مبخر الفيلم المتساقط الأنبوبي

مبدأ العمل

1. توزيع السائل وتكوين الفيلم: يدخل السائل المغذي إلى موزع السائل (على سبيل المثال، موزع الفيلم) من أعلى المبخر ويتم توزيعه بالتساوي على قمم كل أنبوب تسخين.

تحت تأثير الجاذبية، والحث الفراغي، وتدفق الهواء، يتدفق السائل إلى الأسفل على طول الجدار الداخلي لأنابيب التسخين بطريقة تشبه الفيلم، مما يشكل طبقة سائلة رقيقة.

2. التبخر ونقل الحرارة: يتدفق وسط التسخين (مثل البخار) خارج الأنابيب، وينقل الحرارة إلى الفيلم السائل من خلال جدران الأنبوب، مما يتسبب في تبخر المذيب الموجود في الفيلم السائل بسرعة.

يدخل البخار الثانوي الناتج عن التبخر، إلى جانب بعض السوائل غير المتبخرة، إلى غرفة فصل الغاز عن السائل.

٣. فصل الغاز عن السائل والتكثيف: في حجرة الفصل، يُفصل البخار عن السائل فيزيائيًا (مثل الفصل الإعصاري أو الترسيب بالجاذبية). يدخل البخار إلى المكثف للتكثيف والاستعادة، بينما يُفرّغ السائل المُركّز من قاع حجرة الفصل.

4. تشغيل متعدد التأثيرات (اختياري): من خلال توصيل المبخرات متعددة التأثيرات على التوالي، يمكن استخدام البخار الثانوي من التأثير السابق كوسيلة تسخين للتأثير التالي، مما يحقق استخدام الطاقة متعدد المراحل ويقلل بشكل كبير من استهلاك الطاقة.

الهيكل الأساسي والمكونات

١. حزمة أنابيب التسخين: تتكون من عدة أنابيب تسخين عمودية أو مائلة، حيث يعمل جدارها الداخلي كسطح تبخير. تشمل المواد الفولاذ الكربوني، أو الفولاذ المقاوم للصدأ، أو السبائك المقاومة للتآكل.

2. موزع السائل: مكون أساسي يضمن توزيع السائل بشكل موحد إلى أعلى كل أنبوب تسخين، ويشكل طبقة سائلة مستقرة (على سبيل المثال، موزع حلزوني، موزع فوهة).

٣. حجرة فصل الغاز عن السائل: تقع في أسفل المبخر، وتُستخدم لفصل البخار عن المُركّز. يمنع مزيل الضباب الداخلي انجراف السائل.

4. غرفة التبخير الحراري: تتضمن الغلاف، وصفيحة الأنبوب، والحواجز، وما إلى ذلك. يمكن تصميم الغلاف كحاوية ضغط جوي أو حاوية فراغ اعتمادًا على الضغط.

5. نظام التكثيف: وهو عبارة عن مكثف على شكل غلاف وأنبوب أو لوحة، يستخدم لتكثيف البخار الثانوي واستعادة طاقة المذيبات أو الحرارة.

6. نظام الدورة الدموية (التصميم الجزئي): يتضمن أنابيب أو مضخات دورة مدمجة لتسخين السائل مسبقًا أو الحفاظ على ديناميكيات السوائل المستقرة داخل الأنابيب.

الميزات والمزايا الرئيسية

1. كفاءة عالية في نقل الحرارة: يؤدي تدفق الفيلم السائل الرقيق والمضطرب إلى مقاومة حرارية منخفضة ومعامل نقل حرارة إجمالي أعلى بشكل ملحوظ من المبخرات التقليدية.

لا يوجد ارتفاع في نقطة الغليان بسبب ضغط السائل الثابت، مما يؤدي إلى استغلال فرق درجة الحرارة الفعال العالي.

2. مناسب للمواد الحساسة للحرارة: يمنع وقت بقاء المادة القصير (5-10 ثوانٍ) التحلل أو التدهور الناجم عن البقاء في درجة حرارة عالية لفترة طويلة.

3. خصائص قوية مضادة للتكلس: يقلل التدفق السريع للفيلم السائل من ميل التكلس على جدار الأنبوب، ويمكن تحقيق الصيانة من خلال التنظيف الميكانيكي أو الكيميائي أو التنظيف بالماء عالي الضغط.

4. مرونة تشغيلية عالية: قابلة للتكيف مع معدلات التدفق المختلفة وتركيزات التغذية، مع التحكم المرن في نسبة التركيز عن طريق ضبط المعلمات مثل معدل التغذية ودرجة الحرارة.

5. توفير الطاقة وتقليل الاستهلاك: تعمل عملية التأثير المتعدد على تقليل استهلاك البخار بشكل كبير، ويمكن لبعض التصميمات استعادة المكثفات أو الحرارة المهدرة.

6. هيكل مضغوط وموثوق: حجم المعدات صغير، والبصمة الصغيرة؛ هيكل أنبوبي قوي، ومقاومة قوية للضغط، وتكاليف صيانة منخفضة.

مجالات التطبيق

1. الصناعة الكيميائية: تركيز المحاليل (على سبيل المثال، الأملاح غير العضوية، والأحماض العضوية)، واستعادة المذيبات، وتنقية التقطير.

2. الأغذية والمشروبات: تركيز عصائر الفاكهة ومنتجات الألبان والشراب، والحفاظ على النكهة والعناصر الغذائية.

3. المجال الصيدلاني: تركيز وفصل المستخلصات الدوائية الحساسة للحرارة.

4. تحلية مياه البحر ومعالجة مياه الصرف الصحي: تحلية وتركيز مياه البحر أو مياه الصرف الصحي عالية الملوحة، واستعادة الأملاح البلورية.

5. صناعة الورق وإنتاج الألومينا: تبخير وتركيز السائل الأسود في صناعة الورق لاستعادة القلويات؛ تركيز السائل الأم ومعالجة مياه الصرف في إنتاج الألومينا، التبلور لترسيب شوائب الملح.

6. البترول والبتروكيماويات: فصل وتنقية مكونات النفط الخام.

معلمات التصميم والتشغيل الرئيسية

1. معلمات أنبوب التسخين: يجب تصميم قطر الأنبوب وطوله وكميته بناءً على خصائص المادة وحمل التبخر.

2. معدل تدفق السائل وتوزيعه: تأكد من تكوين فيلم موحد وتجنب الجدران الجافة السميكة للغاية أو الأفلام السائلة.

3. درجة حرارة التبخر والضغط: قم بالتحكم في درجة حرارة الفراغ أو وسط التسخين لضبط معدل التبخر.

4. درجة حرارة وسط التكثيف: تؤثر على فرق درجة حرارة انتقال الحرارة وكفاءة التكثيف.

5. دورة التنظيف: قم بتطوير خطة تنظيف تعتمد على ميل المادة إلى التكلس للحفاظ على أداء نقل الحرارة.

التحديات والاحتياطات

1. تعقيد التصميم والتشغيل: يجب تحديد المعلمات المثالية من خلال حسابات العملية والتجارب لتجنب التوزيع غير المتكافئ أو التبخر غير الكامل.

2. تكلفة الاستثمار الأولية: قد تؤدي الموزعات عالية الدقة والأنظمة متعددة التأثيرات إلى زيادة تكاليف المعدات.

3. متطلبات التشغيل والصيانة: من الضروري إجراء مراقبة منتظمة لكفاءة نقل الحرارة، ويجب معالجة الترسبات أو الانسدادات على الفور.

اتجاهات التنمية

مع التقدم في علم المواد وتحسين العمليات، ستتطور أجهزة تبخير الأغشية الأنبوبية المتساقطة المستقبلية نحو اتجاهات أسرع وأكثر مرونةً وذكاءً. على سبيل المثال:

• استخدام مواد جديدة مقاومة للتآكل لإطالة عمر المنتج؛

• الجمع مع التحكم الآلي لتحقيق تحسين المعلمات في الوقت الحقيقي؛

• تطوير معدات أكثر إحكاما ومتكاملة متعددة التأثيرات لتقليل استهلاك الطاقة.

ملخص

بفضل سرعة نقل الحرارة وقصر زمن البقاء ومقاومة الترسب، أصبحت مبخرات الأغشية الأنبوبية المتساقطة خيارًا مثاليًا لمعالجة المواد الحساسة للحرارة والمحاليل عالية التركيز. بفضل تصميمها المدروس وتحسين تشغيلها، تلبي هذه المبخرات احتياجات التبخير والتركيز عالية الجودة وتوفير الطاقة في مختلف الصناعات، مما يجعلها جزءًا أساسيًا من تكنولوجيا التبخير الصناعية الحديثة.