مبخر ثلاثي التأثير بغشاء ساقط

1. مبدأ عمل مُبخِّر التأثير الثلاثي للفيلم الساقط

يكمن جوهر تبخر الغشاء المتساقط في تكوين غشاء سائل متجانس على الجدار الداخلي لأنابيب التسخين، والذي يتدفق بعد ذلك إلى الأسفل بفعل الجاذبية. يُنتج هذا الغشاء السائل الرقيق للغاية كفاءة نقل حرارة ثورية.

2. مُبخِّر ثلاثي التأثير بفيلم متساقط معاكس للتيار

توزيع الغشاء - خطوة أساسية: يُوزّع السائل المُعالَج مسبقًا بالتساوي على سطح كل أنبوب تسخين مُبخّر بواسطة موزع علوي. يُعدّ تصميم الموزع، سواءً كان من نوع صفيحة غربال أو فوهة أو أنبوب توجيه، أمرًا بالغ الأهمية؛ إذ يجب أن يضمن تكوّن غشاء سائل مستمر ومتجانس ومستقر على الجدار الداخلي لكل أنبوب، مما يمنع ظاهرة جفاف الجدار.

تبخر الغشاء الساقط: بتأثير الجاذبية، يتدفق السائل إلى أسفل على شكل غشاء على طول الجدار الداخلي لأنابيب التسخين. في الوقت نفسه، يتكثف بخار التسخين خارج الأنابيب (جانب الغلاف) مُطلقًا حرارة كامنة، تنتقل إلى الغشاء السائل داخل الأنابيب عبر جدارها. يغلي الغشاء السائل فورًا ويتبخر، مُنتجًا بخارًا ثانويًا يتدفق إلى أسفل بسرعة عالية مع السائل.

فصل البخار عن السائل: يدخل خليط البخار والسائل إلى حجرة الفصل أسفل المبخر. بفضل انخفاض معدل التدفق وتأثير أجهزة الفصل، مثل الحواجز وأجهزة إزالة الضباب الشبكية السلكية، يُفصل السائل المُركّز عن البخار الثانوي فصلاً كاملاً.

عملية متعددة التأثيرات: يُدخل البخار الثانوي المنفصل إلى حجرة التسخين للتأثير التالي كمصدر حرارة (يُصبح البخار الثانوي للتأثير الأول مصدر حرارة للتأثير الثاني، وهكذا). يُضخ السائل المُركّز إلى التأثير السابق بفضل التدفق المعاكس، أو يدخل السائل المُركّز للتأثير الثاني إلى التأثير الأول، مُعاكسًا اتجاه تدفق البخار لمزيد من التركيز، أو يُفرّغ السائل المُركّز للتأثير الأخير بعد الوصول إلى تركيز مُحدّد مُسبقًا.

نظام التكثيف والفراغ: يدخل البخار الثانوي الناتج في التأثير الأخير إلى مكثف الخلط أو السطح للتكثيف الكامل، ويحافظ نظام مضخة التفريغ على فراغ عالٍ في النظام بأكمله وخاصة التأثير الأخير، وبالتالي خفض نقطة غليان كل تأثير وخاصة التأثير الأخير.

3. ميزات ومزايا تقنية التبخير ثلاثي التأثير بالفيلم المتساقط

كفاءة نقل حرارة فائقة: يتميز الغشاء السائل برقة فائقة، واضطراب عالٍ ومقاومة حرارية منخفضة، مما ينتج عنه معامل نقل حرارة يفوق بكثير معامل المبخرات المغمورة. هذا يعني أنه للحصول على نفس الإنتاجية، يلزم مساحة نقل حرارة أصغر، مما قد يؤدي إلى استثمار أكثر فعالية من حيث التكلفة في المعدات.

زمن بقاء قصير، مناسب للمواد الحساسة للحرارة: تمر المادة بسرعة عبر أنابيب التسخين على شكل طبقة رقيقة، وتستغرق عملية التبخر بأكملها عشرات الثواني فقط. هذا الزمن القصير للغاية، بالإضافة إلى التبخر في درجات حرارة منخفضة تحت التفريغ، يجعلها مثالية لمعالجة المواد الحساسة للحرارة، مثل المضادات الحيوية وعصائر الفاكهة والفيتامينات والمستخلصات الطبيعية، والتي تتحلل أو تتبلمر بسهولة بالحرارة، مما يعزز فعالية المنتج وجودته.

انخفاض تأثير الرأس الساكن، وخسارة ضئيلة في فرق درجة الحرارة: نظرًا لعدم تراكم السائل داخل أنابيب التسخين، لا ترتفع درجة غليانه بسبب الضغط الساكن لعمود السائل. هذا يُحسّن الاستفادة القصوى من فرق درجة حرارة انتقال الحرارة الفعال، مما يجعله مناسبًا بشكل خاص لتصاميم التبخير متعددة التأثيرات في ظل ظروف فرق درجة الحرارة الصغيرة.

استهلاك منخفض للطاقة: يرث مزايا توفير الطاقة الكامنة في التبخر متعدد التأثيرات، ويتميز باقتصادية عالية في البخار، حيث يمكن أن يكون استهلاك البخار النظري منخفضًا إلى ما يصل إلى 0.3-0.4 كجم بخار / كجم ماء.

مرونة تشغيلية عالية: من خلال ضبط معدل التغذية وحجم بخار التسخين، يمكنه التكيف مع التغييرات في أحمال المعالجة المختلفة على نطاق واسع.

4. مجالات التطبيق النموذجية:

صناعة الأغذية والعصائر: تركيز الحليب، تركيز العصير (عصير البرتقال، عصير التفاح)، تركيز محلول السكر.

الصيدلة والهندسة الحيوية: تركيز منخفض الحرارة للمضادات الحيوية والجلوكوز والفيتامينات ومستخلصات النباتات.

الصناعة الكيميائية: تركيز محاليل الأملاح غير العضوية النظيفة مثل NaOH وNaCl وأملاح الأحماض العضوية.

صناعة حماية البيئة: هناك حاجة إلى معالجة تقليل حجم تركيز التناضح العكسي ومعالجة مسبقة لنواتج مدافن النفايات للسيطرة على الترسب.

تحلية مياه البحر: كوحدة تركيز مسبق في تحلية مياه البحر.