Защо изпарителят с изтрито фолио (WFE) е идеалният избор?

Какво е изпарител с избърсан филм?

Изпарителят с избърсан филм (WFE), наричан още тънкослоен изпарител, е вид дестилационен апарат, който създава тънък, въртящ се филм от течност върху нагрята повърхност, за да изпари бързо летливите компоненти от смес, дори при чувствителни към топлина, вискозни или замърсяващи продукти. Ключовите предимства включват кратко време на престой, максимално увеличаване на повърхността за ефективен топлопренос и минимизиране на термичното разграждане. WFE се използват широко в индустрии като фармацевтичната, химическата и хранително-вкусовата промишленост за пречистване и възстановяване на ценни компоненти.

Приложение на изпарител с избърсан филм в процеса на концентриране на колаген

Изискване: Концентриране на 1,2%~1,5% разтвор на колаген до 7%~9%, с капацитет на обработка 200 кг/час.

Материалът е чувствителен на топлина и процесът на концентриране трябва да се контролира под 30°C. Вискозитетът преди и след концентриране е близък до този на водата. Концентрирането се постига предимно чрез изпаряване на част от водата, за да се увеличи концентрацията на колаген.

Защо изпарителят с изтрито фолио (WFE) е идеалният избор?

Изпарителят с плъстен филм е изключително подходящ за описания от вас процес на концентриране на колаген. Неговите предимства са по-специално свързани със свойствата на вашия материал (чувствителност към топлина, ниска температура, нисък вискозитет):

1. Отлична ефективност на топлопреминаване и кратко време на престой:

WFE използва роторни лопатки, за да разпредели материала в много тънък, равномерен течен филм (обикновено 0,5-1,0 мм) върху нагревателната стена, повърхността на изпарение.

Времето на престой на материала в изпарителя е изключително кратко, обикновено само секунди до десетки секунди**. Това напълно избягва риска от денатурация, разграждане или загуба на биоактивност, с които колагенът може да се сблъска при продължително нагряване.

2. Възможност за изпаряване при ниски температури:

Температурата на изпарение зависи от нивото на вакуум, създадено от много ниското абсолютно налягане в системата. За да се постигне изпарение под 30°C, абсолютното налягане в системата трябва да се контролира само на приблизително 4,3 kPa (около 32,5 mmHg) или по-ниско (защото налягането на наситените пари на водата при тази температура е около 4,25 kPa). WFE може да постигне и поддържа такова високо ниво на вакуум, като гарантира, че изпарението се случва при зададената ниска температура.

3. Способност за справяне с промените във вискозитета:

Въпреки че споменахте, че вискозитетът е близък до този на водата преди и след концентриране, той може леко да се увеличи близо до 9% концентрация. Системата за остъргване на WFE непрекъснато разбърква и обновява течния филм, като ефективно предотвратява замърсяването или отлагането на материала върху повърхността за топлопренос и осигурява стабилен поток и изпарение дори при материали с по-висок вискозитет. Това е от решаващо значение за гарантиране на непрекъснато и стабилно производство.

4. Високо съотношение на концентрация:

Високо съотношение на концентрация може да се постигне с едно преминаване. Коефициентът на концентрация от 1,2% до 9% е 9 / 1,2 = 7,5 пъти. Това е напълно постижимо за WFE. Необходимата скорост на изпаряване на водата също е значителна, което подчертава високата ефективност на WFE.

Проектиране и изчисляване на ключови параметри на процеса (въз основа на вашите изисквания)

1. Материален баланс и скорост на изпарение:

Дебит на захранващия поток (F): 200 кг/ч

Концентрация на фуража (Xf): Вземете средна стойност 1,35%

Концентрация на продукта (Xp): Вземете средна стойност 8%

Нека дебитът на продукта е P kg/h, а дебитът на изпарената вода е V kg/h

Общ масов баланс: `F = P + V` => `200 = P + V`

Баланс на разтвореното вещество (колаген): `F Xf = P Xp` => `200 0.0135 = P 0.08`

Решаване: `P = (200 0,0135) / 0,08 = 33,75 kg/h`

Тогава: `V = 200 - 33,75 = 166,25 кг/ч

Заключение: Необходимо е да се изпарят приблизително 166,25 кг/ч вода.

2. Настройка на температурата и нивото на вакуум:

Целева температура на изпаряване ≤ 30°C

Съответстващо абсолютно налягане: Вижте таблиците за пара, налягането на наситените пари на водата при 30°C е 4,246 kPa (приблизително 31,9 mmHg).

Проектно налягане на системата: За да се осигури изпарение при 30°C или дори по-ниска температура, работното абсолютно налягане на системата трябва да бъде малко под 4,25 kPa. Проектната цел обикновено се определя на абсолютно налягане от 3,0 - 4,0 kPa (приблизително 22,5 - 30 mmHg). Това изисква високопроизводителна вакуумна система (напр. комбинация от механична помпа + помпа на Roots или студен уловител + помпа за пароизхвърляне).

3. Избор на топлоносител:

Температурата на изпарение е около 30°C, така че необходимата температура на отоплителната среда не е необходимо да бъде много висока, а само достатъчна температурна разлика (ΔT), за да се осигури топлопренос. Прекомерната ΔT може да причини локално прегряване.

Препоръчителна среда: топла вода с температура 30-40°C. Обикновено може да се използва система за циркулация на водата, контролираща температурата на водата чрез пластинчат топлообменник, използващ вода от охладителна кула. ​​Използването на пара или високотемпературно термомасло е строго забранено.

Предложения за избор на оборудване и конфигурация на системата

1. Оценка на размера на изпарителя:

Скорост на изпарение от 166 kg/h е малък до среден мащаб за WFE.

Коефициентът на топлопреминаване (K) обикновено е относително висок при условия на нисък вискозитет и висок вакуум. Да приемем, че K=2000 W/m²·K (относително консервативна оценка).

Необходимата площ за топлопреминаване (A) може да се оцени грубо по формулата `A = Q / (K ΔT)`, където Q е топлинното натоварване, а ΔT е температурната разлика между нагревателната среда и температурата на изпарение на продукта (например, вземете 10°C).

Това е сложно изчисление, изискващо прецизно изчисляване на топлинното натоварване. Обикновено производителите на оборудване извършват професионални изчисления въз основа на скоростта на изпарение, повишаването на точката на кипене и др.

Емпирична оценка: За такива работни условия може да е подходящ изпарител с избърсано фолио, предлаган за продажба, с площ на топлопреминаване от приблизително 0,5 - 1,5 квадратни метра. Крайният размер трябва да бъде потвърден от доставчика на оборудването чрез прецизно изчисление на процеса.

2. Ключови системни компоненти:

Предварително подгряване: Въпреки че е необходима ниска температура, все пак се препоръчва предварително загряване на подаваната течност до работна температура (напр. 28-29°C), за да се намали топлинното натоварване на основния изпарител и да се подобри ефективността. Трябва да се използва пластинчат топлообменник с топла вода като източник на топлина.

Основно тяло на изпарителя:** Препоръчителен материал е неръждаема стомана 316L**, за да се гарантира чистота и устойчивост на корозия. Дизайнът на скреперното острие трябва да е подходящ за течности с нисък вискозитет.

Кондензатор: Използвайте пластинчат или тръбен кондензатор, за да кондензирате напълно изпарената водна пара с помощта на охладена вода (или охлаждаща вода). Ефективността на кондензатора влияе пряко върху вакуума в системата.

Вакуумна система: Това е едно от основните елементи на системата. Препоръчва се комбинация от „течно-пръстенова помпа + помпа Roots“ или комбинация от „студен уловител + вакуумна помпа със сух винтов механизъм“, за да се постигне и поддържа необходимия висок вакуум при енергийно ефективни условия.

Система за управление: Трябва да бъде оборудвана с усъвършенствана PLC или DCS система за автоматично управление на дебита на захранващата течност, температурата на нагревателната среда и нивото на вакуум в системата (т.е. температурата на изпарение), осигурявайки стабилни параметри на процеса и защитавайки чувствителния към топлина материал.

Кратко описание на процеса

1. Суровината с колаген с 1,2%-1,5% съдържание се съхранява в резервоар за захранване.

2. Суровината се транспортира чрез захранваща помпа до пластинчат предварителен нагревател и се нагрява до около 28-29°C.

3. Предварително загрятата течност постъпва в горната част на изпарителя.

4. Вътре в изпарителя материалът се разпределя в изключително тънък филм чрез въртящи се скреперни остриета и водата бързо се изпарява под 30°C под висок вакуум.

5. Концентрираният колагенов разтвор (7%-9%) се изпуска непрекъснато от помпа на дъното.

6. Образуваната водна пара се издига до горната част на изпарителя и влиза в кондензатора, където се кондензира напълно.

7. Кондензатът (дестилирана вода) се отвежда от кондензатна помпа и може да бъде възстановен и използван повторно.

8. Вакуумната система непрекъснато отстранява некондензиращите се газове от системата, поддържайки среда с висок вакуум.

Обобщение

За изискването за концентриране на 200 kg/h колагенов разтвор от ~1,35% до ~8% при работа под 30°C, изпарителят с плъзгащо се фолио е най-надеждният и идеален технологичен избор в момента. Той перфектно отговаря на всички ваши изисквания за чувствителност към топлина, ниска температура и висока ефективност.

Следващи стъпки:

Предоставете горепосочените параметри и изисквания на професионални производители на изпарители с плъзгащо се фолио (отлични местни или международни доставчици). Те могат да извършат прецизни технологични изчисления и да ви предоставят подробно техническо предложение, оферта за оборудване и спецификации.