Почему пленочный испаритель с протиркой (WFE) является идеальным выбором?

Что такое пленочный испаритель с протиркой?

Пленочный испаритель (ПИП), также называемый тонкопленочным испарителем, представляет собой тип дистилляционного аппарата, который создает тонкую вращающуюся пленку жидкости на нагретой поверхности для быстрого испарения летучих компонентов из смеси, даже в случае термочувствительных, вязких или загрязняющих продуктов. Ключевые преимущества включают короткое время пребывания, максимальную площадь поверхности для эффективной теплопередачи и минимизацию термической деградации. ПИП широко используются в таких отраслях, как фармацевтика, химическая промышленность и пищевая промышленность, для очистки и извлечения ценных компонентов.

Применение пленочного испарителя в процессе концентрирования коллагена

Требование: Довести концентрацию коллагенового раствора с 1,2% до 1,5% до 7%-9% при производительности 200 кг/час.

Материал чувствителен к нагреву, поэтому процесс концентрирования необходимо контролировать при температуре ниже 30°C. Вязкость до и после концентрирования близка к вязкости воды. Концентрирование достигается главным образом путем испарения части воды для повышения концентрации коллагена.

Почему пленочный испаритель с протиркой (WFE) является идеальным выбором?

Пленочный испаритель идеально подходит для описанного вами процесса концентрирования коллагена. Его преимущества особенно важны для свойств вашего материала (термочувствительность, низкая температура, низкая вязкость):

1. Превосходная эффективность теплопередачи и короткое время пребывания:

В испарительной печи с водяным охлаждением лопасти ротора распределяют материал в виде очень тонкой, однородной жидкой пленки (обычно 0,5-1,0 мм) на нагревательной стенке, то есть на поверхности испарения.

Время пребывания материала внутри испарителя чрезвычайно короткое, обычно всего от нескольких секунд до десятков секунд**. Это полностью исключает риск денатурации, деградации или потери биоактивности, с которыми коллаген может столкнуться при длительном нагреве.

2. Возможность испарения при низких температурах:

Температура испарения зависит от уровня вакуума, создаваемого очень низким абсолютным давлением в системе. Для достижения испарения при температуре ниже 30°C абсолютное давление в системе достаточно поддерживать на уровне приблизительно 4,3 кПа (около 32,5 мм рт. ст.) или ниже (поскольку давление насыщенного пара воды при этой температуре составляет около 4,25 кПа). Водоразборный модуль может достигать и поддерживать такой высокий уровень вакуума, обеспечивая испарение при заданной низкой температуре.

3. Способность справляться с изменениями вязкости:

Хотя вы упомянули, что вязкость близка к вязкости воды до и после концентрирования, она может немного увеличиться при концентрации около 9%. Система скребкового перемешивания WFE непрерывно взбалтывает и обновляет жидкую пленку, эффективно предотвращая загрязнение или образование накипи на поверхности теплообмена и обеспечивая стабильный поток и испарение даже для материалов с более высокой вязкостью. Это имеет решающее значение для обеспечения непрерывного и стабильного производства.

4. Высокая концентрация:

Высокое соотношение концентрации может быть достигнуто за один проход. Коэффициент концентрации от 1,2% до 9% составляет 9 / 1,2 = 7,5 раз. Это вполне достижимо для водоочистной установки. Требуемая скорость испарения воды также значительна, что подчеркивает высокую эффективность водоочистной установки.

Разработка и расчет ключевых параметров процесса (на основе ваших требований)

1. Материальный баланс и скорость испарения:

Расход подаваемого сырья (F): 200 кг/ч

Концентрация корма (Xf): Примите среднее значение 1,35%.

Концентрация продукта (Xp): Примите среднее значение 8%.

Пусть расход продукта равен P кг/ч, а расход испаренной воды равен V кг/ч.

Полный баланс массы: `F = P + V` => `200 = P + V`

Баланс растворенных веществ (коллагена): `F Xf = P Xp` => `200 0,0135 = P 0,08`

Решение: `P = (200 0,0135) / 0,08 = 33,75 кг/ч`

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

Вывод: Необходимо испарять приблизительно 166,25 кг/ч воды.

2. Настройка температуры и уровня вакуума:

Целевая температура испарения ≤ 30°C

Соответствующее абсолютное давление: обратитесь к таблицам давления пара; давление насыщенного пара воды при 30°C составляет 4,246 кПа (приблизительно 31,9 мм рт. ст.).

Расчетное давление системы: Для обеспечения испарения при температуре 30°C или даже ниже, рабочее абсолютное давление системы должно быть немного ниже 4,25 кПа. Обычно целевое расчетное значение устанавливается на уровне 3,0–4,0 кПа (приблизительно 22,5–30 мм рт. ст.). Для этого требуется высокопроизводительная вакуумная система (например, комбинация механического насоса и насоса Рутса или ловушка для конденсата и пароэжекторный насос).

3. Выбор теплоносителя:

Температура испарения составляет около 30 °C, поэтому требуемая температура теплоносителя не должна быть очень высокой, достаточно лишь достаточной разницы температур (ΔT) для обеспечения теплопередачи. Чрезмерная разница температур может привести к локальному перегреву.

Рекомендуемая среда: теплая вода температурой 30-40°C. Обычно используется система циркуляции воды, регулирующая температуру воды с помощью пластинчатого теплообменника, использующего воду из градирни. Использование пара или высокотемпературного термомасла строго запрещено.

Рекомендации по выбору оборудования и настройке системы.

1. Оценка размеров испарителя:

Скорость испарения 166 кг/ч соответствует малому или среднему масштабу для установки по производству водно-электролитного концентратора.

Коэффициент теплопередачи (K) обычно относительно высок в условиях низкой вязкости и высокого вакуума. Примем K = 2000 Вт/м²·К (относительно консервативная оценка).

Требуемая площадь теплопередачи (A) может быть приблизительно оценена по формуле `A = Q / (K ΔT)`, где Q — тепловая нагрузка, а ΔT — разница температур между температурой теплоносителя и температурой испарения продукта (например, примем 10 °C).

Это сложный расчет, требующий точного определения тепловой нагрузки. Обычно производители оборудования выполняют профессиональные расчеты, основываясь на скорости испарения, повышении температуры кипения и т. д.

Эмпирическая оценка: Для таких условий эксплуатации может подойти пленочный испаритель с площадью теплопередачи приблизительно 0,5–1,5 квадратных метра, предлагаемый к продаже . Окончательные размеры должны быть подтверждены поставщиком оборудования путем точных расчетов технологического процесса.

2. Ключевые компоненты системы:

Предварительный подогрев: Хотя требуется низкая температура, все же рекомендуется предварительно подогревать подаваемый поток до рабочей температуры (например, 28-29°C), чтобы снизить тепловую нагрузку на основной корпус испарителя и повысить эффективность. Следует использовать пластинчатый теплообменник с теплой водой в качестве источника тепла.

Основной корпус испарителя:** Рекомендуемый материал — нержавеющая сталь 316L** для обеспечения чистоты и коррозионной стойкости. Конструкция скребка должна подходить для жидкостей с низкой вязностью.

Конденсатор: Используйте пластинчатый или трубчатый конденсатор для полной конденсации испарившегося водяного пара с помощью охлажденной воды (или охлаждающей воды). Эффективность конденсатора напрямую влияет на вакуум в системе.

Вакуумная система: это один из основных элементов системы. Для достижения и поддержания необходимого высокого вакуума в энергоэффективных условиях рекомендуется использовать комбинацию «жидкостно-кольцевого насоса + насоса Рутса» или комбинацию «холодной ловушки + суховинтового вакуумного насоса».

Система управления: Должна быть оснащена современной системой ПЛК или АСУ ТП для автоматического блокирующего управления скоростью подачи сырья, температурой теплоносителя и уровнем вакуума в системе (т. е. температурой испарения), обеспечивающего стабильные параметры процесса и защиту термочувствительного материала.

Краткое описание процесса

1. Сырье с содержанием коллагена 1,2–1,5% хранится в подающем резервуаре.

2. Исходное сырье подается подающим насосом в пластинчатый предварительный нагреватель и нагревается примерно до 28-29°C.

3. Предварительно нагретая жидкость поступает в верхнюю часть испарителя.

4. Внутри испарителя материал распределяется в виде чрезвычайно тонкой пленки вращающимися скребковыми лопастями, и вода быстро испаряется при температуре ниже 30 °C в условиях высокого вакуума.

5. Концентрированный раствор коллагена (7–9%) непрерывно подается насосом снизу.

6. Образовавшийся водяной пар поднимается к верхней части испарителя и поступает в конденсатор, где полностью конденсируется.

7. Конденсат (дистиллированная вода) откачивается конденсатным насосом и может быть собран и использован повторно.

8. Вакуумная система непрерывно удаляет неконденсируемые газы из системы, поддерживая высокий вакуум.

Краткое содержание

Для задачи концентрирования 200 кг/ч раствора коллагена с ~1,35% до ~8% при температуре ниже 30°C, пленочный испаритель в настоящее время является наиболее надежным и идеальным технологическим решением. Он идеально отвечает всем вашим требованиям к термочувствительности, низкой температуре и высокой эффективности.

Следующие шаги:

Предоставьте вышеуказанные параметры и требования профессиональным производителям пленочных испарителей (отличным отечественным или зарубежным поставщикам). Они смогут выполнить точные расчеты процесса и предоставить вам подробное техническое предложение, смету на оборудование и технические характеристики.