الكشف عن التصميم المضاد للتلوث للمبخرات - التآزر بين معدل التدفق، والقص السطحي، ووضع الدوران

في تشغيل أنظمة التبخير، مثل مبخرات MVR، تؤثر مشاكل الترسب بشكل كبير على كفاءة المعدات ودورة التشغيل واستهلاك الطاقة. وخاصةً في معالجة المواد ذات المحتوى العالي من الملح والصلابة والمواد العضوية، يصبح التصميم المضاد للترسبات أمرًا بالغ الأهمية لنجاح استخدام المبخرات. ويُعد التأثير التآزري لمعدل التدفق وقوة القص السطحي وطريقة الدوران المفتاح التكنولوجي الأساسي لحل مشكلة الترسب في المبخرات.

أولا: آلية تكوين الترسبات والمخاطر

• آلية التكوين: أثناء التبخر، تصل الأملاح المذابة والمواد العضوية والغرويات وما إلى ذلك إلى حالة التشبع الفائق مع زيادة تركيزها، مما يؤدي إلى ترسيب البلورات أو تكوين طبقة التصاق تلتصق بسطح التبادل الحراري، مكونة المقياس.

• المخاطر: يؤدي الترسب إلى تقليل كفاءة نقل الحرارة، ويزيد من استهلاك الطاقة، وفي الحالات الشديدة، يؤدي إلى انسداد المعدات، والتآكل، والإغلاق المتكرر للتنظيف، ويقصر عمر المعدات.

II. العناصر الأساسية للتصميم المضاد للتكلس - معدل التدفق، وقص السطح، ووضع الدوران

1. التحكم في معدل التدفق - تثبيط الغسل والتبلور

• التنظيف بالسوائل عالية السرعة: زيادة معدل تدفق المادة داخل أنابيب/ألواح التبادل الحراري يعزز تأثير التنظيف بالسوائل، مما يقلل من بقاء البلورات أو الشوائب على السطح.

• تحسين نطاق معدل التدفق: يؤدي انخفاض معدل التدفق إلى الترسيب بسهولة، بينما يزيد ارتفاعه من فقدان الضغط واستهلاك الطاقة. ينبغي تصميم معدل تدفق اقتصادي ومعقول بناءً على خصائص المادة وحجم الجسيمات واللزوجة، وما إلى ذلك (على سبيل المثال، عادةً ما يستخدم التبخر بالدوران القسري معدل تدفق يتراوح بين 1.5 و3 أمتار/ثانية).

• توحيد معدل التدفق: منع المناطق الميتة الموضعية الناجمة عن معدلات التدفق المنخفضة بشكل مفرط؛ تحسين بنية قناة التدفق لضمان توزيع مجال التدفق بشكل موحد.

2. قوة القص السطحية - التقشير ومقاومة الالتصاق

• قوة القص المعززة: تولد السوائل عالية السرعة قوة قص كبيرة على سطح التبادل الحراري، مما يؤدي إلى تقشير البلورات الدقيقة أو الشوائب اللزجة التي على وشك الترسيب بشكل فعال، مما يمنع تكوين الحجم.

• تحسين بنية السطح: تعمل تصميمات بنية السطح مثل الأخاديد والتموجات واللولب على تعزيز تبادل الحرارة وقوة القص، مما يحسن اضطرابات السوائل وقدرات التنظيف الذاتي.

• اختيار المواد: تعمل الأسطح الملساء والمحبة للماء والمقاومة للتآكل للتبادل الحراري (مثل التيتانيوم والفولاذ المزدوج وطلاء التفلون) على تقليل الالتصاق وتحسين الأداء المضاد للاتساخ.

3. طرق الدورة التآزرية - الدورة القسرية مع الفيلم المتساقط/الصاعد

• تصميم الدوران القسري: مناسب للمواد عالية التركيز واللزوجة ذات القابلية العالية للاتساخ. يعمل بمضخة دوران عالية التدفق، مما يضمن دورانًا عالي السرعة للمواد، ويمنع التشبع والترسيب الموضعي.

• تستخدم المواد المتبلورة في كثير من الأحيان تصميمات الدورة الخارجية أو خزان الفلاش، مما يضمن حدوث التبلور بشكل أساسي داخل الفاصل أو المُبلور، وحماية سطح تبادل الحرارة.

• التأثير التآزري لتبخر الفيلم المتساقط/الصاعد: يتميز تبخر الفيلم المتساقط بفيلم سائل رقيق ومعدل تدفق مرتفع وقوة قص عالية، وهو أمر مفيد لمنع الترسب؛ يتميز تبخر الفيلم المتصاعد باضطراب قوي في تدفق ثنائي الطور بين الغاز والسائل، مما يؤدي إلى تأثير تنظيف جيد.

• وبدمجها مع الدورة القسرية، يتم الاستفادة من مزايا كل منهما لتحسين كفاءة نقل الحرارة والقدرة على مكافحة الترسبات.

• مسار الدورة الأمثل: إن التصميم العقلاني لمسارات التغذية والدوران والفصل يتجنب المناطق الميتة والدوائر القصيرة، مما يحقق الدورة الفعالة والفصل في الوقت المناسب.

ثالثًا: دراسات حالة في التحسين التآزري والهندسة

الحالة 1:  تصميم مضاد للترسبات بنظام الدوران القسري MVR لمياه الصرف الصحي عالية الملوحة

تعمل مضخة الدوران القسري عالية السرعة (معدل التدفق 2.5 متر/ثانية)، جنبًا إلى جنب مع أنابيب تبادل الحرارة المصنوعة من التيتانيوم وهيكل السطح المموج، على تعزيز قوة القص السطحي بشكل كبير.

يضمن مسار الدورة الأمثل بدون مناطق ميتة حدوث التبلور بشكل أساسي في حجرة الفصل، مما لا يؤدي إلى أي تراكم كبير على سطح أنبوب التبادل الحراري أثناء التشغيل على المدى الطويل، مما يمتد دورة التنظيف إلى 3-6 أشهر.

دراسة الحالة ٢:  استخدام مبخرات الأغشية المتساقطة في تركيز منتجات الألبان. تتضمن عملية التبخير بالأغشية المتساقطة تدفق طبقة رقيقة من السائل بسرعة عالية على سطح أملس من الفولاذ المقاوم للصدأ لتبادل الحرارة. تمنع قوة القص السطحية القوية التصاق بروتين الحليب والملح.

بفضل تقنية التنظيف التلقائي CIP عبر الإنترنت، فإنه يضمن التشغيل المستقر، وانخفاض استهلاك الطاقة، وارتفاع جودة المنتج.

رابعًا: التدابير الإضافية لمكافحة التلوث

المعالجة المسبقة: إزالة التليين والتصلب والترشيح بالتكتل لإزالة الأيونات والشوائب التي تتراكم بسهولة.

تثبيط الترسب الكيميائي: إضافة مثبطات الترسب والمشتتات تمنع نمو البلورات وتجمعها.

التنظيف عبر الإنترنت (CIP): يضمن التنظيف التلقائي المنتظم التشغيل المستقر على المدى الطويل.

المراقبة الذكية: توفر المراقبة في الوقت الفعلي لاختلاف درجات الحرارة وانخفاض الضغط وتغيرات معامل انتقال الحرارة تحذيرًا مبكرًا لاتجاهات التلوث وتحسين معلمات التشغيل بشكل ديناميكي.

الخامس. الملخص 

يكمن سر تصميم المبخرات المقاومة للرواسب في التحسين التآزري لمعدل التدفق، وقوة القص السطحي، ونمط الدوران. باستخدام تدفق السوائل عالي السرعة، وقوة القص السطحي المُحسّنة، واختيار نمط الدوران المناسب، إلى جانب تحسين المواد والمعالجة المسبقة، والتنظيف المباشر، وغيرها من الإجراءات المساعدة، يُمكن تقليل خطر الرواسب بشكل كبير، وتحسين كفاءة التشغيل واستقرار المبخر. في المستقبل، ومع تطوير هندسة الأسطح، ومحاكاة ديناميكا الموائع، وتقنيات التحكم الذكي، سيستمر تحسين أداء المبخرات المقاوم للرواسب، مما يُساعد على تحقيق كفاءة عالية، وتوفير في الطاقة، وطول دورة تشغيل معالجة التبخير للمواد الصعبة.