubo na nag-uugnay sa bawat yugto.

Ang isang tren ng pagkakalat ng kumukunot na pelikula ay higit pa sa isang pinainit na haligi. Ito ang mga bahagi na tumutukoy kung ang sistema ay gagana ayon sa disenyo kapag ang feed ay nabago.

• Calandria – bundle ng tubo at shell. Ang diameter, haba, at kalagayan ng ibabaw ng tubo ang nagsasaad ng lugar ng heat transfer at pressure drop, samantalang ang gilid ng shell ay inayos ayon sa heating medium na pinili mo.
• Sistema ng pamamahagi ng feed. Ang pinakamahalagang bahagi ng disenyo ng falling film: ang hindi pantay na distributor ay nagpapakulang sa ilang tubo, at ang isang napakulang na tubo ay nagkakaroon ng scale.
• Bote ng paghihiwalay ng vapour-liquid, na sukat upang ang entrainment ay huwag magdala ng produkto kasama ang vapour.
• Condenser, vacuum system, at paghawak sa condensate, na naaayon sa operating pressure ng huling effect.
• Mga sirkulasyon at transfer pump na may sanitary na koneksyon, at ang tubo na panatilihin ang katatagan ng pelikula sa pagitan ng mga yugto.
• Instrumentasyon: temperatura at presyon sa bawat epekto, kontrol ng antas sa mga sisidlan at separator, indikasyon ng daloy at mga salamin na paningin, at – sa mga gawain na may kinalaman sa pagkain at gamot – pagsukat ng konsentrasyon habang tumatakbo.
• Kakayahang linisin: disenyo na may posibilidad na i-drain, mga weld na nasa pamantayan ng kalinisan, mga koneksyon na tri-clamp, at isang ruta para sa CIP (Clean-in-Place) na sukatang nagpapahintulot ng maikling at nasusuri ang proseso ng paglilinis, hindi lamang isang haka-haka.

Figura 2. Ulo ng sisidlan na may mga salamin na paningin at mga gauge ng presyon sa mga separator; ang modyul ng pag-filter na may dalawang housing ay nasa unahan.

Figura 3. Ang parehong hanay mula sa dulo ng drive: heat exchanger sa ulo ng column, mga bomba ng produkto, at ang sisidlan ng koleksyon sa loob ng skid.

Mga punto ng kontrol na nagpapasya sa kalidad ng produkto

• Pinakamataas na temperatura ng produkto – itinatakda ng iyong produkto, hindi ng makina. Ang antas ng vacuum ang ginagamit upang itakda ito, at ito ang sumasala sa lahat ng magagamit na pagkakaiba ng temperatura sa mga sumunod na yugto.
• Tagal ng pananatili – ang disenyo na single-pass ang nagpapakababa nito; ang bawat recirculation loop ay nagdaragdag ng karagdagang oras na nakalantad sa temperatura.
• Konsentrasyon bawat pagdaan – ang mataas na ratio ay nag-iipon ng enerhiya ngunit nagpapataas ng viskosidad sa labas at ng panganib ng mga tuyo na bahagi sa pader ng tubo.
• Katatagan ng feed – ang ebaporasyon ay isang proseso na nasa steady-state. Ang isang feed na nagbabago sa solid content o daloy ay magpapabago rin sa konsentrasyon ng labas nito.
• Margin para sa fouling – ang sukat ng surface area na binibili mo ay dapat na sapat para tumakbo sa pagitan ng mga CIP cycle, hindi upang mukhang epektibo sa unang araw lamang.

Kung saan ginagamit ang falling film evaporators

• Pagkokonsentra ng juice ng prutas at gulay, kung saan ang kulay at aroma ang pangunahing katangian na nagbibenta
• Paggamot sa gatas at whey
• Asukal, syrup ng glucose, at starch hydrolysates
• Glycerin at polyols
• Mga ekstraktong halaman at herb
• Mga kemikal na intermediate at proseso ng daloy
• Mga likido sa proseso ng pharmaceutical at biological
• Pagsesentro ng wastewater at leachate mula sa industriya ng pagkain para sa mga gawain na may zero-liquid-discharge

Pagpili ng isang sistema: ang mga tanong na nagpapasya sa disenyo

Kadalasang Itinatanong na mga Katanungan

Tanong: Ano ang pagkakaiba sa pagitan ng falling film at rising film evaporator?

Sa isang rising film unit, ang likido at ang usok ay kumikilos pataas nang sabay, kaya kailangan ng usok na pumusod sa haligi ng likido. Sa isang falling film unit, ang produkto ay tumatagos pababa sa loob ng tubo bilang manipis na pelikula kasama ang usok, na nagpapababa ng oras ng pagkakalantad, nababawasan ang kailangang pagkakaiba ng temperatura, at mas nakakatanggap ng mataas na viskosidad.

Tanong: Kayang i-proseso ng falling film evaporator ang isang makapal na produkto?

Hanggang sa isang punto lamang. Habang tumataas ang viskosidad, mas mahirap panatilihin ang pagkakaputol-putol ng pelikula at lumalaki ang panganib ng mga tuyong bahagi. Kapag lumampas na sa puntong iyon, ang karaniwang sagot ay ang paggamit ng forced-circulation stage matapos ang falling film, imbes na tanggapin ang isang hindi mabuting pagkakalipat ng pelikula.

Tanong: Bakit bumababa ang kapasidad sa loob ng isang produksyon na kampanya?

Halos laging dahil sa fouling sa anumang bahagi ng sistema, at madalas ay nagsisimula ito sa pamamahagi ng feed, hindi sa mismong produkto. Kung ang distributor ay hindi pantay na nagpapadala ng likido sa bawat tubo, ang mga tubong kulang sa supply ay una nang magfo-foul, at ang nawalang surface area ay nagreresulta sa pagbaba ng kapasidad.

Tanong: Palaging mas murang i-run ang MVR?

Hindi. Ang MVR ay nagbabago ng gastos mula sa steam patungo sa kuryente, kaya ito ay nananalo kung ang steam ay mahal o hindi magagamit at ang singil sa kuryente ay paborable. Kasama rin dito ang kapital na gastos para sa compressor at ang pangangalaga nito. Ang paghahambing ay dapat isagawa sa yugto ng disenyo, gamit ang aktwal na presyo ng iyong mga utility.

Tanong: Anong antas ng vacuum ang kailangan ko?

Ito ay nakasalalay sa pinakamataas na temperatura na kayang tiisin ng iyong produkto, hindi sa isang karaniwang numero. Kapag alam na ang limitasyon ng temperatura, ang antas ng vacuum ay matutukoy batay sa temperature ng ebolisyong punto ng iyong likido sa konsentrasyon na iyong nararating.

Tanong: Maaari bang ikonsentra ang isang yunit ng ilang magkakaibang produkto?

Oo, kung idinisenyo ito para rito: ang isang layout na madaling i-drain, epektibong CIP (Clean-in-Place), at kontrol na batay sa recipe ang mga katangiang nagpapagana nito. Sa ganitong kaso, ang binibili mo ay ang bilis ng pagbabago ng proseso at ang pag-uulit nito, imbes na isang tiyak at walang pagbabago na gawain.

Kausapin ang aming mga process engineer