Miksi pyyhitty kalvohöyrystin (WFE) on ihanteellinen valinta?

Mikä on pyyhitty kalvohaihdutin?

Pyyhitty kalvohaihdutin (WFE), jota kutsutaan myös ohutkalvohaihduttimeksi, on tislauslaite, joka luo ohuen, pyörivän nestekalvon lämmitetylle pinnalle haihtuvien komponenttien nopeaksi haihduttamiseksi seoksesta, jopa lämpöherkistä, viskooseista tai likaantumista aiheuttavista tuotteista. Keskeisiä etuja ovat lyhyt viipymäaika, pinta-alan maksimointi tehokkaan lämmönsiirron varmistamiseksi ja lämpöhajoamisen minimointi. WFE:itä käytetään laajalti teollisuudessa, kuten lääke-, kemian- ja elintarviketeollisuudessa, arvokkaiden komponenttien puhdistamiseen ja talteenottoon.

Pyyhityn kalvohaihduttimen käyttö kollageenin väkevöintiprosessissa

Vaatimus: Konsentroi 1,2–1,5 % kollageeniliuos 7–9 %:iin, käsittelykapasiteetilla 200 kg/tunti.

Materiaali on lämpöherkkä, ja väkevöintiprosessia on valvottava alle 30 °C:n lämpötilassa. Viskositeetti ennen väkevöintiä ja sen jälkeen on lähellä veden viskositeettia. Väkevöinti saavutetaan pääasiassa haihduttamalla osa vedestä kollageenipitoisuuden lisäämiseksi.

Miksi pyyhitty kalvohöyrystin (WFE) on ihanteellinen valinta?

Pyyhitty kalvohöyrystin sopii poikkeuksellisen hyvin kuvailemaasi kollageenin väkevöintiprosessiin. Sen edut liittyvät erityisesti materiaalisi ominaisuuksiin (lämmöherkkyys, matala lämpötila, matala viskositeetti):

1. Erinomainen lämmönsiirtotehokkuus ja lyhyt viipymäaika:

Lämmityslaitteen roottorin lapojen avulla materiaali levitetään erittäin ohueksi, tasaiseksi nestekalvoksi (tyypillisesti 0,5–1,0 mm) lämmitysseinälle eli haihdutuspinnalle.

Materiaalin viipymäaika höyrystimen sisällä on erittäin lyhyt, tyypillisesti vain sekunneista kymmeniin sekunteihin**. Tämä estää täydellisesti denaturoitumisen, hajoamisen tai bioaktiivisuuden menetyksen riskin, jota kollageeni saattaa kohdata pitkäaikaisessa kuumentamisessa.

2. Matalan lämpötilan haihdutuskyky:

Haihtumislämpötila riippuu järjestelmän erittäin alhaisen absoluuttisen paineen luomasta tyhjiötasosta. Alle 30 °C:n haihtumisen saavuttamiseksi järjestelmän absoluuttista painetta tarvitsee säätää vain noin 4,3 kPa:iin (noin 32,5 mmHg) tai alempaan arvoon (koska veden kylläisen höyrynpaine tässä lämpötilassa on noin 4,25 kPa). Vesihöyrystin voi saavuttaa ja ylläpitää näin korkean tyhjiötason varmistaen, että haihtuminen tapahtuu asetetussa alhaisessa lämpötilassa.

3. Kyky käsitellä viskositeetin muutoksia:

Vaikka mainitsitkin, että viskositeetti on lähellä veden luokkaa ennen väkevöintiä ja sen jälkeen, se saattaa hieman nousta lähellä 9 %:n pitoisuutta. Vesieristeen kaavinjärjestelmä sekoittaa ja uudistaa jatkuvasti nestemäistä kalvoa estäen tehokkaasti materiaalin likaantumisen tai hilseilyn lämmönsiirtopinnalle ja varmistaen vakaan virtauksen ja haihtumisen myös korkeamman viskositeetin omaavien materiaalien kanssa. Tämä on ratkaisevan tärkeää jatkuvan ja vakaan tuotannon takaamiseksi.

4. Korkea pitoisuussuhde:

Korkea pitoisuussuhde voidaan saavuttaa yhdellä läpimenolla. Pitoisuuskerroin 1,2 prosentista 9 prosenttiin on 9 / 1,2 = 7,5 kertaa. Tämä on täysin saavutettavissa vesihaihduttimella. Myös vaadittu veden haihtumisnopeus on merkittävä, mikä korostaa vesihaihduttimen korkeaa hyötysuhdetta.

Keskeisten prosessiparametrien suunnittelu ja laskenta (vaatimustesi mukaan)

1. Materiaalitase ja haihtumisnopeus:

Syöttövirtausnopeus (F): 200 kg/h

Rehun pitoisuus (Xf): Ota keskimääräinen arvo 1,35 %

Tuotteen pitoisuus (Xp): Ota keskimääräinen arvo 8 %

Olkoon tuotteen virtausnopeus P kg/h ja haihtuneen veden virtausnopeus V kg/h.

Kokonaismassatase: `F = P + V` => `200 = P + V`

Liuotetun aineen (kollageenin) tasapaino: `F Xf = P Xp` => `200 0,0135 = P 0,08`

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

Sitten: `V = 200 - 33,75 = 166,25 kg/h

Johtopäätös: Noin 166,25 kg/h vettä on haihdutettava.

2. Lämpötilan ja tyhjiötason asetus:

Höyrystymislämpötilan tavoitearvo ≤ 30 °C

Vastaava absoluuttinen paine: Katso höyrytaulukoista veden kylläisen höyrynpaine 30 °C:ssa on 4,246 kPa (noin 31,9 mmHg).

Järjestelmän suunnittelupaine: Jotta höyrystyminen tapahtuisi 30 °C:ssa tai jopa alemmassa lämpötilassa, järjestelmän käyttöabsoluuttisen paineen tulisi olla hieman alle 4,25 kPa. Suunnittelutavoite on yleensä 3,0–4,0 kPa:n absoluuttinen paine (noin 22,5–30 mmHg). Tämä edellyttää tehokasta tyhjiöjärjestelmää (esim. mekaanisen pumpun ja Roots-pumpun yhdistelmää tai kylmäloukkua ja höyryejektoripumppua).

3. Lämmitysaineen valinta:

Haihtumislämpötila on noin 30 °C, joten vaaditun lämmitysaineen lämpötilan ei tarvitse olla kovin korkea, vain riittävä lämpötilaero (ΔT) lämmönsiirron aikaansaamiseksi. Liiallinen ΔT voi aiheuttaa paikallista ylikuumenemista.

Suositeltu väliaine: 30–40 °C lämmin vesi. Tässä voidaan tyypillisesti käyttää kiertovesijärjestelmää, jossa veden lämpötilaa säädetään levylämmönvaihtimen avulla jäähdytystornin vedellä. Höyryn tai korkean lämpötilan lämpööljyn käyttö on ehdottomasti kielletty.

Laitteiden valinta ja järjestelmän kokoonpanoehdotukset

1. Höyrystimen koon arviointi:

166 kg/h haihtumisnopeus on pieni tai keskisuuri WFE:lle.

Lämmönsiirtokerroin (K) on yleensä suhteellisen korkea alhaisen viskositeetin ja korkean tyhjiön olosuhteissa. Oletetaan, että K = 2000 W/m²·K (suhteellisen varovainen arvio).

Vaadittava lämmönsiirtopinta-ala (A) voidaan karkeasti arvioida kaavalla `A = Q / (K ΔT)`, jossa Q on lämpökuorma ja ΔT on lämmitysväliaineen ja tuotteen haihtumislämpötilan välinen lämpötilaero (esim. ota 10 °C).

Tämä on monimutkainen laskelma, joka vaatii tarkkaa lämpökuorman laskentaa. Yleensä laitevalmistajat suorittavat ammattimaisia ​​laskelmia haihtumisnopeuden, kiehumispisteen nousun jne. perusteella.

Empiirinen arvio: Tällaisiin käyttöolosuhteisiin saattaa sopia myytävä pyyhitty kalvohaihdutin , jonka lämmönsiirtopinta-ala on noin 0,5–1,5 neliömetriä. Laitetoimittajan on vahvistettava lopullinen koko tarkkojen prosessilaskelmien avulla.

2. Järjestelmän keskeiset osat:

Esilämmitin: Vaikka vaaditaan matalaa lämpötilaa, on silti suositeltavaa esilämmittää syöttö käyttölämpötilaan (esim. 28–29 °C) päähöyrystimen rungon lämpökuormituksen vähentämiseksi ja hyötysuhteen parantamiseksi. On käytettävä levylämmönvaihdinta, jossa lämmönlähteenä on lämmin vesi.

Höyrystimen runko:** Materiaaliksi suositellaan 316L ruostumatonta terästä** puhtauden ja korroosionkestävyyden varmistamiseksi. Kaavinterän rakenteen on sovelluttava matalaviskositeettisille nesteille.

Lauhdutin: Käytä levy- tai putkilauhdutinta haihtuneen vesihöyryn täydelliseen tiivistämiseen kylmällä vedellä (tai jäähdytysvedellä). Lauhduttimen hyötysuhde vaikuttaa suoraan järjestelmän tyhjiöön.

Tyhjiöjärjestelmä: Tämä on yksi järjestelmän ytimistä. Vaaditun korkean tyhjiön saavuttamiseksi ja ylläpitämiseksi energiatehokkaissa olosuhteissa suositellaan nesterengaspumpun ja Roots-pumpun yhdistelmää tai kylmäloukun ja kuivaruuvityhjiöpumpun yhdistelmää.

Ohjausjärjestelmä: Järjestelmän tulisi olla varustettu edistyneellä PLC- tai DCS-järjestelmällä syöttövirtauksen, lämmitysväliaineen lämpötilan ja järjestelmän tyhjiötason (eli haihtumislämpötilan) automaattiseen lukittuun säätöön, mikä varmistaa vakaat prosessiparametrit ja suojaa lämpöherkkää materiaalia.

Lyhyt prosessikuvaus

1. 1,2–1,5 %:n kollageenipitoinen raaka-aine varastoidaan syöttösäiliöön.

2. Syöttöpumppu kuljettaa raaka-aineen levyesilämmittimeen ja lämmittää sen noin 28–29 °C:een.

3. Esilämmitetty neste tulee höyrystimen yläosaan.

4. Höyrystimen sisällä pyörivät kaavinterät levittävät materiaalin erittäin ohueksi kalvoksi, ja vesi haihtuu nopeasti alle 30 °C:ssa korkeassa tyhjiössä.

5. Tiivistetty kollageeniliuos (7–9 %) poistuu jatkuvasti pohjassa olevalla pumpulla.

6. Syntynyt vesihöyry nousee höyrystimen yläosaan ja menee lauhduttimeen, jossa se tiivistyy kokonaan.

7. Lauhde (tislattu vesi) poistetaan lauhdepumpulla, ja se voidaan ottaa talteen ja käyttää uudelleen.

8. Tyhjiöjärjestelmä poistaa jatkuvasti tiivistymättömiä kaasuja järjestelmästä ja ylläpitää siten korkeaa tyhjiöympäristöä.

Yhteenveto

Kun halutaan väkevöidä 200 kg/h kollageeniliuosta noin 1,35 prosentista noin 8 prosenttiin alle 30 °C:n lämpötilassa, pyyhitty kalvohöyrystin on tällä hetkellä luotettavin ja ihanteellisin teknologinen valinta. Se täyttää täydellisesti kaikki lämpöherkkyyttä, matalaa lämpötilaa ja korkeaa hyötysuhdetta koskevat vaatimuksesi.

Seuraavat vaiheet:

Toimita yllä olevat parametrit ja vaatimukset ammattimaisille pyyhittyjen kalvojen höyrystimien valmistajille (erinomaisille kotimaisille tai kansainvälisille toimittajille). He voivat suorittaa tarkkoja prosessilaskelmia ja tarjota sinulle yksityiskohtaisen teknisen ehdotuksen, laitetarjouksen ja tekniset tiedot.