مبخر الفيلم المتساقط الأنبوبي MVR

مبدأ العمل

1. عملية تبخير الفيلم المتساقط: يدخل السائل المغذي إلى موزع السائل من أعلى المبخر ويتم توزيعه بالتساوي على الجدار الداخلي لأنابيب التسخين (عادةً حزمة أنابيب عمودية)، مما يشكل فيلمًا سائلًا رقيقًا.

يتكثف بخار التسخين (في البداية يكون البخار الخارجي مطلوبًا، ولكن يتم استخدام البخار الثانوي المضغوط بعد التشغيل المستقر) ويطلق الحرارة خارج الأنابيب، مما يتسبب في تبخر المذيب في الفيلم السائل بسرعة، مما يؤدي إلى توليد بخار ثانوي.

يتدفق السائل المُركّز لأسفل على طول جدار الأنبوب، ويدخل إلى فاصل الغاز والسائل مع البخار الثانوي. يُفرّغ السائل المُركّز المنفصل، ويدخل البخار الثانوي إلى الضاغط.

2. عملية دورة MVR: يضغط الضاغط (مثل ضاغط الطرد المركزي أو منفاخ Roots) البخار الثانوي، مما يزيد من درجة حرارته وضغطه (عادةً بمقدار 520 درجة مئوية).

يتم إعادة إدخال البخار المضغوط كوسيلة تسخين خارج أنابيب المبخر، ليحل محل البخار الطازج ويشكل دورة حلقة مغلقة.

يحافظ النظام على درجة حرارة التبخر والضغط الثابتين عن طريق ضبط سرعة الضاغط أو معدل تدفق البخار، مما يحقق التشغيل المستمر.

3. آلية استعادة الطاقة: من خلال استبدال كمية كبيرة من استهلاك البخار الطازج بالعمل الميكانيكي للضاغط، هناك حاجة إلى كمية صغيرة فقط من الطاقة الكهربائية، مما يقلل بشكل كبير من استهلاك الطاقة.

يمكن تكوين النظام باستخدام سخان مسبق لاستعادة الحرارة بشكل أكبر باستخدام المكثف أو مصدر حرارة منخفض الحرارة، مما يحسن الكفاءة الحرارية الإجمالية.

الهيكل الأساسي والمكونات

1. وحدة تبخير الفيلم المتساقط الأنبوبي:

• حزمة أنابيب التسخين: يتم ترتيبها عموديا أو مائلا، لتشكيل سطح تبخر فيلم سائل على الجدار الداخلي.

• موزع السوائل: يضمن توزيع الفيلم بشكل موحد، وتجنب الجدران الجافة أو الفيلم السائل غير المتساوي.

• فاصل الغاز السائل: يفصل البخار عن المركز، مع مزيل الضباب المدمج لمنع الانجراف.

2. مكونات نظام MVR:

• ضاغط البخار: مكون أساسي يوفر طاقة ضغط البخار (يتطلب الاختيار بناءً على قدرة التبخر).

• المسخن المسبق: يقوم بتسخين سائل التغذية باستخدام المكثف أو البخار منخفض الحرارة، مما يقلل من الحمل الحراري على قسم التبخر.

• نظام التحكم: يدمج أجهزة استشعار درجة الحرارة والضغط والتدفق، ويقوم تلقائيًا بضبط المعلمات مثل سرعة الضاغط ومستوى السائل وفتح الصمام.

• نظام الفراغ: يحافظ على بيئة منخفضة الضغط داخل المبخر، مما يخفض نقطة الغليان ويتكيف مع المواد الحساسة للحرارة.

مزايا هامة

1. توفير كبير للطاقة: لا حاجة لكميات كبيرة من البخار النقي؛ حيث يبلغ استهلاك الطاقة 30% -50% فقط من أجهزة التبخير متعددة التأثيرات التقليدية، مما يؤدي إلى انخفاض تكاليف التشغيل.

تحل الكهرباء محل الطاقة الحرارية، مما يجعلها مناسبة بشكل خاص للسيناريوهات التي تكون فيها أسعار البخار مرتفعة أو العرض محدودًا.

2. صديق للبيئة: تعمل الدورة المغلقة على تقليل انبعاثات مياه الصرف الصحي والعوادم، مما يلبي متطلبات الإنتاج منخفضة الكربون.

3. نقل الحرارة السريع ووقت إقامة قصير: يضمن تبخر الفيلم المتساقط وقت إقامة قصير للمادة (ثواني)، وتجنب التحلل الحراري، وهو مناسب للمواد الحساسة للحرارة (مثل الأدوية والأغذية).

4. التشغيل المرن والأتمتة: يتيح نظام التحكم PLC التشغيل التلقائي بالكامل، مما يسمح بتعديل المعلمات مثل نسبة التركيز ودرجة حرارة التبخر للتكيف مع ظروف التشغيل المختلفة.

5. هيكل مضغوط ومساحة صغيرة: التصميم المتكامل يوفر المساحة، وهو مناسب لمشاريع التحديث أو السيناريوهات المقيدة بالموقع.

مجالات التطبيق

1. معالجة مياه الصرف الصحي عالية الملوحة: تركيز واستعادة الملح المتبلور من مياه الصرف الصحي عالية الملوحة في الصناعات مثل الصناعات الكيميائية والصيدلانية والطلاء الكهربائي.

2. الأغذية والمشروبات: تركيز عالي من عصائر الفاكهة ومنتجات الألبان والشراب، مع الحفاظ على العناصر الغذائية والنكهة.

3. المواد الكيميائية والأدوية: استعادة المذيبات العضوية وتركيزها وتنقية المواد الوسيطة الحساسة للحرارة.

4. مواد الطاقة الجديدة: تركيز إلكتروليتات بطاريات الليثيوم، وفصل العناصر الأرضية النادرة.

5. تحلية مياه البحر: استبدال عملية التبخير الفوري التقليدية متعددة المراحل بتركيز مياه البحر منخفض الطاقة.

نقاط التصميم والتشغيل الرئيسية

1. اختيار الضاغط: يجب أن يتوافق نوع الضاغط (طرد مركزي أو إزاحة إيجابية) وفقًا لمعدل التبخر وارتفاع ضغط البخار وخصائص المادة.

2. منع الترسبات والتنظيف: التنظيف المنتظم عبر الإنترنت أو تطبيق الطلاءات المضادة للترسبات، ومراقبة التغيرات في كفاءة نقل الحرارة.

3. التحكم في درجة حرارة التبخر: الحفاظ على فرق ثابت في درجة الحرارة عن طريق ضبط سرعة الضاغط ومعدل تدفق التغذية.

4. سد النظام: ضمان نظام فراغ خالٍ من التسرب لمنع دخول الهواء والتأثير على كفاءة التبخر.

التحديات والاحتياطات

1. الاستثمار الأولي المرتفع: تكلفة الضاغط ونظام التحكم أعلى من تكلفة المبخرات التقليدية؛ ويتطلب استرداد التكلفة توفير الطاقة على المدى الطويل. 

2. قابلية المواد للتكيف: تتطلب المواد ذات اللزوجة العالية، أو التي تتبلور بسهولة، أو المواد المسببة للتآكل تصميمًا خاصًا (على سبيل المثال، حزم الأنابيب ذات قنوات التدفق العريضة، والمواد المقاومة للتآكل).

3. الاستقرار التشغيلي: يتطلب الضاغط صيانة منتظمة لتجنب الأعطال الميكانيكية التي تؤثر على الإنتاج المستمر.

اتجاهات التنمية

سوف يركز مستقبل مبخرات الفيلم المتساقط الأنبوبية MVR على الاتجاهات التالية:

التحكم الذكي: تعمل خوارزميات الذكاء الاصطناعي على تحسين معلمات التشغيل لتحقيق التعديل التكيفي.

الابتكار في المواد: تعمل السبائك المقاومة للتآكل أو الطلاءات الخزفية عالية الأداء على إطالة عمر المعدات.

الاقتران متعدد التأثيرات: الجمع بين تقنية المضخة الحرارية وتقنية فصل الغشاء يحسن استخدام الطاقة بشكل أكبر.

ملخص

تُحقق مبخرات الأغشية المتساقطة الأنبوبية MVR، من خلال دمج تقنيات إعادة ضغط البخار الميكانيكية وتبخير الأغشية المتساقطة، تآزرًا بين توفير الطاقة السريع وحماية البيئة وجودة المنتج العالية، مما يجعلها مناسبة بشكل خاص لحالات التبخير عالية الاستهلاك للطاقة. تكمن قيمتها الأساسية في خفض تكاليف التشغيل وانبعاثات الكربون، مما يُمثل اتجاهًا تطويريًا مهمًا في مجال التبخير والتركيز.