왜 와이프드 필름 증발기(WFE)가 이상적인 선택일까요?

필름식 증발기란 무엇인가요?

박막 증발기 (WFE)는 가열된 표면에 얇고 회전하는 액체 막을 형성하여 혼합물에서 휘발성 성분을 신속하게 증발시키는 증류 장치의 일종으로, 열에 민감하거나 점성이 높거나 오염을 유발하는 생성물에도 효과적입니다. 주요 장점으로는 체류 시간 단축, 효율적인 열 전달을 위한 표면적 극대화, 열 분해 최소화 등이 있습니다. WFE는 제약, 화학, 식품 가공 등 다양한 산업 분야에서 유용한 성분의 정제 및 회수에 널리 사용됩니다.

콜라겐 농축 공정에서 필름 증발기 적용

요구 사항: 1.2%~1.5% 콜라겐 용액을 7%~9%로 농축할 수 있어야 하며, 시간당 처리 용량은 200kg이어야 합니다.

이 물질은 열에 민감하므로 농축 공정은 30°C 이하로 제어해야 합니다. 농축 전후의 점도는 물과 거의 같습니다. 농축은 주로 물의 일부를 증발시켜 콜라겐 농도를 높이는 방식으로 이루어집니다.

왜 와이프드 필름 증발기(WFE)가 이상적인 선택일까요?

필름증발기는 귀하께서 설명하신 콜라겐 농축 공정에 매우 적합합니다. 특히 이 장비는 귀하의 원료 특성(열에 민감하고, 저온에서 사용 가능하며, 점도가 낮음)에 매우 유리합니다.

1. 탁월한 열 전달 효율 및 짧은 체류 시간:

WFE는 회전 날개를 사용하여 가열 벽, 즉 증발 표면적에 매우 얇고 균일한 액체 막(일반적으로 0.5~1.0mm)으로 재료를 퍼뜨립니다.

증발기 내부에서 물질의 체류 시간은 극히 짧아 일반적으로 수초에서 수십 초에 불과합니다**. 따라서 장시간 가열 시 콜라겐이 겪을 수 있는 변성, 분해 또는 생체 활성 손실 위험을 완벽하게 방지할 수 있습니다.

2. 저온 증발 기능:

증발 온도는 시스템의 매우 낮은 절대 압력으로 생성되는 진공도에 따라 달라집니다. 30°C 이하에서 증발을 달성하려면 시스템의 절대 압력을 약 4.3kPa(약 32.5mmHg) 이하로만 제어하면 됩니다(이 온도에서 물의 포화 증기압은 약 4.25kPa이기 때문입니다). WFE는 이러한 높은 진공도를 달성하고 유지할 수 있으므로 설정된 낮은 온도에서 증발이 일어나도록 보장합니다.

3. 점도 변화에 대한 대응 능력:

농축 전후의 점도가 물과 거의 비슷하다고 말씀하셨지만, 9% 농도 부근에서는 점도가 약간 증가할 수 있습니다. WFE의 스크래핑 시스템은 액막을 지속적으로 교반하고 갱신하여 열 전달 표면에 물질이 눌어붙거나 스케일이 생기는 것을 효과적으로 방지하고, 고점도 물질에서도 안정적인 유동과 증발을 보장합니다. 이는 지속적이고 안정적인 생산을 보장하는 데 매우 중요합니다.

4. 높은 농도 비율:

단일 공정으로 높은 농축률을 달성할 수 있습니다. 1.2%에서 9%로의 농축률은 9 / 1.2 = 7.5배입니다. 이는 WFE(수증발식 증류기)로 충분히 달성 가능합니다. 필요한 물 증발 속도 또한 상당하며, 이는 WFE의 높은 효율성을 보여줍니다.

핵심 공정 매개변수 설계 및 계산 (고객 요구사항에 따라)

1. 물질 수지 및 증발률:

공급 유량(F): 200 kg/h

사료 농도(Xf): 평균값 1.35%를 사용하세요.

제품 농도(Xp): 평균값 8%를 사용하세요.

제품 유량을 P kg/h, 증발수 유량을 V kg/h라고 하자.

전체 질량 균형: `F = P + V` => `200 = P + V`

용질(콜라겐) 균형: `F Xf = P Xp` => `200 0.0135 = P 0.08`

계산: `P = (200 0.0135) / 0.08 = 33.75 kg/h`

그러면 `V = 200 - 33.75 = 166.25 kg/h`

결론: 시간당 약 166.25kg의 물을 증발시켜야 합니다.

2. 온도 및 진공도 설정:

목표 증발 온도 ≤ ​​30°C

해당 절대 압력: 증기표를 참조하십시오. 30°C에서 물의 포화 증기압은 4.246kPa(약 31.9mmHg)입니다.

시스템 설계 압력: 증발이 30°C 이하에서 발생하도록 하려면 시스템 작동 시 절대 압력은 4.25kPa보다 약간 낮아야 합니다. 일반적으로 설계 목표는 3.0~4.0kPa(약 22.5~30mmHg)의 절대 압력으로 설정됩니다. 이를 위해서는 고성능 진공 시스템(예: 기계식 펌프 + 루츠 펌프 조합 또는 콜드 트랩 + 스팀 이젝터 펌프)이 필요합니다.

3. 가열 매체 선택:

증발 온도는 약 30°C이므로 필요한 가열 매체의 온도는 매우 높을 필요가 없으며, 열 전달을 유도하기에 충분한 온도 차이(ΔT)만 있으면 됩니다. ΔT가 과도하면 국부적인 과열이 발생할 수 있습니다.

권장 매체: 30~40°C의 온수. 일반적으로 냉각탑의 물을 사용하는 판형 열교환기를 통해 물의 온도를 제어하는 ​​순환수 시스템을 사용할 수 있습니다. 증기 또는 고온의 열유체 사용은 엄격히 금지됩니다.

장비 선정 및 시스템 구성 제안

1. 증발기 크기 추정:

증발 속도 166kg/h는 WFE(수증기 증발기) 기준으로 소형에서 중형 규모에 해당합니다.

열전달 계수(K)는 일반적으로 점도가 낮고 진공도가 높은 조건에서 비교적 높습니다. K=2000 W/m²·K(상대적으로 보수적인 추정치)로 가정합니다.

필요한 열전달 면적(A)은 'A = Q / (K ΔT)' 공식으로 대략적으로 추정할 수 있으며, 여기서 Q는 열 부하이고 ΔT는 가열 매체와 제품 증발 온도 사이의 온도 차이입니다(예: 10°C로 가정).

이는 정확한 열 부하 계산이 필요한 복잡한 계산입니다. 일반적으로 장비 제조업체는 증발 속도, 끓는점 상승 등을 기반으로 전문적인 계산을 수행합니다.

경험적 추정: 이러한 작동 조건에는 열 전달 면적이 약 0.5~1.5제곱미터인 시판용 와이프드 필름 증발기가 적합할 수 있습니다. 최종 크기는 장비 공급업체에서 정확한 공정 계산을 통해 확인해야 합니다.

2. 주요 시스템 구성 요소:

예열기: 저온이 필요하지만, 주 증발기 본체의 열 부하를 줄이고 효율을 향상시키기 위해 공급액을 작동 온도(예: 28~29°C)까지 예열하는 것이 좋습니다. **열원으로 온수를 사용하는 판형 열교환기를 사용해야 합니다.**

증발기 본체: **청결 및 내식성을 보장하기 위해 316L 스테인리스강 재질을 권장합니다.** 스크레이퍼 블레이드는 저점도 액체에 적합하도록 설계되어야 합니다.

응축기: 판형 또는 관형 응축기를 사용하여 냉각수(냉각수)로 증발된 수증기를 완전히 응축시킵니다. 응축기의 효율은 시스템 진공도에 직접적인 영향을 미칩니다.

진공 시스템: 이는 시스템의 핵심 구성 요소 중 하나입니다. 에너지 효율적인 조건에서 필요한 고진공을 달성하고 유지하기 위해서는 "액체 링 펌프 + 루트 펌프" 조합 또는 "콜드 트랩 + 건식 스크류 진공 펌프" 조합을 권장합니다.

제어 시스템: 공급 유량, 가열 매체 온도 및 시스템 진공 수준(즉, 증발 온도)의 연동 자동 제어를 위해 고급 PLC 또는 DCS 시스템을 갖추어야 하며, 이를 통해 안정적인 공정 매개변수를 확보하고 열에 민감한 재료를 보호해야 합니다.

간략한 프로세스 설명

1. 1.2%~1.5% 콜라겐 원료는 공급 탱크에 저장됩니다.

2. 원료는 공급 펌프를 통해 판형 예열기로 이송되어 약 28~29°C로 가열됩니다.

3. 예열된 액체가 증발기 상단으로 들어갑니다.

4. 증발기 내부에서는 회전하는 스크레이퍼 블레이드에 의해 물질이 매우 얇은 막으로 분산되고, 물은 고진공 상태에서 30°C 이하로 빠르게 증발합니다.

5. 고농축 콜라겐 용액(7~9%)은 하단의 펌프를 통해 지속적으로 배출됩니다.

6. 생성된 수증기는 증발기 상단으로 올라가 응축기로 들어가 완전히 응축됩니다.

7. 응축수(증류수)는 응축수 펌프를 통해 배출되며 회수하여 재사용할 수 있습니다.

8. 진공 시스템은 시스템에서 비응축성 가스를 지속적으로 제거하여 고진공 환경을 유지합니다.

요약

약 1.35%에서 약 8%까지 콜라겐 용액 200kg/h를 30°C 이하의 저온 환경에서 농축해야 하는 경우, 필름증발기가 현재 가장 신뢰할 수 있고 이상적인 기술적 선택입니다. 필름증발기는 열 민감성, 저온 작동 및 고효율에 대한 모든 요구 사항을 완벽하게 충족합니다.

다음 단계:

위의 매개변수와 요구 사항을 전문적인 필름식 증발기 제조업체 (국내외 우수 공급업체)에 제공하십시오. 그들은 정확한 공정 계산을 수행하고 상세한 기술 제안서, 장비 견적 및 사양을 제공할 수 있습니다.