مبخر متعدد التأثيرات ذو غشاء متساقط

أولاً: المفاهيم الأساسية وآلية التشغيل

المبخر متعدد المراحل ذو الغشاء المتساقط هو جهاز تركيز عالي الكفاءة وموفر للطاقة، يعمل تحت ضغط سلبي. ويكمن مبدأ عمله الأساسي في توصيل وحدات تبخير متعددة على التوالي لتحقيق الاستخدام التدريجي للطاقة الحرارية. لا يتطلب النظام سوى كمية صغيرة من البخار النقي كمصدر حرارة أولي؛ حيث يُعاد إدخال البخار الثانوي المتولد في المرحلة السابقة إلى المرحلة التالية كوسيط تسخين، مما يحقق نمطًا موفرًا للطاقة يتمثل في "تزويد البخار لمرة واحدة، واستخدامات متعددة". يُوزع السائل الخام بالتساوي من أعلى الجهاز عبر جهاز توزيع، مُشكلاً غشاءً سائلاً بسماكة 0.1-0.5 مم على طول الجدار الداخلي لأنابيب التسخين بفعل الجاذبية. يتدفق السائل من الأعلى إلى الأسفل مُسخنًا بالبخار الموجود خارج الأنابيب، مُكملاً عملية التبخير بسرعة. يُستعاد البخار الثانوي المتولد في المرحلة الأخيرة ويُعالج بواسطة مكثف أو ضاغط MVR. يمكن لهذه العملية التحكم في استهلاك البخار لكل طن من الماء المتبخر إلى ما بين 0.28-0.35 كجم/كجم، مع استهلاك طاقة يبلغ حوالي ثلث استهلاك المبخر أحادي التأثير، مما يدل على تأثيرات توفير الطاقة المتميزة.

ثانياً: المكونات الرئيسية

1. وحدة التسخين المسبق: تعتمد على هيكل أنبوبي أفقي، وتستخدم البخار الثانوي منخفض الحرارة من المرحلة الأخيرة للنظام لتسخين التغذية مسبقًا، مما يقلل من حمل التسخين للمرحلة الأولى ويحسن الكفاءة الحرارية الإجمالية.

2. جهاز توزيع السوائل: باعتباره جزءًا أساسيًا من تشغيل النظام، فإنه عادةً ما يعتمد على دليل تدفق من نوع الحوض مع فوهات أو تصميم مخروط دليل تدفق حلزوني لضمان ترطيب جميع أنابيب التبادل الحراري بالكامل، بمعدل ترطيب لا يقل عن 120٪، مما يمنع بشكل فعال التكويك الناتج عن الجدران الجافة.

3. عنصر التسخين: يمكن تصنيع أنابيب التبادل الحراري من الفولاذ المقاوم للصدأ 316L أو الفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج 2205 أو سبائك التيتانيوم، بقطر يتراوح من 25 إلى 50 مم وطول من 3 إلى 8 أمتار، مع الحفاظ على نسبة الطول إلى القطر من 80 إلى 120 لضمان استقرار تدفق طبقة السائل؛ تم تجهيز جانب الغلاف بحواجز فصل البخار عن السائل لمنع المكثفات من التأثير على حزمة الأنابيب.

4. حجرة فصل الغاز عن السائل: تعتمد على هيكل إعصاري لمدخل الغاز المماسي أو مزيل رذاذ شبكي سلكي عالي الكفاءة لضمان أن يكون تركيز القطرات العالقة في البخار الثانوي ≤ 100 ملغم/م³، مما يقلل بشكل فعال من قيمة الطلب الكيميائي للأكسجين (COD) للمكثف. 5. جهاز تعزيز الطاقة الحرارية: مزود بضاغط حراري، يمكنه ضغط جزء من البخار الثانوي وإعادته إلى البخار الأولي، مما يحقق توفيرًا إضافيًا في الطاقة بنسبة 12-18%؛ وفي حال دمجه مع تقنية إعادة تعبئة البخار الميكانيكي (MVR)، يمكن التحكم في استهلاك الطاقة للوحدة بحيث لا يتجاوز ≤ 18 كيلوواط ساعة/طن ماء.

6. نظام التنظيف عبر الإنترنت: يتميز ببرنامج من ثلاث مراحل للغسيل القلوي والغسيل الحمضي والتخميل، بالإضافة إلى دوران كرة الإسفنج أو رؤوس الرش الدوارة، مما يسمح بالتنظيف في درجات حرارة منخفضة تبلغ 40 درجة مئوية، مما يقلل من وقت التوقف ويضمن استمرار الإنتاج.

ثالثًا: الميزات التقنية المتميزة

1. كفاءة عالية في نقل الحرارة: يكون الغشاء السائل على اتصال وثيق بسطح التسخين، ويمكن أن يصل معامل نقل الحرارة إلى 3000-5000 واط/(م²·ك)، وهو تحسن يزيد عن 30% مقارنة بمعدات الغشاء الصاعد التقليدية.

2. وقت إقامة قصير للمادة: يبلغ وقت المرور الواحد 5-30 ثانية فقط، وهو مناسب لتركيز المواد الحساسة للحرارة مثل الفيتامينات والإنزيمات وعصائر الفاكهة والخضروات، مما يزيد من الاحتفاظ بالمكونات النشطة.

3. قدرة قوية على التحكم في الرغوة: بفضل اعتماد تصميم التدفق المتزامن وهيكل الشفط السفلي، يمكنه تفتيت الرغوة بسرعة وتقليل الانحباس، مما يلغي الحاجة إلى عوامل إزالة الرغوة الإضافية.

4. أداء ممتاز في توفير الطاقة: مع تكوين ثلاثي التأثير وضاغط حراري، فإن نسبة استهلاك البخار (Q/S) هي ≤0.33؛ وعند دمجها مع MVR، يمكن أن يكون إجمالي استهلاك الطاقة منخفضًا إلى ≤27 كجم من الفحم القياسي / طن من الماء.

5. تصميم مكاني مضغوط: باستخدام هيكل إطار رأسي أو "متوازي"، فإنه يوفر ما يصل إلى 40٪ من مساحة التركيب مقارنة بالمعدات التقليدية ذات التأثير الواحد، ويتكيف مع سيناريوهات التطبيق ذات المساحة المحدودة.

رابعاً: مجالات التطبيق الرئيسية

1. معالجة مياه الصرف الصناعي عالية الملوحة: مناسبة لمياه الصرف التي تحتوي على نسبة ملح تتراوح بين 12-25% من الصناعات الكيميائية والمبيدات الحشرية والأصباغ ومواد بطاريات الليثيوم، ويمكن تركيزها إلى ما يقرب من التشبع، يليها التبلور، مما يحقق "صفر تصريف" لمياه الصرف واستعادة موارد الأملاح (نقاء NaCl وNa₂SO₄ وKCl ≥97%).

٢. مجالات الأغذية والأدوية: يُستخدم لتركيز المواد في درجات حرارة منخفضة، مثل الحليب والمالتوز ومستخلصات الطب الصيني التقليدي، مع معدل احتفاظ بالمكونات الفعالة يزيد عن ٩٠٪. ٣. مشروع تحلية مياه البحر: باعتباره المعدات الأساسية لنظام التقطير متعدد التأثيرات في درجات الحرارة المنخفضة (LTMED)، يتميز بنسبة إنتاج مياه ≥ ١٠، وينتج مياه عذبة بنسبة مواد صلبة ذائبة كلية ≤ ٥ ملغم/لتر، مما يجعله مناسبًا لتوفير المياه في المناطق التي تعاني من ندرة المياه.

٤. استخلاص المذيبات العضوية: مناسب لاستخلاص المذيبات ذات درجة الغليان المنخفضة مثل الإيثانول، والإيزوبروبانول، وDMAC. يتم التحكم في مستوى الفراغ التشغيلي عند ٥٠-١٥٠ ملي بار، وتتجاوز كفاءة الاستخلاص ٩٨٪، مما يحقق إعادة تدوير الموارد وحماية البيئة.

خامساً: النقاط الرئيسية للاختيار وتصميم العملية

1. تحديد عدد التأثيرات: عندما يكون سعر البخار 0.25 يوان صيني/كجم، فإن نظام التأثير الثلاثي يوفر الكفاءة الاقتصادية المثلى؛ إذا كانت تكلفة البخار أعلى من 0.35 يوان صيني/كجم، فيجب النظر أولاً في حل التأثير الرباعي أو حل MVR المتكامل.

2. تحسين العملية: بالنسبة للمواد المعرضة للترسبات، يوصى باستخدام تصميم التأثير النهائي "التدفق الأمامي + الدوران القسري"، مع الحفاظ على معدل تدفق ≥2 م/ث، والتحكم في حجم جسيمات البلورات إلى <0.2 مم، وتمديد دورة التنظيف إلى أكثر من 45 يومًا.

3. أساس اختيار المواد: اختر المواد بشكل معقول بناءً على مدى تآكل الوسط - يمكن استخدام الفولاذ المقاوم للصدأ 304 لتركيزات أيون الكلوريد <500 ملغم/لتر؛ 316L لـ 500-5000 ملغم/لتر؛ ويوصى باستخدام الفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج 2205 أو 2507 أو التيتانيوم لـ >5000 ملغم/لتر أو عند احتواء عناصر أكالة قوية مثل الفلور والبروم.

4. فرق درجة الحرارة والتحكم في الفراغ: يتم التحكم في درجة حرارة التأثير الأول عند 75-90 درجة مئوية، ويتم الحفاظ على التأثير الأخير عند 40-45 درجة مئوية، ولا يتجاوز فرق درجة الحرارة بين كل تأثير 15 درجة مئوية لمنع درجات الحرارة المرتفعة المحلية من التسبب في التكويك أو تلف المعدات.

سادساً: إجراءات التشغيل ومواصفات التشغيل

1. التحضير لبدء التشغيل:

ضمان استقرار مياه التبريد، ومصدر هواء الجهاز، وضغط البخار الحي (0.5-0.7 ميجا باسكال)؛

افتح صمام كسر الفراغ العلوي وقم بتغذية المادة ببطء حتى يصل مستوى السائل في كل تأثير إلى خط المنتصف في زجاج الرؤية لتجنب الجدران الجافة؛

شغّل نظام التفريغ، ولا تُدخل البخار الحي إلا بعد أن تصل درجة التفريغ في المرحلة الأخيرة إلى ≥0.085 ميجا باسكال. 2. مراقبة التشغيل:

الحفاظ على توازن ديناميكي بين معدل التغذية ومعدل التبخر ومعدل التصريف لضمان استقرار مستويات السائل في كل تأثير؛

التحكم في تقلبات ضغط البخار الحي في حدود ±0.02 ميجا باسكال لمنع التشغيل غير المستقر لمضخة الحرارة؛

افحص موصلية المكثف كل ساعتين. إذا تجاوزت 150 ميكروسيمنز/سم، فابحث فوراً عن أي تسريبات.

3. إجراءات الإيقاف:

أولاً، قم بقطع إمداد البخار - حرر الفراغ - أوقف التغذية - قم بتدوير وشطف بالماء الساخن بدرجة حرارة 85 درجة مئوية لمدة 30 دقيقة - قم بتصريف السائل المتبقي - قم بإجراءات التنظيف القلوي والحمضي CIP لضمان نظافة النظام.

سابعاً: الصيانة واستكشاف الأعطال وإصلاحها

1. خطة التنظيف:

الترسبات الخفيفة: قم بتدوير وتنظيف محلول NaOH بنسبة 2٪ عند درجة حرارة 50 درجة مئوية لمدة ساعتين؛

الترسبات الصلبة القائمة على الكبريتات: أولاً، قم بإجراء التنظيف المعقد باستخدام 5٪ EDTA + 1٪ حمض الستريك عند 60 درجة مئوية، ثم قم بإجراء معالجة التخميل باستخدام 1٪ HNO₃؛

معيار إتمام التنظيف: فرق الرقم الهيدروجيني بين المدخل والمخرج < 0.2، فرق التوصيل الكهربائي < 50 ميكروسيمنز/سم.

2. المشاكل الشائعة وحلولها:

انخفاض قدرة التبخر: تحقق مما إذا كان موزع السائل مسدودًا؛ إذا كان سمك الترسبات على أنابيب التبادل الحراري > 2 مم، فإن التنظيف الميكانيكي مطلوب؛

درجة الفراغ لا تفي بالمعايير: تأكد من أن درجة حرارة ماء التبريد ≤ 32 درجة مئوية وأن درجة حرارة ماء إحكام مضخة الفراغ < 25 درجة مئوية؛

ارتفاع غير طبيعي في قيمة COD للمكثفات: قد يكون هذا بسبب تلف مزيل الرذاذ أو ارتفاع مستوى السائل بشكل مفرط في حجرة الفصل؛ يلزم إيقاف التشغيل لإجراء الفحص أو الاستبدال.

3. التدابير الوقائية المنتظمة:

افحص فوهات توزيع السوائل أثناء الصيانة السنوية؛ واستبدلها إذا كان التآكل أكبر من 1 مم؛

قم بإجراء فحص عينة بنسبة 10٪ لسمك جدار أنبوب التبادل الحراري؛ إذا كان السمك المتبقي أقل من 2.0 مم، يوصى بالاستبدال الكامل؛

قم بمعايرة نظام التحكم بالأجهزة كل ستة أشهر لضمان استجابة دقيقة للفراغ ومستوى السائل والتوصيلية وغيرها من الإشارات المتشابكة.

ثامناً: تقييم الفوائد الاقتصادية والبيئية

كمثال، عند استخدام نظام ثلاثي التأثير يعتمد على غشاء رقيق متساقط مع دوران قسري بدلاً من النظام الأصلي أحادي التأثير، يتم توفير 21,780 طنًا من البخار سنويًا (1.1 × 60 × 330 = 21,780 طنًا)، أي ما يعادل 2,480 طنًا من الفحم القياسي، مما يقلل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون بحوالي 6,500 طن. في الوقت نفسه، يمكن استعادة حوالي 1,600 طن من الملح الصناعي سنويًا، مما يحقق فوائد اقتصادية إضافية تبلغ حوالي 720,000 يوان صيني، مع فترة استرداد لا تتجاوز 1.5 سنة. وهذا يُظهر قيمة اقتصادية وبيئية ممتازة.

تاسعاً: ملخص وتوقعات

أصبح المبخر متعدد التأثيرات ذو الغشاء الرقيق المتساقط، بمزاياه التقنية المتمثلة في "نقل الحرارة بكفاءة عالية، والتشغيل في درجات حرارة منخفضة، وتوفير الطاقة على مراحل متعددة"، الخيار الأمثل في مجالات استغلال موارد مياه الصرف الصحي عالية الملوحة، وتركيز المواد الحساسة للحرارة، واستعادة المذيبات. ومن خلال التمسك التام بالعناصر الأساسية الثلاثة المتمثلة في "تصميم توزيع السائل، وملاءمة المواد، واستراتيجية التنظيف" أثناء اختيار المعدات، وتكامل النظام، وإدارة التشغيل، تستطيع الشركات تحقيق تشغيل مستقر وطويل الأمد ومنخفض التكلفة للجهاز. ولا تقتصر فوائد هذه التقنية على تعزيز استدامة الإنتاج الصناعي فحسب، بل توفر أيضًا دعمًا تقنيًا عمليًا لتحقيق الأهداف الاستراتيجية الوطنية "للانبعاثات الكربونية المزدوجة"، مما يجعلها من أهم المعدات اللازمة لتعزيز التحول الصناعي الأخضر.