อุปกรณ์ความเข้มข้นของการระเหยคืออะไร?
การระเหยทางอุตสาหกรรมสิ้นเปลืองประมาณ 18–25% ของงบประมาณพลังงานความร้อนทั้งหมดของโรงงานแปรรูปทั่วไป จุดข้อมูลเดียวนั้นอธิบายว่าทำไมการเลือกอุปกรณ์ที่เหมาะสมจึงไม่ใช่การตัดสินใจด้านสินค้าโภคภัณฑ์ อุปกรณ์ที่มีความเข้มข้นของการระเหยจะขจัดตัวทำละลาย ซึ่งเกือบจะเป็นน้ำตลอดเวลา เพื่อเพิ่มปริมาณของแข็งของผลิตภัณฑ์ที่เป็นของเหลว เป้าหมายอาจเป็นการลดปริมาตร ความเข้มข้นของค่า หรือการนำตัวทำละลายกลับมาใช้ใหม่
ความท้าทายหลักคือการถ่ายเทความร้อนภายใต้สภาวะที่ลดการย่อยสลายของผลิตภัณฑ์และการสูญเสียพลังงาน คุณไม่ได้เป็นเพียงของเหลวเดือดเท่านั้น คุณกำลังออกแบบการเปลี่ยนเฟสที่ต้องคำนึงถึงขีดจำกัดความหนืด ความไวต่อความร้อน และแนวโน้มการเปรอะเปื้อน ประเภทของอุปกรณ์ครอบคลุมการออกแบบที่แตกต่างกันอย่างสิ้นเชิง ตั้งแต่เครื่องระเหยกาต้มน้ำธรรมดาไปจนถึงระบบการบีบอัดไอเชิงกลแบบหลายขั้นตอน
ประเภทหลักของอุปกรณ์ความเข้มข้นของการระเหย
ไม่มีเครื่องระเหยเพียงเครื่องเดียวที่เหมาะกับทุกการใช้งาน แต่ละประเภทจะแก้ปัญหาความไวต่อความร้อน ต้นทุนการดำเนินงาน และการลงทุนที่แตกต่างกันออกไป ห้าตระกูลด้านล่างนี้ครอบคลุมการใช้งานทางอุตสาหกรรมส่วนใหญ่
เครื่องระเหยแบบฟิล์มตก
ฟิล์มของเหลวบางๆ ไหลลงมาตามท่อแนวตั้งภายใต้แรงโน้มถ่วง ในขณะที่ไอน้ำร้อนควบแน่นที่ด้านข้างของเปลือก เวลาอยู่อาศัยเพียงไม่กี่วินาที ซึ่งทำให้หน่วยฟิล์มที่ตกลงมาเป็นตัวเลือกเริ่มต้นสำหรับผลิตภัณฑ์ที่ไวต่อความร้อน เช่น น้ำผลไม้ ผลิตภัณฑ์นม และโปรตีนไฮโดรไลเสต ค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนสูงช่วยลดพื้นที่ผิวที่ต้องการ และการทำงานแบบผ่านครั้งเดียวจะจำกัดประวัติความร้อน สำหรับโรงงานแห่งใหม่ที่กำลังแปรรูปของเหลวที่ไวต่อความร้อน เครื่องระเหยฟิล์มตก มักจะให้ภาระความร้อนของผลิตภัณฑ์ต่ำที่สุดต่อหน่วยการระเหย
เครื่องระเหยแบบหมุนเวียนบังคับ
เมื่อคุณจัดการกับกระแสที่มีความหนืด การปรับขนาด หรือการตกผลึก แรงโน้มถ่วงยังไม่เพียงพอ ปั๊มหมุนเวียนจะขับของเหลวผ่านตัวแลกเปลี่ยนความร้อนที่ความเร็ว 2–4 m/s วิธีนี้จะระงับการเดือดภายในท่อและเลื่อนการปล่อยไอไปยังห้องแฟลชที่แยกจากกัน การออกแบบนี้ช่วยยืดเวลาการทำงานระหว่างรอบการทำความสะอาด และจัดการกับของเหลวที่ไม่ใช่ของนิวตัน ซึ่งจะทำให้ระบบฟิล์มที่ตกลงมาหยุดทำงาน ข้อเสียเปรียบคือพลังงานการสูบที่สูงขึ้นและการกักเก็บของเหลวที่มากขึ้น
เครื่องระเหยแบบอัดไอเชิงกล (เอ็มวีอาร์)
ระบบ MVR จะบีบอัดไอที่ผลิตในเครื่องระเหยและนำกลับมาใช้ใหม่เป็นตัวกลางในการทำความร้อน มีเพียงอินพุตไฟฟ้าขนาดเล็กเท่านั้นที่จ่ายไฟให้คอมเพรสเซอร์หรือพัดลม ส่วนที่เหลือมาจากการนำความร้อนแฝงกลับมาใช้ใหม่ ค่าใช้จ่ายในการดำเนินงานอาจลดลง 70–90% เมื่อเทียบกับเครื่องทำความร้อนด้วยไอน้ำแบบเอฟเฟกต์เดี่ยว การคืนทุนมักจะเกิดขึ้นภายในสองปี โดยที่ราคาไฟฟ้าอยู่ในระดับปานกลางและค่าไอน้ำสูง เครื่องระเหย MVR ปัจจุบันครอบงำการติดตั้งใหม่ในโรงงานนม เอทานอล และโรงงานปล่อยของเหลวเป็นศูนย์ แทนที่การออกแบบการระบายความร้อนแบบหลายผลกระทบ เว้นแต่ว่าไอน้ำเกือบจะปราศจากไอน้ำ
เครื่องระเหยพื้นผิวแบบขูด / ฟิล์มบาง
ใบปัดน้ำฝนแบบหมุนจะกระจายฟีดออกเป็นฟิล์มที่ปั่นป่วนโดยอัตโนมัติบนผนังที่ให้ความร้อน การบังคับเปลี่ยนฟิล์มใหม่จะจัดการกับความหนืดที่รุนแรง—ผลิตภัณฑ์ที่จะเผาไหม้บนพื้นผิวคงที่ การใช้งานทั่วไป ได้แก่ การสลายโพลีเมอร์ ความเข้มข้นของเจล และสารสกัดทางโภชนาการที่มีความเปรอะเปื้อนสูง เครื่องระเหยมีดโกน แลกเปลี่ยนทุนที่สูงขึ้นและค่าบำรุงรักษาสำหรับความสามารถในการแปรรูปวัสดุที่ไม่มีการออกแบบอื่นใดสามารถจัดการได้
เครื่องระเหยเอฟเฟกต์หลายตัว
ด้วยการเชื่อมโยงเครื่องระเหยแบบอนุกรมที่ความดันที่ลดลงเรื่อยๆ ไอจากเอฟเฟกต์หนึ่งจะทำหน้าที่เป็นไอน้ำร้อนสำหรับอีกเอฟเฟกต์หนึ่ง หน่วยเอฟเฟกต์สามเอฟเฟกต์สามารถระเหยน้ำได้ประมาณ 2.5–3 กิโลกรัมต่อไอน้ำหนึ่งกิโลกรัม เทียบกับการระเหยเพียงครั้งเดียวที่ต่ำกว่า 1 กิโลกรัม จำนวนผลกระทบกลายเป็นการตัดสินใจโดยตรงระหว่างทุนกับพลังงาน ผลกระทบที่เกินกว่าสี่หรือห้าประการ ประสิทธิภาพที่เพิ่มขึ้นมักจะไม่ครอบคลุมต้นทุนอุปกรณ์เพิ่มเติม เว้นแต่ราคาเชื้อเพลิงจะสูงเป็นพิเศษ
| ประเภท | เวลาพักอาศัย | ขีดจำกัดความหนืด | ประสิทธิภาพการใช้พลังงาน | ความไวต่อการเปรอะเปื้อน |
|---|---|---|---|---|
| ฟิล์มตก | วินาที | ต่ำ-ปานกลาง | ปานกลาง-สูง | ต่ำ-ปานกลาง |
| การไหลเวียนบังคับ | รายงานการประชุม | สูง | ปานกลาง | ต่ำ |
| MVR | วินาที to Minutes | ต่ำ-ปานกลาง | สูงมาก | ต่ำ-ปานกลาง |
| พื้นผิวที่ถูกขูด | วินาที | สูงมาก | ปานกลาง | ต่ำมาก |
| เอฟเฟกต์หลายรายการ | วินาที to Minutes | ต่ำ-ปานกลาง | สูง | ปานกลาง |
การเลือกเครื่องระเหยที่เหมาะสม: พารามิเตอร์ 5 ประการที่ตัดสินผลลัพธ์
กระบวนการข้อมูลจำเพาะเริ่มต้นด้วยผลิตภัณฑ์ ไม่ใช่ฮาร์ดแวร์ วิศวกรที่เป็นผู้นำโดยเลือกใช้อุปกรณ์แทนข้อมูลกระบวนการ มักจะจบลงด้วยพื้นผิวที่เปรอะเปื้อนเรื้อรังหรือมีการใช้น้ำเจือจางมากเกินไป
1. ความไวต่อความร้อน
โปรตีนทำให้เสียสภาพ รสชาติออกซิไดซ์ และสารประกอบออกฤทธิ์ทางชีวภาพสลายตัว หากผลิตภัณฑ์เป้าหมายต้องการอุณหภูมิที่ต่ำกว่า 60°C เป็นเวลาไม่เกิน 30 วินาที จำเป็นต้องใช้ฟิล์มตกแบบสุญญากาศหรือระบบ MVR สำหรับน้ำเกลืออนินทรีย์ที่แข็งแกร่ง การออกแบบการหมุนเวียนแบบบังคับที่เรียบง่ายอาจทำงานได้ที่ความดันบรรยากาศ
2. โปรไฟล์ความหนืดระหว่างความเข้มข้น
ของเหลวหลายชนิดจะข้นขึ้นอย่างมากเมื่อมีน้ำไหลออกมา ฟีดที่เริ่มต้นที่ 1 cP สามารถเกิน 500 cP ที่ความเข้มข้นสุดท้ายได้อย่างง่ายดาย หน่วยภาพยนตร์ที่ตกลงมาต้องดิ้นรนเหนือ 200–300 cP; ยิ่งไปกว่านั้น การกระจายตัวของฟิล์มจะแตกตัวและเกิดเป็นแผ่นแห้ง การออกแบบพื้นผิวแบบบังคับหมุนเวียนหรือขูดขีดช่วยจัดการส่วนปลายที่มีความหนืดสูงโดยไม่เกิดการเผาไหม้
3. แนวโน้มการเปรอะเปื้อนและการปรับขนาด
เกลือแคลเซียม โปรตีน และน้ำตาลจะตกตะกอนเมื่อความเข้มข้นเพิ่มขึ้น ประเภทเครื่องระเหยและความเร็วการไหลจะควบคุมอัตราการสะสมตัวโดยตรง แรงเฉือนด้านข้างท่อสูงของการไหลเวียนแบบบังคับช่วยให้พื้นผิวสะอาดได้นานขึ้น ในทางตรงกันข้าม สระน้ำนิ่งในกาต้มน้ำแบบแบตช์รับประกันว่าจะมีการเปรอะเปื้อนอย่างรวดเร็ว ข้อกำหนดด้านระยะเวลาวิ่งมักจะกำหนดว่าค่าใช้จ่ายเพิ่มเติมของการออกแบบการทำความสะอาดตัวเองนั้นสมเหตุสมผลหรือไม่
4. กำหนดเป้าหมายของแข็งขั้นสุดท้ายและขีดจำกัดยูเทคติก
การระเหยเกินขีดจำกัดความสามารถในการละลายทำให้เกิดผลึก หากเป้าหมายของกระบวนการคือของเหลวเข้มข้น ให้หยุดก่อนเกิดการตกตะกอน หากวัตถุประสงค์ในการผลิตคริสตัลคือเครื่องตกผลึกแบบหมุนเวียนแบบบังคับที่มีขาชะล้างจะกลายเป็นเครื่องมือที่ถูกต้อง ไม่ใช่เครื่องระเหยแบบทั่วไป
5. ค่าสาธารณูปโภคและเศรษฐศาสตร์เฉพาะสถานที่
หน่วย MVR ที่มีคอมเพรสเซอร์ขนาด 500 kW อาจประหยัดไอน้ำได้ 400,000 เหรียญสหรัฐต่อปี แต่ต้องการไฟฟ้า 150,000 เหรียญสหรัฐต่อปี ผลประโยชน์สุทธิขึ้นอยู่กับราคาพลังงานในท้องถิ่นทั้งหมด ระบบระบายความร้อนแบบหลายเอฟเฟกต์เหมาะกับพื้นที่ที่มีไอน้ำหรือความร้อนเหลือทิ้งต้นทุนต่ำ ไม่มีป้ายกำกับ "มีประสิทธิภาพสูงสุด" ใดที่ยึดถือได้ทั่วทุกภูมิภาค
ประสิทธิภาพการใช้พลังงาน: เงินจริงซ่อนอยู่ที่ไหน
ปริมาณการใช้ไอน้ำถือเป็นค่าใช้จ่ายในการดำเนินงานที่ใหญ่ที่สุดสำหรับโรงงานระเหยส่วนใหญ่ เครื่องระเหยความร้อนแบบเอฟเฟกต์ครั้งเดียวจะมีไอน้ำเฉลี่ย 1.1 กิโลกรัมต่อน้ำระเหยหนึ่งกิโลกรัม เอฟเฟกต์สามเท่าจะลดลงเหลือ 0.35–0.40 กก./กก. MVR จะผลักดันการใช้พลังงานความร้อนที่เทียบเท่าให้ต่ำกว่า 0.05 กก./กก. เมื่อวัดเป็นเชื้อเพลิงหลัก เนื่องจากไฟฟ้าจากกังหันก๊าซวงจรรวมมีปัจจัยการแปลงเชื้อเพลิงเป็นพลังงานประมาณ 50% ความแตกต่างระหว่างเอฟเฟกต์เดี่ยวและระบบ MVR อาจเกิน 50 ดอลลาร์ต่อตันของน้ำระเหยตามราคาพลังงานอุตสาหกรรมทั่วไป
การอุ่นอาหารด้วยกระแสคอนเดนเสทและไอระเหยเป็นการปรับปรุงที่ง่ายที่สุดและรับประกันการคืนกลับอย่างรวดเร็ว การบีบอัดไอเชิงกลเป็นขั้นตอนต่อไป และการบูรณาการกับการวิเคราะห์การหยิกทั่วทั้งโรงงานสามารถเปิดเผยโอกาสในการใช้ความร้อนเกรดต่ำที่อาจส่งไปยังหอทำความเย็น
ประเภทแอปพลิเคชันทั่วไป
อุปกรณ์ความเข้มข้นของการระเหยจะปรากฏขึ้นทุกที่ที่ค่าของกระแสของเหลวปรับขนาดตามปริมาณของแข็ง โรงงานผลิตนมเน้นเวย์และนมเพื่อลดต้นทุนการขนส่งและการอบแห้ง เครื่องแปรรูปผักและผลไม้เปลี่ยนน้ำผลไม้ Brix 5–8 Brix ให้เป็นน้ำเข้มข้น 65–70 Brix สายการสกัดยาใช้เครื่องระเหยสุญญากาศแบบอ่อนโยนเพื่อดักจับส่วนผสมออกฤทธิ์ที่ไวต่อความร้อนโดยไม่ทำให้เสียสภาพ ระบบการนำเอทานอลและตัวทำละลายกลับมาใช้ใหม่ผสมผสานการระเหยเข้ากับการแก้ไขเพื่อลดปริมาณการบำบัดของเสีย ระบบน้ำเสียทางอุตสาหกรรมที่ปล่อยของเหลวเป็นศูนย์ต้องอาศัยการหมุนเวียนแบบบังคับและเครื่องระเหย MVR เพื่อเปลี่ยนน้ำเกลือให้เป็นน้ำกลั่นและกากที่เป็นของแข็ง
แต่ละประเภทธุรกิจต้องการเวลาที่อยู่อาศัย อุณหภูมิ และระเบียบวิธีในการทำความสะอาดร่วมกันโดยเฉพาะ เครื่องระเหยแบบฟิล์มรีดนมที่ใช้กับนมทั้งตัวจะเหม็นอย่างรวดเร็วด้วยเวย์ที่มีความเป็นกรดสูง เว้นแต่จะมีการออกแบบการอุ่นก่อนและลำดับ CIP ใหม่ อุปกรณ์ไม่ใช่คำตอบทั้งหมด วงจรกระบวนการก็มีความสำคัญไม่แพ้กัน
