Os processos tecnológicos de troca de calor são amplamente utilizados em diversas indústrias para criar as condições necessárias para o processamento ou alteração do estado de temperatura dos equipamentos, bem como dos blanks de produção. Em empresas onde as tarefas são definidas para alterar as características dos meios líquidos, o calor pode ser usado como meio de manter a ebulição. Tecnicamente, problemas semelhantes são resolvidos com a ajuda de evaporadores equipados com um conjunto especial de componentes funcionais para organizar o processo de troca de calor.
Qual é o processo de evaporação?
No setor industrial, a evaporação é considerada como um método de concentração de soluções líquidas, que são baseadas em substâncias pouco voláteis ou não voláteis dissolvidas em misturas ativas voláteis. Este processo é realizado como resultadoevaporação do solvente durante a ebulição. Este procedimento é mais frequentemente submetido a álcalis, sais e líquidos de alto ponto de ebulição. Mas em cada caso, a principal tarefa do processo é obter um solvente puro ou substâncias individuais em alto grau de concentração. Se estamos falando de purificação direcionada de um componente específico da solução, então o processo de evaporação pode ser complementado por uma operação de cristalização, na qual é possível a formação da substância alvo na forma sólida.
Do ponto de vista tecnológico, a evaporação é uma combinação de várias operações de troca de calor. A complexidade da organização técnica deste processo exige o uso de equipamentos especiais. Nesta capacidade, é utilizado um evaporador a vácuo com design otimizado, projetado para realizar os principais processos de evaporação, bem como operações auxiliares. É importante ter em mente que a evaporação envolve o uso de meios agressivos - líquidos quentes, gases, vapor de água, etc. Soma-se a isso o fundo desfavorável de substâncias quimicamente ativas alvo. Esses e outros fatores de impacto tecnológico adverso exigem o uso de materiais especiais para a montagem dos evaporadores, o que aumenta as propriedades protetoras das estruturas.
Dispositivo básico do evaporador
A maioria dos evaporadores industriais modernos utiliza um sistema multicomponente baseado em um trocador de calor com condensador e câmara de evaporação. Para otimizar o processo e concentração mais eficiente das soluções, a presença deseparador é uma unidade que é conectada em uma ordem separada através do duto de gás e organiza a remoção do vapor secundário. Os separadores do tipo externo são mais comumente usados, que operam sob condições de força centrífuga. O que é fundamentalmente diferente evaporador a vácuo? Criar um vácuo permite obter o efeito de evaporação suave. Isso fornece dois pontos positivos - a aceleração do processo de evaporação (a solução em serviço passa menos tempo na câmara) e um aumento na qualidade da substância concentrada. Os produtos de saída podem ser usados em outras operações tecnológicas na mesma empresa de processamento de destino. Para isso, eles organizam a conexão de módulos individuais com fluxos de saída, graças ao qual não apenas é realizada a remoção de misturas de gases em excesso, mas a regulação do fluxo é garantida com os parâmetros de entrega necessários em termos de força de pressão e movimento Rapidez. Além disso, muitos evaporadores podem ser combinados opcionalmente com unidades de pré-tratamento ou diluição de resíduos para atender aos requisitos de processos em que o mesmo gás pode ser reutilizado.
Aparelho com circulação forçada
O projeto é baseado em um trocador de calor casco e tubo vertical ou horizontal com uma câmara de aquecimento e um separador concêntrico. O processo de trabalho é apoiado por uma estação de bombeamento de circulação e um tanque flash. Normalmente, o processo forçado de movimentação de misturas de trabalho é implementado em evaporadores de dupla concha comesquema de circulação em contracorrente. Como parte desses dispositivos, há também um dispositivo para destilação e purificação a vapor de compostos orgânicos e salinos. A capacidade média do evaporador de circulação forçada é de cerca de 9000 kg/h, e a razão de concentração chega a 65%.
Durante o funcionamento de tal unidade, o líquido circula ao longo dos contornos da câmara de aquecimento devido à força fornecida pela bomba. Na câmara, a temperatura do líquido é levada ao ponto de ebulição, após o que a pressão no bloco separador é drasticamente reduzida. A partir deste momento, inicia-se o processo de evaporação ativa de parte do líquido. Quais são os benefícios de usar este tipo de unidade? Esta é a solução mais eficaz no manuseio de misturas contaminadas viscosas e problemáticas. Por exemplo, para a evaporação de soluções salinas, esta opção é mais adequada do que os evaporadores de efeito único, que podem apresentar uma taxa de circulação mais alta, mas sua potência não será suficiente para fornecer um nível médio de produtividade. A propósito, os evaporadores modernos com circulação forçada realizam operações de ebulição e evaporação não nas paredes de aquecimento da câmara principal, mas no separador, minimizando assim a contaminação da unidade de trabalho principal.
Evaporadores com trocador de calor a placas
A característica de design de tais instalações é a presença de placas especiais, devido às quais o meio de trabalho é direcionado através da câmara de aquecimento ao longo de canais alternados. Para selar as placas, são utilizadas juntas especiais - elas também sãodesempenhar a função de isolamento térmico, o que aumenta a eficiência da transferência de calor.
Em regra, são evaporadores multi-efeitos com capacidade de cerca de 15 t/h. Os fluxos de aquecimento da água e do produto alvo se movem em contracorrente ao longo de seus canais, liberando parte da energia. A força para a movimentação do meio é gerada pela mesma bomba de circulação, porém, o desenho das placas é projetado para suportar o efeito da turbulência no circuito, o que reduz o potencial de potência necessário para suportar a transferência do produto e refrigerante. Como resultado da troca de calor ativa, o meio de trabalho entra em ebulição, após o que o vapor é formado. Os produtos líquidos residuais são cortados no bloco separador devido à força centrífuga.
Este é um dos poucos casos em que se trata de um evaporador universal em termos de capacidade de trabalhar com diferentes meios tecnológicos. Em particular, o princípio de operação de uma planta evaporadora com trocador de calor de placas permite o uso de vapor-gás e meios aquosos. Ao mesmo tempo, é garantida uma alta qualidade de concentração, pois a evaporação é realizada de maneira uniforme e suave em uma passagem. O design em si é otimizado ao máximo em tamanho, o que facilita a instalação e as medidas técnicas. Portanto, a altura do espaço de instalação com todas as comunicações e tubulação de conexão para tal dispositivo é de 3-4 m.
Evaporadores de circulação natural de três efeitos
Estruturalmente, tais dispositivos se distinguem pela presença de um curtotrocador de calor localizado verticalmente e a colocação superior do separador. O fluido de trabalho é fornecido por baixo, após o que sobe através dos tubos de aquecimento através da câmara. O princípio de um filme ascendente ou elevador de gás é implementado. Se em campos de petróleo e gás, o gás associado realiza o produto, no caso de um evaporador de três vasos, vapores quentes levantam o líquido ao longo dos circuitos de casco e tubo. Todo o processo ocorre no contexto da fervura. O líquido separado do vapor é conduzido pelo tubo de retorno ao trocador de calor, após o qual é novamente enviado ao separador para a próxima sessão de separação. Este processo é repetido várias vezes até que o nível de concentração desejado seja alcançado.
A taxa de evaporação neste caso é determinada pela diferença de temperatura na câmara de aquecimento e na unidade de ebulição. Ambos os indicadores podem ser ajustados por controle automático. A circulação natural no evaporador a vácuo permite uma alta capacidade específica com partida rápida. Mas não se deve confiar na manutenção de soluções contendo compostos complexos ou termicamente instáveis. Trata-se de um equipamento altamente especializado, cujo cálculo é feito para as indústrias química e alimentícia, onde é necessário realizar operações de separação de pontos com pequena capacidade de carga. Por exemplo, evaporadores de glicerina fornecem uma velocidade de processamento de 3600 kg/h.
Como funciona um condensador barométrico
Variedadetrocadores de calor de mistura, que não realizam a separação da superfície do meio de trabalho no processo de transbordamento, mas permitem sua mistura. Em outras palavras, no momento do aquecimento, a solução condicional concentrada pode entrar em contato com o meio quente do processo representado por vapor ou água. O próprio condensador barométrico faz parte de uma complexa planta evaporadora, que realiza os processos de mistura de água de resfriamento e vapor secundário. Como os volumes do condensado recém-formado são menores que o volume de vapor, ocorre um vácuo natural. Para mantê-lo, é necessário remover o ar atmosférico do condensador, que é enviado para lá junto com os fluxos de refrigerante. Em alguns projetos, o ar também pode entrar através de defeitos na caixa do capacitor. A saída de misturas misturadas do condensador é realizada através de um tubo barométrico. É pré-imerso no líquido e forma uma vedação hidráulica que impede a passagem de ar para o condensador.
Princípio de funcionamento do aparelho capacitivo
Equipamento especial para processos tecnológicos de evaporação. A principal diferença entre as unidades capacitivas em termos de princípio de operação é o suporte ao modo de circulação livre, que é alcançado devido à configuração interna da localização dos circuitos no sistema de troca de calor. A infraestrutura da rede de troca de calor é formada por feixes de tubos, bobinas e outros elementos que criam condições para um multi-estágio e em muitos aspectosdifícil processo de transferência de energia térmica. A propósito, os evaporadores capacitivos praticamente não são usados no trabalho com soluções viscosas, sensíveis ao calor e cristalizantes precisamente devido à circulação livre, mas lenta dos fluxos. Além disso, os coeficientes de transferência de calor neste sistema são pequenos, o que afeta negativamente o desempenho geral da evaporação. Como os dispositivos capacitivos se justificam? Eles são usados com sucesso em indústrias de pequena tonelagem, onde o coeficiente de transferência de calor não é tão significativo com os volumes de produção. A disposição interna dos evaporadores capacitivos, com todas as suas deficiências, abre muitas oportunidades para organizar a circulação direcionada, o que é muito importante em empreendimentos com baixa mobilidade estrutural ao conectar canais de comunicação.
Cálculo do evaporador
Em um projeto de evaporador integrado, são feitos cálculos individuais para cada componente, pois as características do processo de produção podem mudar em cada etapa. Como regra, os seguintes dados são usados como dados iniciais:
- pressão aproximada do vapor;
- calor de concentração;
- propriedades da solução inicial;
- nível de perda de calor;
- coeficiente de transferência de calor;
- parâmetros de design que já estão definidos e não podem ser alterados.
Para plantas evaporadoras de três efeitos, o cálculo com os dados iniciais mencionados acima pode ser realizado usando vários parâmetros ao mesmo tempo, incluindo a potência da bomba de circulação, o volume da câmara de aquecimento,a quantidade máxima de líquido atendido, etc. As tarefas de projeto mais importantes incluem o cálculo do projeto do mesmo condensador barométrico, separador e determinação das características dos elementos da tubulação. Em particular, a intensidade de evaporação em sistemas com evaporação contínua dependerá dos diâmetros dos bicos e do comprimento dos tubos de transição.
Requisitos de fluxo de trabalho
Indicadores calculados para a organização do processo de evaporação podem não dar o efeito esperado se os requisitos para o ambiente externo não forem atendidos. Muito vai depender das condições dentro da sala onde o equipamento é usado. De acordo com os requisitos, os evaporadores de passagem única só podem ser usados em salas com uma área de pelo menos 4,5 m2 e uma altura de 3,2 m. como uma chaminé. Não será supérfluo fornecer um capuz ajustável com um portão e um ajuste de impulso.
O sistema de ventilação é projetado de acordo com regras especiais. Deve incluir canais de entrada e sistemas de exaustão com ligação direta às áreas onde o processo de evaporação é realizado diretamente. É óbvio que um sistema de ventilação complexo operando em modo regular em duas direções exigirá um suporte de energia sério. Mas, ao mesmo tempo, o ruído emitido pelos canais e equipamentos operacionais não deve exceder 75 dB. E isso para não mencionar o cumprimento dos requisitos de incêndio esegurança elétrica. Se o evaporador trabalhar regularmente com misturas de gases, um sistema especial de desgaseificação do ar deve ser organizado. Pode fazer parte de um único complexo de comunicações de troca de calor, o que permitirá, em alguns aspectos operacionais, complementar as funções de ambos os sistemas.
Conclusão
As operações de evaporação e concentração são usadas há muito tempo nas indústrias como processos tecnológicos principais e secundários. Na maioria dos casos, os materiais são preparados dessa maneira para outras etapas de fabricação de produtos ou preparação de meios técnicos. Evaporadores e instalações a vácuo podem ser colocados entre as ferramentas mais produtivas para resolver tais problemas. Os indicadores de alto desempenho são explicados pela presença da função de um evaporador de circulação operando a partir de uma fonte de energia externa na forma de uma estação de bombeamento. Existem diferentes combinações da interação do grupo de circulação com a câmara de aquecimento e separador, mas em princípio, sistemas multicomponentes deste tipo proporcionam o mais alto desempenho da operação tecnológica, tanto em termos de qualidade da concentração do produto quanto na dinâmica de o processo de evaporação.
