Тэг: Вакуум выпарные установки

Испарение в вакууме. Вакуумное выпаривание.

Концепция вакуумного испарения, вакуумного выпаривания.

Вакуумное испарение или вакуумное выпаривание — это метод, который характеризуется преобразованием жидких отходов в два потока: один из высококачественной воды и другой, содержащий концентрированные отходы. Полученная вода достаточно высокого качества для повторного использования, тогда как отходы могут быть сконцентрированы, даже достигая почти полной сухости. Расходы на утилизацию отходов значительно снижаются при концентрации отходов до такой степени.

Эта технология представляет собой крупный прорыв в очистке жидких сточных вод, поскольку она позволяет очищать сточные воды, которые невозможно эффективно очистить с помощью физико-химических или биологических методов, чистым, эффективным, безопасным и компактным способом. Вакуумное испарение приводит к резкому сокращению объема жидких отходов (что приводит к экономии на утилизации отходов), концентрации едких или образующих накипь отходов, повторному использованию восстановленной воды и внедрению системы нулевого сброса жидкости, среди многих других преимуществ.

Выпаривание — это единичная операция, которая заключается в концентрировании раствора путем удаления растворителя методом кипячения. В этом случае она выполняется при давлении ниже атмосферного. Таким образом, температура кипения намного ниже, чем при атмосферном давлении, что приводит к значительной экономии энергии.

Необходимое оборудование компактно, практично и оснащено инструментами, что означает простоту оперативного мониторинга и позволяет обрабатывать потоки сточных вод до 20 м3/ч в одном испарителе. Следует также отметить, что поскольку сточные воды не нужно нагревать до высоких температур, поскольку вода кипит при 35-40°C (в зависимости от рабочего давления) при работе в условиях вакуума, энергетические потребности испарителя не обязательно должны быть высококачественными источниками, а избыточная энергия от других процессов будет использоваться в большинстве случаев.

После процесса испарения достигается очень высокий процент дистиллированной воды (не менее 95%) и очень низкий уровень отбраковки (не более 5%), требующей утилизации. Этот уровень отбраковки настолько низок из-за высокой концентрации остатков, достигаемой в процессе, и в зависимости от состава сточных вод промышленные вакуумные испарители могут быть подходящими для извлечения сырья, разбавленного в воде, которое может быть продано или использовано повторно.

Подводя итог, можно сказать, что выпаривание — это новая, эффективная и конкурентоспособная технология, которая обеспечивает очень хорошие результаты в отношении очистки тех стоков, которые сложно очистить с помощью других методов. Эта технология часто позволяет реализовать политику нулевых отходов со всеми ее изначально положительными экологическими последствиями. Кроме того, в результате меньшего количества образующихся отходов и производства высококачественного потока воды первоначальные инвестиции окупаются относительно быстро. Более того, это происходит еще быстрее, если можно использовать избыточную энергию из другого процесса.

Температура кипения уменьшается с понижением атмосферного давления.
Это принцип работы вакуумных испарителей.

Факторы, влияющие на процесс испарения,вакуумного выпаривания.

Испарение — это процесс, контролируемый скоростью теплопередачи, а скорость испарения зависит от следующих факторов:

1. Разница температур между теплоносителем и испаряемой жидкостью.

Температура кипения испаряемой жидкости увеличивается по мере ее концентрации. Однако, поскольку процесс проводится в вакууме, разница температур между нагревающим агентом и испаряемой жидкостью больше, чем температура кипения, если смесь намного ниже, чем при атмосферном давлении. Более высокая разница температур приводит к более высокой скорости испарения.

2. Зона обмена

Эффективная площадь обмена зависит от геометрии оборудования и явлений, присущих концентрации раствора, таких как осаждение твердых веществ или образование корки на поверхности обмена. Большие площади приводят к более высокой теплообменной способности и более высокой скорости испарения.

3. Общий коэффициент теплопередачи (U)

Этот коэффициент зависит от физических свойств рассматриваемых жидкостей (теплоносителя и испаряемой жидкости), материалов стенок, на которых происходит теплообмен, конструкции и геометрии оборудования, а также параметров потока (скорости циркуляции жидкости и т. д.). Более высокие значения этого коэффициента означают большую легкость теплообмена в оборудовании.

4. Свойства испаряемой жидкости

Вязкость, возможность образования пены, способность подвергаться коррозии и т. д. оказывают практическое влияние на скорость теплопередачи.

Ключевым параметром при проектировании испарителя является площадь обмена, необходимая для испарения. При расчете этой площади необходимо учитывать как массовый, так и энергетический баланс. Таким образом, для испарителя, в который подается поток F и отводятся два потока (концентрат S и дистиллят E),  

Необходимо учитывать следующие балансы масс:

Общий баланс масс :
F = E + S
V = C
Баланс масс для растворенного вещества :
F xF = S xS
И следующие энергетические балансы :
V HV + F hF = C hC + E HE + S hS
Q = V HV – C hC = V (HV – hC) = UA >T

где Q — тепловой поток, передаваемый через поверхность нагрева испарителя, U — общий коэффициент теплопередачи, A — площадь, необходимая для испарения, а >T — разность температур между теплоносителем и испаряемой жидкостью.

Основные области применения вакуумных испарителей.

Еще одним фактором, который следует упомянуть в отношении вакуумных испарителей, является их универсальность и большое количество ситуаций, в которых их можно применять (при условии, что результаты оправдывают необходимые инвестиции в их установку, поскольку это не самая дешевая технология).

Благодаря этому отрасли, которым приходится обрабатывать средние или большие потоки, могут получить значительную экономию, поскольку объем остатков, которые им приходится отправлять на обработку, значительно сокращается. Эта технология также очень подходит для производства высококачественной воды, которая требуется многочисленным отраслям для включения в их производственные процессы.

Вакуумные испарители являются конкурентоспособным и эффективным решением для очистки сточных вод, для которых приемлемые результаты не могут быть достигнуты с использованием более традиционных методов (физико-химической и биологической очистки). Это обычно происходит, когда сточные воды содержат:

• очень высокая концентрация солей, 
• небиоразлагаемые соединения,
• вещества, токсичные для микроорганизмов
• металлы
• и т. д.

Такие сточные воды производятся промышленными предприятиями общего назначения:

• продувка котла,
• стоки регенерации ионообменной смолы,
• процессы отбраковки обратного осмоса,
• шламы очистки технологических вод,
• продувки градирен и т.д.,

а также специфические стоки от:

• пищевая промышленность (обработка рассола),
• гальваническая промышленность (отработанные ванны, промывочные и поверхностно-обрабатывающие воды),
• химическая, фармацевтическая и косметическая промышленность (воды для промывки резервуаров и реакторов и т. д.),
• лакокрасочная промышленность (мойка реакторов),
• автомобильная и металлургическая промышленность (масляные эмульсии, обезжириватели, смазочно-охлаждающие жидкости, проникающие жидкости),
• полиграфическая промышленность (обработка и концентрирование чернил, промывка валиков),
• компании по управлению отходами (фильтраты свалок, воды с высокой проводимостью и т. д.),
• больничные отходы и т.д.
• Помимо использования при очистке сточных вод, выпаривание также широко применяется в пищевой промышленности для концентрирования многих видов термочувствительных веществ (для концентрирования фруктовых соков, производства сгущенного молока, удаления спирта для получения безалкогольного пива и т. д.).

Типы вакуумных испарителей. Вакуум выпарные установки, конструкции.

Одним из факторов, который приводит к важным эксплуатационным различиям между различными вакуумными испарителями, является тип технологии, используемой для нагревания выпариваемого сточного потока, аспект, который также влияет на эксплуатационные расходы. Таким образом, мы можем найти:

А. Тепловые насосы как основа вакуумного испарителя

Работа этой системы основана на холодильном цикле газа, содержащегося в замкнутом контуре. Холодильный газ сжимается компрессором, в результате чего его температура и давление повышаются. Затем он циркулирует через теплообменник самого испарителя, нагревая сырье. Поскольку система работает под вакуумом, температура кипения составляет около 40 ºC. Холодильная жидкость покидает теплообменник испарителя, декомпрессируется и охлаждается с помощью расширительного клапана. Проход через второй теплообменник (конденсатор) заставляет пар, образующийся в испарителе, конденсироваться, а его температура непосредственно перед повторным прохождением через компрессор снижена, таким образом, повторяя цикл. Та же самая холодильная жидкость позволяет испарять сырье и конденсировать образующийся пар, поэтому система не требует никакого другого источника нагрева или охлаждения. Это означает, что процесс является весьма выгодным с экономической и управленческой точки зрения.
Это идеальная технология для обработки не очень больших потоков едких, образующих накипь или вязких жидкостей. Ее работа обычно требует потребления энергии в размере 130-170 кВт·ч на кубический метр дистиллята.

Б. Вакуумные испарители с механической рекомпрессией пара

Эта технология основана на рекуперации тепла конденсации дистиллята в качестве источника тепла для испарения сырья. Для этого температура пара, образующегося при испарении, повышается путем механического сжатия. Проходя через теплообменник самого испарителя, этот сжатый, а значит, перегретый пар оказывает два эффекта: (1) нагревает испаряемую жидкость и (2) конденсируется, тем самым снижая потребность в охлаждающей жидкости.

Это очень эффективная и конкурентоспособная система испарения с энергопотреблением около 50-60 кВтч на кубический метр получаемого дистиллята.

C. Многокорпусные вакуумные испарители (МВИ)

Эта технология включает в себя ряд взаимно соединенных испарителей, в которых вакуум постепенно увеличивается от первого к последнему. Это означает, что, в принципе, температура кипения уменьшается, что позволяет использовать пар, образующийся в испарителе (или процессе), в качестве нагревательной жидкости в следующем процессе.

Его главное преимущество по сравнению с одним испарителем — экономия как нагревающей, так и охлаждающей жидкости. Это один из наиболее экономически конкурентоспособных вариантов для обработки больших потоков. В этих баках вода распределяется тонкими слоями, чтобы облегчить испарение для снижения давления.

Явление постепенного снижения давления позволяет питательной воде непрерывно подвергаться процессам сжижения и испарения без необходимости использования системы подогрева.

Эти процессы происходят при температуре около 70°.

D. Многоступенчатая флэш-дистилляция (MSF)

Многоступенчатое мгновенное испарение широко используется в промышленном секторе и включает в себя нагрев исходной жидкости в сосуде и немедленное перемещение воды через систему нагревательных труб, в которых часть воды испаряется. Затем она переходит в другой сосуд, в котором температура и давление таковы, что часть горячей воды внезапно испаряется, оставляя концентрированный остаток в жидкой форме, который передается в качестве сырья для следующего этапа.

Затем пар охлаждается до тех пор, пока он не станет жидким, а затем собирается, очищенным от примесей. Затем этот процесс повторяется на другом этапе. После определенной серии этапов мы получаем воду, которая была многократно перегнана очень быстро, поэтому содержит малое количество растворенных примесей.

Этот тип испарения работает при температурах от 90° до 120°.

Подводя итог, можно сказать, что вакуумное испарение позволяет обрабатывать потоки, которые из-за своего состава, характеристик или сложности утилизации не могут быть обработаны с использованием обычных физико-химических методов. Кроме того, при сниженном потреблении энергии этот метод позволяет значительно сократить объем образующихся отходов, извлечь значительный поток воды для повторного использования и реализовать систему с нулевыми отходами с относительно низкими экономическими затратами.

Хотя эти системы просты в эксплуатации, крайне важно, чтобы выбор и проектирование наиболее подходящего оборудования для конкретных нужд выполнялись командой экспертов в этой технологии.

Дополнительные технологии для вакуумного испарения, вакуумного выпаривания.

Обычно процесс вакуумного испарения для очистки сточных вод дополняется другими технологиями, тогда вакуумные испарители могут работать как уникальное решение или быть интегрированы в более крупную установку очистки сточных вод. Эти дополнительные технологии очистки сточных вод могут быть применены:

1) Технологии предварительной обработки, такие как пластинчатые сепараторы, блоки DAF, дозирование химикатов или даже мембранные технологии.
2) Технологии последующей обработки: когда нам необходимо получить высокую концентрацию отходов или
требуется нулевой сброс жидкости, наиболее подходящей технологией являются кристаллизаторы, которые можно использовать двумя способами:

• работать с испарителем-кристаллизатором
• добавить стадию кристаллизации после вакуумного испарителя

Состав сточных вод и скорость потока являются ключом к решению, какой вариант является наилучшим. Сочетание двух технологий особенно подходит для сильно загрязненных вод, рассолов и эмульсий. Это то, что происходит с нефтью из маслянистой воды, которую можно продать как вторичный продукт с содержанием воды менее 5%, или с рекуперацией гидроксида алюминия, который впоследствии может быть использован как химический продукт, и это лишь несколько примеров.
После кристаллизации мы можем получить около 99% сверхчистой воды и высококонцентрированный отброс солей, масел и т. д.

Промышленные испарители и кристаллизаторы считаются более дорогими, чем другие технологии из-за их высокого потребления энергии, но разрыв сокращается благодаря улучшениям, сделанным в последние годы. С другой стороны, когда возможна когенерация (а это часто так), стоимость питания испарителя снижается значительно.

Более того, следует учитывать большую экономию, которую компании получают при утилизации отходов в течение срока службы испарителя. Количество концентрированных отходов, которые компании получают после процесса испарения, настолько мало, что расходы на утилизацию отходов стремятся к нулю. И
последнее, но не менее важное: важно отметить, что они могут работать автоматически, а обслуживание очень простое.

Очевидно, что вакуумное испарение и кристаллизация не являются лучшим вариантом для каждого случая, но их всегда стоит рассматривать в отраслях, которым необходимо очищать сточные воды.

Некоторые преимущества

• Вода высокого качества.
• Эффективность очистки до 99% (с использованием вакуумного испарения + кристаллизации).
• Позволяет повторно использовать очищенную воду.
• Может очищать более сложные стоки
• Низкое энергопотребление
• Нулевой сброс жидкости.
• Гибкая и компактная конструкция, простота обслуживания.
• Никаких внешних источников тепла.
• Низкий уровень утилизации отходов.