تُستخدم العمليات التكنولوجية للتبادل الحراري على نطاق واسع في مختلف الصناعات لتهيئة الظروف اللازمة لمعالجة أو تغيير حالة درجة حرارة المعدات ، فضلاً عن فراغات الإنتاج. في المؤسسات حيث تم تعيين المهام لتغيير خصائص الوسائط السائلة ، يمكن استخدام الحرارة كوسيلة للحفاظ على الغليان. من الناحية الفنية ، يتم حل المشكلات المماثلة بمساعدة المبخرات المزودة بمجموعة خاصة من المكونات الوظيفية لتنظيم عملية التبادل الحراري.
ما هي عملية التبخر؟
في القطاع الصناعي ، يعتبر التبخر طريقة لتركيز المحاليل السائلة ، والتي تعتمد على مواد منخفضة التطاير أو غير متطايرة مذابة في خلائط نشطة متطايرة. يتم تنفيذ هذه العملية نتيجة لذلكتبخر المذيب أثناء الغليان. غالبًا ما يتعرض هذا الإجراء للقلويات والأملاح والسوائل عالية الغليان. ولكن في كل حالة ، تتمثل المهمة الرئيسية للعملية في الحصول على مذيب نقي أو مواد فردية بدرجة عالية من التركيز. إذا كنا نتحدث عن التنقية المستهدفة لمكون معين من المحلول ، فيمكن استكمال عملية التبخر بعملية التبلور ، حيث يمكن تكوين المادة المستهدفة في صورة صلبة.
من وجهة نظر تكنولوجية ، التبخر هو مزيج من عدد من عمليات التبادل الحراري. يستلزم تعقيد التنظيم التقني لهذه العملية استخدام معدات خاصة. بهذه السعة ، يتم استخدام مبخر فراغ بتصميم محسن ، مصمم لأداء عمليات التبخر الرئيسية ، وكذلك العمليات المساعدة. من المهم أن تضع في اعتبارك أن التبخر ينطوي على استخدام وسائط عدوانية - السوائل الساخنة ، والغازات ، وبخار الماء ، وما إلى ذلك ، يضاف إلى ذلك الخلفية غير المواتية للمواد الفعالة كيميائيًا المستهدفة. هذه وغيرها من العوامل ذات التأثير التكنولوجي العكسي تتطلب استخدام مواد خاصة لتجميع المبخرات ، مما يزيد من خصائص الحماية للهياكل.
الجهاز الأساسي للمبخر
تستخدم معظم المبخرات الصناعية الحديثة نظامًا متعدد المكونات يعتمد على مبادل حراري مع مكثف وغرفة تبخير. لتحسين العملية وزيادة كفاءة تركيز الحلول ، فإن وجودالفاصل عبارة عن وحدة متصلة بترتيب منفصل من خلال مجرى الغاز وتنظم إزالة البخار الثانوي. يتم استخدام فواصل من النوع الخارجي بشكل أكثر شيوعًا ، والتي تعمل في ظل ظروف قوة الطرد المركزي. ما هو مبخر الفراغ المختلف جوهريا؟ يتيح لك إنشاء فراغ تحقيق تأثير التبخر الناعم. يوفر هذا نقطتين إيجابيتين - تسريع عملية التبخر (يقضي المحلول المجهز وقتًا أقل في الغرفة) وزيادة جودة المادة المركزة. يمكن استخدام منتجات المخرجات في عمليات تكنولوجية أخرى في نفس مؤسسة المعالجة المستهدفة. للقيام بذلك ، يقومون بتنظيم اتصال الوحدات الفردية بتدفقات المخرج ، وبفضل ذلك لا يتم فقط إزالة مخاليط الغاز الزائدة ، ولكن يتم ضمان تنظيم التدفق بمعلمات التسليم الضرورية من حيث قوة الضغط والحركة سرعة. علاوة على ذلك ، يمكن إقران العديد من المبخرات اختياريًا بوحدات المعالجة المسبقة أو تخفيف النفايات لتلبية متطلبات العمليات حيث يمكن إعادة استخدام نفس الغاز.
جهاز مع تداول قسري
يعتمد التصميم على مبادل حراري عمودي أو أفقي بغلاف وأنبوب مع حجرة تسخين وفاصل متحد المركز. يتم دعم عملية العمل من خلال محطة ضخ دورانية ووعاء فلاش. عادة ، يتم تنفيذ العملية القسرية لتحريك مخاليط العمل في مبخرات مزدوجة الغلاف معمخطط الدوران المعاكس. كجزء من هذه الأجهزة ، يوجد أيضًا جهاز للتقطير وتنقية البخار من المركبات العضوية والملحية. متوسط سعة مبخر التدوير القسري حوالي 9000 كجم / ساعة ، ونسبة التركيز تصل إلى 65٪.
أثناء تشغيل مثل هذه الوحدة ، يدور السائل على طول محيط غرفة التسخين بسبب القوة التي توفرها المضخة. في الحجرة ، تصل درجة حرارة السائل إلى نقطة الغليان ، وبعد ذلك يتم تقليل الضغط في كتلة الفاصل بشكل حاد. من هذه اللحظة ، تبدأ عملية التبخر النشط لجزء من السائل. ما هي فوائد استخدام هذا النوع من الوحدات؟ هذا هو الحل الأكثر فعالية عند التعامل مع الخلائط الملوثة اللزجة والمشكلة. على سبيل المثال ، بالنسبة لتبخير المحاليل الملحية ، يعد هذا الخيار أكثر ملاءمة من المبخرات أحادية التأثير ، والتي يمكن أن تظهر معدل دوران أعلى ، لكن قوتها لن تكون كافية لتوفير مستوى متوسط من الإنتاجية. بالمناسبة ، المبخرات الحديثة ذات الدوران القسري تؤدي عمليات الغليان والتبخر ليس على جدران التدفئة في الغرفة الرئيسية ، ولكن في الفاصل ، وبالتالي يتم تقليل تلوث وحدة العمل الرئيسية.
مبخرات مع مبادل حراري لوحة
ميزة تصميم هذه التركيبات هي وجود لوحات خاصة ، يتم من خلالها توجيه وسيط العمل عبر غرفة التسخين على طول القنوات المتناوبة. لإغلاق الألواح ، يتم استخدام جوانات خاصة - وهي كذلكتؤدي وظيفة العزل الحراري مما يزيد من كفاءة نقل الحرارة.
كقاعدة عامة ، هذه مبخرات متعددة التأثيرات بسعة حوالي 15 طن / ساعة. يتدفق تسخين الماء والمنتج المستهدف في تيار معاكس على طول قنواتهما ، مما يعطي جزءًا من الطاقة. يتم إنشاء قوة حركة الوسائط بواسطة مضخة الدوران نفسها ، ومع ذلك ، فإن تصميم الألواح مصمم لدعم تأثير الاضطراب في الدائرة ، مما يقلل من إمكانات الطاقة المطلوبة لدعم نقل المنتج والمبرد. نتيجة للتبادل الحراري النشط ، يغلي وسيط العمل ، وبعد ذلك يتشكل البخار. يتم قطع المنتجات السائلة المتبقية في كتلة الفاصل بسبب قوة الطرد المركزي.
هذه واحدة من الحالات القليلة عندما يتعلق الأمر بمبخر عالمي من حيث القدرة على العمل مع الوسائط التكنولوجية المختلفة. على وجه الخصوص ، يسمح مبدأ تشغيل محطة المبخر مع مبادل حراري لوحة باستخدام الغاز البخاري والوسائط المائية. في الوقت نفسه ، يتم ضمان جودة عالية التركيز ، حيث يتم التبخر بالتساوي في وضع لطيف في مسار واحد. تم تحسين حجم التصميم نفسه إلى أقصى حد ، مما يسهل التثبيت والإجراءات الفنية. لذلك ، فإن ارتفاع مساحة التثبيت مع جميع الاتصالات والأنابيب المتصلة لمثل هذا الجهاز هو 3-4 م.
مبخرات تداول طبيعية ثلاثية التأثير
من الناحية الهيكلية ، تتميز هذه الأجهزة بوجود قصيرمبادل حراري عمودي وموضع علوي للفاصل. يتم توفير سائل العمل من الأسفل ، وبعد ذلك يرتفع عبر أنابيب التدفئة عبر الغرفة. يتم تطبيق مبدأ الرفع بالغاز أو الفيلم الصاعد. إذا كان الغاز المصاحب ينفذ المنتج في حقول النفط والغاز ، ففي حالة المبخر ثلاثي الأوعية ، ترفع الأبخرة الساخنة السائل على طول دوائر الغلاف والأنبوب. تتم العملية برمتها على خلفية الغليان. السائل المنفصل عن البخار يتم تنفيذه من خلال أنبوب الإرجاع إلى المبادل الحراري ، وبعد ذلك يتم إرساله مرة أخرى إلى الفاصل لجلسة الفصل التالية. تتكرر هذه العملية عدة مرات حتى يتم الوصول إلى مستوى التركيز المطلوب.
يتم تحديد معدل التبخر في هذه الحالة من خلال اختلاف درجة الحرارة في غرفة التسخين ووحدة الغليان. يمكن تعديل كلا المؤشرين عن طريق التحكم الآلي. يسمح الدوران الطبيعي في مبخر الفراغ بسعة محددة عالية مع بدء تشغيل سريع. ولكن لا ينبغي للمرء أن يعتمد على صيانة الحلول التي تحتوي على مركبات معقدة أو غير مستقرة حرارياً. هذه معدات عالية التخصص ، يتم حسابها للصناعات الكيماوية والغذائية ، حيث يلزم إجراء عمليات فصل النقاط بحمل صغير السعة. على سبيل المثال ، توفر مبخرات الجلسرين سرعة معالجة تبلغ 3600 كجم / ساعة.
كيف يعمل المكثف البارومتري
متنوعةخلط المبادلات الحرارية ، التي لا تقوم بفصل سطح وسائط العمل في عملية الفائض ، ولكنها تسمح بخلطها. بمعنى آخر ، في لحظة التسخين ، يمكن أن يتلامس المحلول المركز الشرطي مع وسط العملية الساخن الذي يمثله البخار أو الماء. يعد المكثف البارومتري نفسه جزءًا من محطة مبخر معقدة ، والتي تقوم بعمليات خلط مياه التبريد والبخار الثانوي. نظرًا لأن أحجام المكثفات المتكونة حديثًا أقل من حجم البخار ، يحدث فراغ طبيعي. للحفاظ عليه ، من الضروري إزالة الهواء الجوي من المكثف ، والذي يتم إرساله إلى هناك جنبًا إلى جنب مع تدفقات المبرد. في بعض التصميمات ، يمكن أن يدخل الهواء أيضًا من خلال عيوب في علبة المكثف. يتم إخراج المخاليط المختلطة من المكثف من خلال أنبوب بارومتري. يتم غمره مسبقًا في السائل ويشكل ختمًا هيدروليكيًا يمنع مرور الهواء إلى المكثف.
مبدأ تشغيل الجهاز السعوي
نوع خاص من المعدات لعمليات التبخر التكنولوجي. يتمثل الاختلاف الرئيسي بين الوحدات السعوية من حيث مبدأ التشغيل في دعم وضع الدوران الحر ، والذي يتحقق بسبب التكوين الداخلي لموقع الدوائر في نظام التبادل الحراري. تتكون البنية التحتية لشبكة التبادل الحراري من حزم الأنابيب والملفات والعناصر الأخرى التي تهيئ الظروف لمراحل متعددة وفي كثير من النواحيعملية صعبة لنقل الطاقة الحرارية. بالمناسبة ، لا يتم استخدام المبخرات السعوية عمليًا في العمل مع المحاليل اللزجة والحساسة للحرارة والمتبلورة على وجه التحديد بسبب الدوران الحر ولكن البطيء للتدفقات. علاوة على ذلك ، فإن معاملات نقل الحرارة في هذا النظام صغيرة ، مما يؤثر سلبًا على أداء التبخر الكلي. كيف تبرر الأجهزة السعوية نفسها؟ يتم استخدامها بنجاح في الصناعات ذات الحمولة الصغيرة ، حيث لا يكون معامل نقل الحرارة مهمًا جدًا مع أحجام الإنتاج. يفتح الترتيب الداخلي للمبخرات السعوية ، مع جميع أوجه القصور فيه ، الكثير من الفرص لتنظيم الدورة الدموية الموجهة ، وهو أمر مهم للغاية في المؤسسات ذات الحركة الهيكلية المنخفضة عند توصيل قنوات الاتصال.
حساب المبخر
في تصميم المبخر المتكامل ، يتم إجراء حسابات فردية لكل مكون ، حيث يمكن أن تتغير خصائص عملية الإنتاج في كل مرحلة. كقاعدة عامة ، يتم استخدام ما يلي كبيانات أولية:
- ضغط البخار التقريبي ؛
- حرارة التركيز
- خصائص الحل الأولي ؛
- مستوى فقدان الحرارة
- معامل انتقال الحرارة
- معلمات تصميم تم تعيينها بالفعل ولا يمكن تغييرها.
بالنسبة لمحطات المبخر ثلاثية التأثير ، يمكن إجراء الحساب باستخدام البيانات الأولية المذكورة أعلاه باستخدام عدة معلمات في وقت واحد ، بما في ذلك قوة مضخة الدورة الدموية ، وحجم غرفة التسخين ،الحد الأقصى لكمية السائل المخدوم ، إلخ. تتضمن مهام التصميم الأكثر أهمية حساب تصميم نفس المكثف البارومتري ، والفاصل ، وتحديد خصائص عناصر الأنابيب. على وجه الخصوص ، ستعتمد شدة التبخر في الأنظمة ذات التبخر المستمر على أقطار الفتحات وطول أنابيب الانتقال.
متطلبات سير العمل
قد لا تعطي المؤشرات المحسوبة لتنظيم عملية التبخر التأثير المتوقع إذا لم يتم استيفاء متطلبات البيئة الخارجية. سيعتمد الكثير على الظروف داخل الغرفة حيث يتم استخدام المعدات. وفقًا للمتطلبات ، يمكن استخدام المبخرات لمرة واحدة فقط في الغرف التي لا تقل مساحتها عن 4.5 م2وارتفاعها 3.2 م مثل المدخنة. لن يكون من غير الضروري توفير غطاء قابل للتعديل مع بوابة وضبط الدفع.
تم تصميم نظام التهوية وفقًا لقواعد خاصة. يجب أن تشمل قنوات التدفق وأنظمة العادم مع اتصال مباشر بالمناطق التي يتم فيها إجراء عملية التبخر بشكل مباشر. من الواضح أن نظام التهوية المعقد الذي يعمل في الوضع العادي في اتجاهين سيتطلب دعمًا جادًا للطاقة. ولكن في نفس الوقت ، يجب ألا تتجاوز الضوضاء المنبعثة من القنوات ومعدات التشغيل 75 ديسيبل. ناهيك عن الامتثال لمتطلبات الحريق والسلامة الكهربائية. إذا كان المبخر يعمل بانتظام مع مخاليط الغاز ، فيجب تنظيم نظام خاص لتفريغ الهواء. يمكن أن يكون جزءًا من مجمع واحد من اتصالات التبادل الحراري ، والذي سيسمح ، في بعض الجوانب التشغيلية ، باستكمال وظائف كلا النظامين.
الخلاصة
لطالما استخدمت عمليات التبخير والتركيز في الصناعات كعمليات تكنولوجية رئيسية وثانوية. في معظم الحالات ، يتم تحضير المواد بهذه الطريقة لمراحل أخرى من تصنيع المنتجات أو تحضير الوسائل التقنية. يمكن وضع مبخرات الفراغ والتركيبات من بين أكثر الأدوات إنتاجية لحل مثل هذه المشكلات. يتم تفسير مؤشرات الأداء العالي من خلال وجود وظيفة المبخر الدوراني الذي يعمل من مصدر طاقة خارجي في شكل محطة ضخ. هناك مجموعات مختلفة من تفاعل مجموعة الدوران مع غرفة التسخين والفاصل ، ولكن من حيث المبدأ ، توفر الأنظمة متعددة المكونات من هذا النوع أعلى أداء للعملية التكنولوجية ، سواء من حيث جودة تركيز المنتج وديناميكيات عملية التبخر.
