De ce este un evaporator cu peliculă ștersă (WFE) alegerea ideală?

Ce este un evaporator cu peliculă ștersă?

Evaporatorul cu peliculă ștersă (WFE), numit și evaporator cu peliculă subțire, este un tip de aparat de distilare care creează o peliculă subțire, rotativă, de lichid pe o suprafață încălzită pentru a evapora rapid componentele volatile dintr-un amestec, chiar și cu produse sensibile la căldură, vâscoase sau murdare. Avantajele cheie includ un timp de staționare scurt, maximizarea suprafeței pentru un transfer eficient de căldură și minimizarea degradării termice. WFE-urile sunt utilizate pe scară largă în industrii precum cea farmaceutică, chimică și de procesare a alimentelor pentru purificarea și recuperarea componentelor valoroase.

Aplicarea evaporatorului cu peliculă ștersă în procesul de concentrare a colagenului

Cerință: Concentrați o soluție de colagen de 1,2%~1,5% la 7%~9%, cu o capacitate de manipulare de 200 kg/oră.

Materialul este sensibil la căldură, iar procesul de concentrare trebuie controlat sub 30°C. Vâscozitatea înainte și după concentrare este apropiată de cea a apei. Concentrarea se realizează în principal prin evaporarea unei porțiuni din apă pentru a crește concentrația de colagen.

De ce este un evaporator cu peliculă ștersă (WFE) alegerea ideală?

Evaporatorul cu peliculă ștergătoare este excepțional de potrivit pentru procesul de concentrare a colagenului descris. Avantajele sale sunt în special pentru proprietățile materialului dumneavoastră (sensibilitate la căldură, temperatură scăzută, vâscozitate scăzută):

1. Eficiență excelentă a transferului de căldură și timp de rezidență scurt:

WFE folosește palete de rotor pentru a răspândi materialul într-o peliculă lichidă foarte subțire și uniformă (de obicei 0,5-1,0 mm) pe peretele de încălzire, suprafața de evaporare.

Timpul de rezidență al materialului în interiorul evaporatorului este extrem de scurt, de obicei de la doar câteva secunde până la zeci de secunde**. Acest lucru evită perfect riscul de denaturare, degradare sau pierdere a bioactivității cu care colagenul s-ar putea confrunta în cazul unei încălziri prelungite.

2. Capacitate de evaporare la temperatură scăzută:

Temperatura de evaporare depinde de nivelul de vid creat de presiunea absolută foarte scăzută a sistemului. Pentru a obține evaporarea sub 30°C, presiunea absolută a sistemului trebuie controlată doar la aproximativ 4,3 kPa (aproximativ 32,5 mmHg) sau mai puțin (deoarece presiunea de vapori saturați a apei la această temperatură este de aproximativ 4,25 kPa). WFE poate atinge și menține un astfel de nivel ridicat de vid, asigurând că evaporarea are loc la temperatura scăzută setată.

3. Capacitatea de a gestiona modificările de vâscozitate:

Deși ați menționat că vâscozitatea este apropiată de cea a apei înainte și după concentrare, aceasta ar putea crește ușor în apropierea concentrației de 9%. Sistemul de răzuire al WFE agită și reînnoiește continuu pelicula de lichid, prevenind eficient murdărirea sau depunerea de cruste pe suprafața de transfer termic și asigurând un flux și o evaporare stabile chiar și pentru materiale cu vâscozitate mai mare. Acest lucru este crucial pentru garantarea unei producții continue și stabile.

4. Raport de concentrație ridicat:

Un raport de concentrație ridicat poate fi obținut într-o singură trecere. Factorul de concentrație de la 1,2% la 9% este de 9 / 1,2 = 7,5 ori. Acest lucru este complet realizabil pentru un WFE. Rata necesară de evaporare a apei este, de asemenea, semnificativă, ceea ce evidențiază eficiența ridicată a WFE.

Proiectarea și calcularea parametrilor cheie ai procesului (pe baza cerințelor dumneavoastră)

1. Bilanțul de materie și rata de evaporare:

Debit de alimentare (F): 200 kg/h

Concentrația de hrană (Xf): Valoarea medie este de 1,35%

Concentrația produsului (Xp): Valoarea medie este de 8%

Fie debitul produsului P kg/h, debitul apei evaporate V kg/h

Bilanțul masic total: `F = P + V` => `200 = P + V`

Echilibrul substanței dizolvate (colagen): `F Xf = P Xp` => `200 0,0135 = P 0,08`

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

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

Concluzie: Este nevoie de evaporare a aproximativ 166,25 kg/h de apă.

2. Setarea temperaturii și a nivelului de vid:

Temperatura țintă de evaporare ≤ 30°C

Presiune absolută corespunzătoare: Consultați tabelele cu abur, presiunea de vapori saturați a apei la 30°C este de 4,246 kPa (aproximativ 31,9 mmHg).

Presiunea de proiectare a sistemului: Pentru a asigura că evaporarea are loc la 30°C sau chiar mai puțin, presiunea absolută de funcționare a sistemului trebuie să fie puțin sub 4,25 kPa. Ținta de proiectare este de obicei stabilită la o presiune absolută de 3,0 - 4,0 kPa (aproximativ 22,5 - 30 mmHg). Acest lucru necesită un sistem de vid de înaltă performanță (de exemplu, o combinație de pompă mecanică + pompă Roots sau o capcană rece + pompă de ejecție a aburului).

3. Selectarea mediului de încălzire:

Temperatura de evaporare este în jur de 30°C, așadar temperatura necesară a mediului de încălzire nu trebuie să fie foarte mare, ci doar o diferență de temperatură (ΔT) suficientă pentru a declanșa transferul de căldură. Un ΔT excesiv poate provoca supraîncălzire locală.

Mediu recomandat: apă caldă la 30-40°C. De obicei, se poate utiliza un sistem de circulație a apei, controlând temperatura apei prin intermediul unui schimbător de căldură cu plăci, folosind apă dintr-un turn de răcire. Utilizarea aburului sau a uleiului termic la temperatură înaltă este strict interzisă.

Sugestii de selecție a echipamentelor și configurare a sistemului

1. Estimarea dimensiunii evaporatorului:

O rată de evaporare de 166 kg/h este de scară mică spre medie pentru un WFE.

Coeficientul de transfer termic (K) este de obicei relativ ridicat în condiții de vâscozitate scăzută și vid ridicat. Presupunem K=2000 W/m²·K (o estimare relativ conservatoare).

Suprafața de transfer termic necesară (A) poate fi estimată aproximativ cu formula „A = Q / (K ΔT)”, unde Q este sarcina termică, iar ΔT este diferența de temperatură dintre mediul de încălzire și temperatura de evaporare a produsului (de exemplu, se ia 10°C).

Acesta este un calcul complex care necesită o calculare precisă a sarcinii termice. De obicei, producătorii de echipamente efectuează calcule profesionale bazate pe rata de evaporare, creșterea punctului de fierbere etc.

Estimare empirică: Pentru astfel de condiții de funcționare, un evaporator cu peliculă ștersă, de vânzare, cu o suprafață de transfer termic de aproximativ 0,5 - 1,5 metri pătrați, ar putea fi potrivit. Dimensiunea finală trebuie confirmată de furnizorul echipamentului printr-un calcul precis al procesului.

2. Componente cheie ale sistemului:

Preîncălzitor: Deși este necesară o temperatură scăzută, se recomandă totuși preîncălzirea alimentării la temperatura de funcționare (de exemplu, 28-29°C) pentru a reduce sarcina termică asupra corpului principal al evaporatorului și a îmbunătăți eficiența. Trebuie utilizat un schimbător de căldură cu plăci, cu apă caldă ca sursă de căldură.

Corpul principal al evaporatorului:** Material recomandat: oțel inoxidabil 316L** pentru a asigura curățenia și rezistența la coroziune. Designul lamei racletei trebuie să fie potrivit pentru lichide cu vâscozitate redusă.

Condensator: Se utilizează un condensator cu plăci sau tubular pentru a condensa complet vaporii de apă evaporați folosind apă răcită (sau apă de răcire). Eficiența condensatorului afectează direct vidul sistemului.

Sistem de vid: Acesta este unul dintre elementele centrale ale sistemului. Se recomandă o combinație de „pompă cu inel lichid + pompă Roots” sau o combinație de „capcană rece + pompă de vid cu șurub uscat” pentru a obține și menține vidul ridicat necesar în condiții eficiente din punct de vedere energetic.

Sistem de control: Ar trebui să fie echipat cu un sistem PLC sau DCS avansat pentru controlul automat interconectat al debitului de alimentare, al temperaturii mediului de încălzire și al nivelului de vid al sistemului (adică temperatura de evaporare), asigurând parametrii stabili ai procesului și protejând materialul sensibil la căldură.

Scurtă descriere a procesului

1. Materia primă de colagen cu conținut de 1,2%-1,5% este depozitată într-un rezervor de alimentare.

2. Materia primă este transportată de o pompă de alimentare către un preîncălzitor cu plăci și încălzită la aproximativ 28-29°C.

3. Lichidul preîncălzit intră în partea superioară a evaporatorului.

4. În interiorul evaporatorului, materialul este distribuit într-o peliculă extrem de subțire prin rotația lamelor raclete, iar apa se evaporă rapid sub 30°C în vid înalt.

5. Soluția concentrată de colagen (7%-9%) este descărcată continuu de o pompă situată în partea de jos.

6. Vaporii de apă generați se ridică la partea superioară a evaporatorului și intră în condensator, unde sunt complet condensați.

7. Condensatul (apa distilată) este evacuat de o pompă de condens și poate fi recuperat și reutilizat.

8. Sistemul de vid elimină continuu gazele necondensabile din sistem, menținând mediul de vid ridicat.

Rezumat

Pentru necesitatea concentrării a 200 kg/h de soluție de colagen de la ~1,35% la ~8%, funcționând sub 30°C, evaporatorul cu peliculă ștearsă este în prezent cea mai fiabilă și ideală alegere tehnologică. Acesta îndeplinește perfect toate cerințele dumneavoastră privind sensibilitatea la căldură, temperatura scăzută și eficiența ridicată.

Pașii următori:

Furnizați parametrii și cerințele de mai sus producătorilor profesioniști de evaporatoare cu peliculă ștergătoare (furnizori excelenți, interni sau internaționali). Aceștia pot efectua calcule precise de proces și vă pot oferi o propunere tehnică detaliată, o ofertă de preț pentru echipamente și specificații.