Los procesos tecnológicos de intercambio de calor se utilizan ampliamente en diversas industrias para crear las condiciones necesarias para procesar o cambiar el estado de temperatura de los equipos, así como los espacios en blanco de producción. En las empresas donde las tareas se establecen para cambiar las características de los medios líquidos, el calor se puede utilizar como medio para mantener la ebullición. Técnicamente, problemas similares se resuelven con la ayuda de evaporadores provistos de un conjunto especial de componentes funcionales para organizar el proceso de intercambio de calor.
¿Qué es el proceso de evaporación?
En el sector industrial, la evaporación se considera un método de concentración de soluciones líquidas, que se basan en sustancias poco volátiles o no volátiles disueltas en mezclas activas volátiles. Este proceso se lleva a cabo como resultadoevaporación del disolvente durante la ebullición. Este procedimiento suele estar sujeto a álcalis, sales y líquidos de alto punto de ebullición. Pero en cada caso, la tarea principal del proceso es obtener un solvente puro o sustancias individuales en un alto grado de concentración. Si estamos hablando de la purificación dirigida de un componente específico de la solución, entonces el proceso de evaporación puede complementarse con una operación de cristalización, en la que es posible la formación de la sustancia objetivo en forma sólida.
Desde un punto de vista tecnológico, la evaporación es una combinación de varias operaciones de intercambio de calor. La complejidad de la organización técnica de este proceso requiere el uso de equipos especiales. En esta capacidad, se utiliza un evaporador al vacío con un diseño optimizado, diseñado para realizar los principales procesos de evaporación, así como operaciones auxiliares. Es importante tener en cuenta que la evaporación implica el uso de medios agresivos: líquidos calientes, gases, vapor de agua, etc. A esto se suma el fondo desfavorable de las sustancias químicamente activas objetivo. Estos y otros factores de impacto tecnológico adverso requieren el uso de materiales especiales para el montaje de los evaporadores, lo que aumenta las propiedades protectoras de las estructuras.
Dispositivo básico del evaporador
La mayoría de los evaporadores industriales modernos utilizan un sistema de varios componentes basado en un intercambiador de calor con un condensador y una cámara de evaporación. Para optimizar el proceso y una concentración más eficiente de las soluciones, la presencia deseparador es una unidad que está conectada en un orden separado a través del conducto de gas y organiza la eliminación de vapor secundario. Se utilizan más comúnmente separadores de tipo externo, que operan en condiciones de fuerza centrífuga. ¿Qué es fundamentalmente diferente evaporador de vacío? Crear un vacío le permite lograr el efecto de una evaporación suave. Esto proporciona dos puntos positivos: la aceleración del proceso de evaporación (la solución tratada pasa menos tiempo en la cámara) y un aumento en la calidad de la sustancia concentrada. Los productos de salida pueden utilizarse en otras operaciones tecnológicas en la misma empresa de procesamiento de destino. Para ello, organizan la conexión de módulos individuales con caudales de salida, gracias a lo cual no solo se lleva a cabo la eliminación de mezclas gaseosas sobrantes, sino que se asegura la regulación del caudal con los parámetros de caudal necesarios en cuanto a fuerza de presión y movimiento. velocidad. Además, muchos evaporadores pueden combinarse opcionalmente con unidades de pretratamiento o dilución de residuos para cumplir con los requisitos de los procesos en los que se puede reutilizar el mismo gas.
Aparato con circulación forzada
El diseño se basa en un intercambiador de calor de carcasa y tubos vertical u horizontal con una cámara de calentamiento y un separador concéntrico. El proceso de trabajo está respaldado por una estación de bombeo de circulación y un recipiente flash. Por lo general, el proceso forzado de movimiento de mezclas de trabajo se implementa en evaporadores de doble capa conesquema de circulación a contracorriente. Como parte de tales dispositivos, también hay un dispositivo para la destilación y purificación de vapor a partir de compuestos orgánicos y salinos. La capacidad promedio del evaporador de circulación forzada es de aproximadamente 9000 kg/h, y la relación de concentración alcanza el 65%.
Durante el funcionamiento de una unidad de este tipo, el líquido circula a lo largo de los contornos de la cámara de calentamiento debido a la fuerza proporcionada por la bomba. En la cámara, la temperatura del líquido se lleva al punto de ebullición, después de lo cual se reduce drásticamente la presión en el bloque separador. A partir de este momento comienza el proceso de evaporación activa de parte del líquido. ¿Cuáles son los beneficios de usar este tipo de unidad? Esta es la solución más efectiva cuando se manejan mezclas contaminadas viscosas y problemáticas. Por ejemplo, para la evaporación de soluciones salinas, esta opción es más adecuada que los evaporadores de simple efecto, que pueden presentar un mayor caudal de circulación, pero su potencia no será suficiente para proporcionar ni siquiera un nivel medio de productividad. Por cierto, los evaporadores modernos con circulación forzada realizan operaciones de ebullición y evaporación no en las paredes de calentamiento de la cámara principal, sino en el separador, por lo que se minimiza la contaminación de la unidad de trabajo principal.
Evaporadores con intercambiador de calor de placas
La característica de diseño de tales instalaciones es la presencia de placas especiales, por lo que el medio de trabajo se dirige a través de la cámara de calentamiento a lo largo de canales alternos. Para sellar las placas, se utilizan juntas especiales, también sonrealizar la función de aislamiento térmico, lo que aumenta la eficiencia de la transferencia de calor.
Por regla general, se trata de evaporadores multiefecto con una capacidad de unas 15 t/h. Los flujos de calentamiento de agua y el producto objetivo se mueven a contracorriente a lo largo de sus canales, cediendo parte de la energía. La fuerza para el movimiento de los medios es generada por la misma bomba de circulación, sin embargo, el diseño de las placas está diseñado para soportar el efecto de la turbulencia en el circuito, lo que reduce el potencial de potencia requerido para soportar la transferencia del producto y refrigerante. Como resultado del intercambio de calor activo, el medio de trabajo hierve, después de lo cual se forma vapor. Los productos líquidos residuales se cortan en el bloque separador debido a la fuerza centrífuga.
Este es uno de los pocos casos cuando se trata de un evaporador universal en cuanto a la capacidad de trabajar con diferentes medios tecnológicos. En particular, el principio de funcionamiento de una planta de evaporación con un intercambiador de calor de placas permite el uso de vapor-gas y medios acuosos. Al mismo tiempo, se garantiza una alta calidad de concentración, ya que la evaporación se lleva a cabo de manera uniforme en un modo suave en un solo paso. El diseño en sí está optimizado al máximo en tamaño, lo que facilita la instalación y las medidas técnicas. Por lo tanto, la altura del espacio de instalación con todas las comunicaciones y tuberías de conexión para dicho dispositivo es de 3-4 m.
Evaporadores de circulación natural de tres efectos
Estructuralmente, tales dispositivos se distinguen por la presencia de un cortointercambiador de calor ubicado verticalmente y la ubicación superior del separador. El fluido de trabajo se suministra desde abajo, después de lo cual sube a través de las tuberías de calefacción a través de la cámara. Se implementa el principio de una película ascendente o gas lift. Si en los campos de petróleo y gas, el gas asociado se lleva el producto, en el caso de un evaporador de tres recipientes, los vapores calientes elevan el líquido a lo largo de los circuitos de carcasa y tubos. Todo el proceso tiene lugar en el contexto de la ebullición. El líquido separado del vapor se conduce a través de la tubería de retorno al intercambiador de calor, luego de lo cual se envía nuevamente al separador para la siguiente sesión de separación. Este proceso se repite varias veces hasta alcanzar el nivel de concentración deseado.
La tasa de evaporación en este caso está determinada por la diferencia de temperatura en la cámara de calentamiento y la unidad de ebullición. Ambos indicadores se pueden ajustar mediante control automático. La circulación natural en el evaporador al vacío permite una alta capacidad específica con una rápida puesta en marcha. Pero no se debe confiar en el mantenimiento de soluciones que contengan compuestos complejos o térmicamente inestables. Se trata de un equipo altamente especializado, cuyo cálculo se realiza para la industria química y alimentaria, donde se requiere realizar operaciones de separación puntual con una carga de pequeña capacidad. Por ejemplo, los evaporadores de glicerina proporcionan una velocidad de procesamiento de 3600 kg/h.
Cómo funciona un condensador barométrico
Variedadintercambiadores de calor de mezcla, que no realizan la separación superficial de los medios de trabajo en el proceso de desbordamiento, pero permiten su mezcla. En otras palabras, en el momento del calentamiento, la solución concentrada condicional puede entrar en contacto con el medio caliente del proceso representado por vapor o agua. El condensador barométrico en sí es parte de una planta evaporadora compleja, que realiza los procesos de mezcla de agua de refrigeración y vapor secundario. Dado que los volúmenes del condensado recién formado son menores que el volumen del vapor, se produce un vacío natural. Para mantenerlo, es necesario eliminar el aire atmosférico del condensador, que se envía allí junto con los flujos de refrigerante. En algunos diseños, el aire también puede ingresar a través de defectos en la caja del capacitor. La salida de las mezclas mixtas del condensador se realiza a través de un tubo barométrico. Está presumergido en el líquido y forma un sello hidráulico que impide el paso de aire al interior del condensador.
El principio de funcionamiento del aparato capacitivo
Equipo especial para procesos tecnológicos de evaporación. La principal diferencia entre las unidades capacitivas en términos del principio de funcionamiento es el soporte del modo de circulación libre, que se logra debido a la configuración interna de la ubicación de los circuitos en el sistema de intercambio de calor. La infraestructura de la red de intercambio de calor está formada por haces de tubos, bobinas y otros elementos que crean las condiciones para una etapa múltiple y en muchos aspectosdifícil proceso de transferencia de energía térmica. Por cierto, los evaporadores capacitivos prácticamente no se utilizan en el trabajo con soluciones viscosas, sensibles al calor y cristalizantes precisamente debido a la circulación libre pero lenta de los flujos. Además, los coeficientes de transferencia de calor en este sistema son pequeños, lo que afecta negativamente el rendimiento general de la evaporación. ¿Cómo se justifican los dispositivos capacitivos? Se utilizan con éxito en industrias de pequeño tonelaje, donde el coeficiente de transferencia de calor no es tan significativo con los volúmenes de producción. La disposición interna de los evaporadores capacitivos, con todas sus deficiencias, abre muchas oportunidades para organizar la circulación dirigida, que es muy importante en empresas con baja movilidad estructural al conectar los canales de comunicación.
Cálculo del evaporador
En un diseño de evaporador integrado, se realizan cálculos individuales para cada componente, ya que las características del proceso de producción pueden cambiar en cada etapa. Por regla general, los siguientes se utilizan como datos iniciales:
- presión de vapor aproximada;
- calor de concentración;
- propiedades de la solución inicial;
- nivel de pérdida de calor;
- coeficiente de transferencia de calor;
- parámetros de diseño que ya están configurados y no se pueden cambiar.
Para plantas de evaporador de tres efectos, el cálculo con los datos iniciales mencionados anteriormente se puede realizar utilizando varios parámetros a la vez, incluida la potencia de la bomba de circulación, el volumen de la cámara de calentamiento,la cantidad máxima de líquido servido, etc. Las tareas de diseño más importantes incluyen el cálculo del diseño del mismo condensador barométrico, separador y determinación de las características de los elementos de tubería. En particular, la intensidad de la evaporación en sistemas con evaporación continua dependerá de los diámetros de las boquillas y de la longitud de las tuberías de transición.
Requisitos del flujo de trabajo
Los indicadores calculados para la organización del proceso de evaporación pueden no dar el efecto esperado si no se cumplen los requisitos para el entorno externo. Mucho dependerá de las condiciones dentro de la habitación donde se utilice el equipo. De acuerdo con los requisitos, los evaporadores de un solo paso solo se pueden usar en habitaciones con un área de al menos 4,5 m2 y una altura de 3,2 m como una chimenea. No será superfluo proporcionar un capó ajustable con una puerta y un ajuste de empuje.
El sistema de ventilación está diseñado de acuerdo con reglas especiales. Debe incluir canales de entrada y sistemas de escape con conexión directa a las áreas donde se realiza directamente el proceso de evaporación. Es obvio que un sistema de ventilación complejo que funcione en un modo regular en dos direcciones requerirá un soporte de energía importante. Pero al mismo tiempo, el ruido emitido por los canales y el equipo operativo no debe exceder los 75 dB. Y esto sin mencionar el cumplimiento de los requisitos de fuego yseguridad ELECTRICA. Si el evaporador funciona regularmente con mezclas de gases, se debe organizar un sistema especial de desgasificación de aire. Puede formar parte de un único complejo de comunicaciones de intercambio de calor, lo que permitirá, en algunos aspectos operativos, complementar las funciones de ambos sistemas.
Conclusión
Las operaciones de evaporación y concentración se han utilizado durante mucho tiempo en las industrias como procesos tecnológicos principales y secundarios. En la mayoría de los casos, los materiales se preparan de esta manera para etapas posteriores de fabricación de productos o preparación de medios técnicos. Los evaporadores de vacío y las instalaciones se pueden ubicar entre las herramientas más productivas para resolver tales problemas. Los indicadores de alto rendimiento se explican por la presencia de la función de un evaporador de circulación que opera desde una fuente de energía externa en forma de estación de bombeo. Existen diferentes combinaciones de la interacción del grupo de circulación con la cámara de calentamiento y el separador, pero en principio, los sistemas multicomponentes de este tipo proporcionan el mayor rendimiento de la operación tecnológica, tanto en términos de calidad de la concentración del producto como de la dinámica de el proceso de evaporación.
