Les processus technologiques d'échange de chaleur sont largement utilisés dans diverses industries pour créer les conditions nécessaires au traitement ou à la modification de l'état de température des équipements, ainsi que des ébauches de production. Dans les entreprises où les tâches sont définies pour modifier les caractéristiques des milieux liquides, la chaleur peut être utilisée comme moyen de maintenir l'ébullition. Techniquement, des problèmes similaires sont résolus à l'aide d'évaporateurs dotés d'un ensemble spécial de composants fonctionnels pour organiser le processus d'échange de chaleur.
Qu'est-ce que le processus d'évaporation ?
Dans le secteur industriel, l'évaporation est considérée comme une méthode de concentration de solutions liquides, qui sont basées sur des substances peu volatiles ou non volatiles dissoutes dans des mélanges actifs volatils. Ce processus est réalisé à la suiteévaporation du solvant pendant l'ébullition. Cette procédure est le plus souvent soumise à des alcalis, des sels ainsi qu'à des liquides à point d'ébullition élevé. Mais dans chaque cas, la tâche principale du processus est d'obtenir un solvant pur ou des substances individuelles à un degré de concentration élevé. Si nous parlons de purification ciblée d'un composant spécifique de la solution, le processus d'évaporation peut être complété par une opération de cristallisation, dans laquelle la formation de la substance cible sous forme solide est possible.
D'un point de vue technologique, l'évaporation est une combinaison de plusieurs opérations d'échange de chaleur. La complexité de l'organisation technique de ce procédé nécessite l'utilisation d'équipements spécifiques. À ce titre, un évaporateur sous vide de conception optimisée est utilisé, conçu pour effectuer les principaux processus d'évaporation, ainsi que les opérations auxiliaires. Il est important de garder à l'esprit que l'évaporation implique l'utilisation de milieux agressifs - liquides chauds, gaz, vapeur d'eau, etc. À cela s'ajoute le fond défavorable des substances chimiquement actives ciblées. Ces facteurs et d'autres facteurs d'impact technologique négatif nécessitent l'utilisation de matériaux spéciaux pour l'assemblage des évaporateurs, ce qui augmente les propriétés protectrices des structures.
Dispositif de base de l'évaporateur
La plupart des évaporateurs industriels modernes utilisent un système multi-composants basé sur un échangeur de chaleur avec un condenseur et une chambre d'évaporation. Pour optimiser le processus et une concentration plus efficace des solutions, la présence deLe séparateur est une unité qui est connectée dans un ordre séparé via le conduit de gaz et organise l'élimination de la vapeur secondaire. On utilise plus couramment des séparateurs de type externe, qui fonctionnent dans des conditions de force centrifuge. Qu'est-ce qu'un évaporateur sous vide fondamentalement différent ? La création d'un vide vous permet d'obtenir l'effet d'une évaporation douce. Cela fournit deux points positifs - l'accélération du processus d'évaporation (la solution entretenue passe moins de temps dans la chambre) et une augmentation de la qualité de la substance concentrée. Les produits de sortie peuvent être utilisés dans d'autres opérations technologiques dans la même entreprise de transformation cible. Pour ce faire, ils organisent la connexion de modules individuels avec des débits de sortie, grâce auxquels non seulement l'élimination des mélanges de gaz en excès est effectuée, mais la régulation du débit est assurée avec les paramètres de livraison nécessaires en termes de force de pression et de mouvement la vitesse. De plus, de nombreux évaporateurs peuvent éventuellement être associés à des unités de prétraitement ou de dilution des déchets pour répondre aux exigences des procédés où le même gaz peut être réutilisé.
Appareil à circulation forcée
La conception est basée sur un échangeur de chaleur tubulaire vertical ou horizontal avec une chambre de chauffage et un séparateur concentrique. Le processus de travail est soutenu par une station de pompe de circulation et une cuve flash. Habituellement, le processus forcé de mouvement des mélanges de travail est mis en œuvre dans des évaporateurs à double enveloppe avecsystème de circulation à contre-courant. Dans le cadre de tels dispositifs, il existe également un dispositif de distillation et de purification à la vapeur à partir de composés organiques et salins. La capacité moyenne de l'évaporateur à circulation forcée est d'environ 9 000 kg/h et le taux de concentration atteint 65 %.
Pendant le fonctionnement d'un tel appareil, le liquide circule le long des contours de la chambre de chauffe grâce à la force fournie par la pompe. Dans la chambre, la température du liquide est portée au point d'ébullition, après quoi la pression dans le bloc séparateur est fortement réduite. A partir de ce moment, le processus d'évaporation active d'une partie du liquide commence. Quels sont les avantages d'utiliser ce type d'appareil ? C'est la solution la plus efficace lors de la manipulation de mélanges contaminés visqueux et problématiques. Par exemple, pour l'évaporation de solutions salines, cette option est plus appropriée que les évaporateurs à simple effet, qui peuvent montrer un taux de circulation plus élevé, mais leur puissance ne sera pas suffisante pour fournir même un niveau de productivité moyen. Soit dit en passant, les évaporateurs modernes à circulation forcée effectuent des opérations d'ébullition et d'évaporation non pas sur les parois chauffantes de la chambre principale, mais dans le séparateur, de sorte que la contamination de l'unité de travail principale est minimisée.
Évaporateurs avec échangeur à plaques
La caractéristique de conception de telles installations est la présence de plaques spéciales, grâce auxquelles le fluide de travail est dirigé à travers la chambre de chauffage le long de canaux alternés. Pour sceller les plaques, des joints spéciaux sont utilisés - ils sont égalementremplir la fonction d'isolation thermique, ce qui augmente l'efficacité du transfert de chaleur.
En règle générale, il s'agit d'évaporateurs multi-effets d'une capacité d'environ 15 t/h. Les flux de chauffage de l'eau et du produit cible se déplacent à contre-courant le long de leurs canaux, dégageant une partie de l'énergie. La force pour le mouvement des fluides est générée par la même pompe de circulation, cependant, la conception des plaques est conçue pour supporter l'effet de turbulence dans le circuit, ce qui réduit le potentiel de puissance nécessaire pour supporter le transfert du produit et du liquide de refroidissement. À la suite d'un échange de chaleur actif, le fluide de travail bout, après quoi de la vapeur se forme. Les produits liquides résiduels sont coupés dans le bloc séparateur en raison de la force centrifuge.
C'est l'un des rares cas où il s'agit d'un évaporateur universel en termes de capacité à travailler avec différents supports technologiques. En particulier, le principe de fonctionnement d'une installation d'évaporateur avec un échangeur de chaleur à plaques permet l'utilisation de vapeur-gaz et de milieux aqueux. Dans le même temps, une qualité de concentration élevée est assurée, car l'évaporation est effectuée uniformément en mode doux en un seul passage. La conception elle-même est optimisée au maximum en taille, ce qui facilite l'installation et les mesures techniques. Ainsi, la hauteur de l'espace d'installation avec toutes les communications et la tuyauterie de raccordement pour un tel appareil est de 3-4 m.
Évaporateurs à circulation naturelle à trois effets
Structurellement, ces dispositifs se distinguent par la présence d'un courtéchangeur de chaleur situé verticalement et le placement supérieur du séparateur. Le fluide de travail est fourni par le bas, après quoi il monte à travers les tuyaux de chauffage à travers la chambre. Le principe d'un film ascendant ou gas lift est mis en œuvre. Si dans les gisements de pétrole et de gaz, le gaz associé emporte le produit, alors dans le cas d'un évaporateur à trois cuves, les vapeurs chaudes soulèvent le liquide le long des circuits calandre et tube. L'ensemble du processus se déroule sur fond d'ébullition. Le liquide séparé de la vapeur est acheminé par le tuyau de retour vers l'échangeur de chaleur, après quoi il est à nouveau envoyé vers le séparateur pour la prochaine session de séparation. Ce processus est répété plusieurs fois jusqu'à ce que le niveau de concentration souhaité soit atteint.
Le taux d'évaporation dans ce cas est déterminé par la différence de température dans la chambre de chauffage et l'unité d'ébullition. Les deux indicateurs peuvent être réglés par commande automatique. La circulation naturelle dans l'évaporateur sous vide permet une capacité spécifique élevée avec un démarrage rapide. Mais il ne faut pas compter sur le maintien de solutions contenant des composés complexes ou thermiquement instables. Il s'agit d'un équipement hautement spécialisé, dont le calcul est fait pour les industries chimiques et alimentaires, où il est nécessaire d'effectuer des opérations de séparation ponctuelle avec une charge de faible capacité. Par exemple, les évaporateurs à glycérine offrent une vitesse de traitement de 3600 kg/h.
Comment fonctionne un condenseur barométrique
Variétééchangeurs de chaleur à mélange, qui n'effectuent pas de séparation de surface des fluides de travail dans le processus de débordement, mais permettent leur mélange. En d'autres termes, au moment du chauffage, la solution concentrée conditionnelle peut entrer en contact avec le milieu chaud du processus représenté par la vapeur ou l'eau. Le condenseur barométrique lui-même fait partie d'une installation d'évaporateur complexe, qui effectue les processus de mélange de l'eau de refroidissement et de la vapeur secondaire. Étant donné que les volumes du condensat nouvellement formé sont inférieurs au volume de vapeur, un vide naturel se produit. Pour le maintenir, il est nécessaire d'éliminer l'air atmosphérique du condenseur, qui y est envoyé avec les flux de liquide de refroidissement. Dans certaines conceptions, l'air peut également pénétrer par des défauts dans le boîtier du condensateur. La sortie des mélanges mixtes du condenseur s'effectue à travers un tube barométrique. Il est pré-immergé dans le liquide et forme un joint hydraulique qui empêche le passage de l'air dans le condenseur.
Le principe de fonctionnement de l'appareil capacitif
Un type spécial d'équipement pour les processus technologiques d'évaporation. La principale différence entre les unités capacitives en termes de principe de fonctionnement est la prise en charge du mode de libre circulation, qui est obtenue grâce à la configuration interne de l'emplacement des circuits dans le système d'échange de chaleur. L'infrastructure du réseau d'échange de chaleur est formée de faisceaux de tubes, de serpentins et d'autres éléments qui créent les conditions d'un réseau à plusieurs étages et à bien des égards.difficile processus de transfert d'énergie thermique. Soit dit en passant, les évaporateurs capacitifs ne sont pratiquement pas utilisés dans les travaux avec des solutions visqueuses, thermosensibles et cristallisantes, précisément à cause de la circulation libre mais lente des flux. De plus, les coefficients de transfert de chaleur dans ce système sont faibles, ce qui affecte négativement les performances globales d'évaporation. Comment les appareils capacitifs se justifient-ils ? Ils sont utilisés avec succès dans les industries à petit tonnage, où le coefficient de transfert de chaleur n'est pas si important avec les volumes de sortie. La disposition interne des évaporateurs capacitifs, avec toutes ses lacunes, ouvre de nombreuses possibilités pour organiser la circulation dirigée, ce qui est très important dans les entreprises à faible mobilité structurelle lors de la connexion des canaux de communication.
Calcul de l'évaporateur
Dans une conception d'évaporateur intégré, des calculs individuels sont effectués pour chaque composant, car les caractéristiques du processus de production peuvent changer à chaque étape. En règle générale, les données suivantes sont utilisées comme données initiales:
- pression de vapeur approximative;
- chaleur de concentration;
- propriétés de la solution initiale;
- niveau de perte de chaleur;
- coefficient de transfert de chaleur;
- paramètres de conception déjà définis et non modifiables.
Pour les installations d'évaporation à trois effets, le calcul avec les données initiales susmentionnées peut être effectué en utilisant plusieurs paramètres à la fois, notamment la puissance de la pompe de circulation, le volume de la chambre de chauffage,la quantité maximale de liquide desservi, etc. Les tâches de conception les plus importantes comprennent le calcul de conception du même condenseur barométrique, du séparateur et de la détermination des caractéristiques des éléments de tuyauterie. En particulier, l'intensité de l'évaporation dans les systèmes à évaporation continue dépendra des diamètres des buses et de la longueur des tuyaux de transition.
Exigences de flux de travail
Les indicateurs calculés pour l'organisation du processus d'évaporation peuvent ne pas donner l'effet escompté si les exigences relatives à l'environnement extérieur ne sont pas respectées. Beaucoup dépendra des conditions à l'intérieur de la pièce où l'équipement est utilisé. Selon les exigences, les évaporateurs à passage unique ne peuvent être utilisés que dans des pièces d'une superficie d'au moins 4,5 m2 et d'une hauteur de 3,2 m comme une cheminée. Il ne sera pas superflu de prévoir un capot orientable avec une grille et un réglage de poussée.
Le système de ventilation est conçu selon des règles particulières. Il devrait inclure des canaux d'entrée et des systèmes d'échappement avec une connexion directe aux zones où le processus d'évaporation est directement effectué. Il est évident qu'un système de ventilation complexe fonctionnant en mode régulier dans deux directions nécessitera une alimentation électrique sérieuse. Mais dans le même temps, le bruit émis par les canaux et les équipements d'exploitation ne doit pas dépasser 75 dB. Et cela sans parler du respect des exigences en matière d'incendie et deSécurité électrique. Si l'évaporateur fonctionne régulièrement avec des mélanges de gaz, un système spécial de dégazage de l'air doit être organisé. Il peut faire partie d'un seul complexe de communications d'échange de chaleur, ce qui permettra, dans certains aspects opérationnels, de compléter les fonctions des deux systèmes.
Conclusion
Les opérations d'évaporation et de concentration sont utilisées depuis longtemps dans les industries à la fois comme procédés technologiques principaux et secondaires. Dans la plupart des cas, les matériaux sont préparés de cette manière pour les étapes ultérieures de fabrication des produits ou de préparation des moyens techniques. Les évaporateurs et les installations sous vide peuvent être placés parmi les outils les plus productifs pour résoudre ces problèmes. Les indicateurs de haute performance s'expliquent par la présence de la fonction d'évaporateur à circulation fonctionnant à partir d'une source d'alimentation externe sous la forme d'une station de pompage. Il existe différentes combinaisons de l'interaction du groupe de circulation avec la chambre de chauffage et le séparateur, mais en principe, les systèmes multicomposants de ce type offrent les performances les plus élevées de l'opération technologique, tant en termes de qualité de la concentration du produit que de la dynamique de le processus d'évaporation.
