Завод «УЗСК» осуществляет комплексное производство выпарных систем «под ключ»: разработка ТЭО, конфигурирование схемы, изготовление, внедрение АСУ ТП, CIP/SIP-обеспечение, пусконаладочный цикл на вашем объекте в Белоруссии.
Целевое применение испарителей
Процесс выпаривания — контролируемое удаление жидкой фазы (преимущественно воды) для увеличения массовой доли сухих веществ, сокращения количества стоков и адаптации потока к последующим операциям (кристаллизация, обезвоживание, ректификация). Итог — стабильные параметры продукта, снижение энергопотребления на дальнейших стадиях и оптимизация логистики.
Разновидности оборудования
Пленочные (восходящий/нисходящий поток). Кратковременный контакт с нагретой поверхностью, мягкие температурные условия — решение для чувствительных к перегреву субстанций (фруктовые соки, молоко, сахарные сиропы).
С принудительной циркуляцией (FC). Высокая турбулентность в каналах предотвращает осаждение примесей; рекомендованы для высоковязких, загрязненных и кристаллизующихся составов (солевые растворы, химические продукты).
Тонкослойные с механическими скребками (scraped/wiped). Сверхтонкий слой и интенсивный теплообмен — деликатная переработка сложных материалов, получение высокой концентрации.
Многоступенчатые (2–7 ступеней). Последовательность: пар из предыдущей стадии используется для нагрева последующей — возрастает экономия пара.
С рекомпрессией пара.
TVR (тепловая рекомпрессия): струйный инжектор сжимает порцию вторичного пара, используя его повторно.
MVR (механическая рекомпрессия): компрессор увеличивает давление и температуру вторичного пара — резко уменьшает нужду в первичном паре.
Механика процесса
Тепло, подведенное к поверхности, вызывает испарение раствора с получением вторичного пара.
Сепарация фаз в отбойнике: устройства улавливания капель минимизируют унос, сохраняя чистоту получаемого дистиллята.
Рекуперация теплоты: вторичный пар либо используется в следующей ступени (многоступенчатая схема), либо рекомпрессируется в контуре через TVR/MVR.
Концентрат передается на кристаллизацию/сушку или вдоль технологической линии, конденсат — на регенерацию.
Фундаментальное соотношение:
Q=U⋅A⋅ΔTлог,Q=U \cdot A \cdot \Delta T_{\text{лог}},Q=U⋅A⋅ΔTлог,
здесь UUU — интегральный коэффициент (зависит от гидродинамики, загрязнений), AAA — площадь, ΔTлог\Delta T_{\text{лог}}ΔTлог — логарифмическая разность температур.
Аспекты, влияющие на тепловой расчет: BPE и вязкость
Концентрирование раствора ведет к росту температуры кипения относительно чистого растворителя — эффект BPE (boiling point elevation). Увеличение BPE сокращает ΔTлог\Delta T_{\text{лог}}ΔTлог, вынуждая:
- адекватно распределять площади теплопередачи по ступеням,
- тщательно выбирать схему движения потоков,
- управлять временем пребывания и сдвиговыми деформациями для структурированных систем.
Организация технологических потоков
Прямоточные испарители. Упрощенная гидравлика, незначительные потери напора; применимы для термолабильных материалов, допускающих поэтапный нагрев.
Противоточные испарители. Увеличенная средняя разность температур для плотных паст: наиболее горячая ступень работает с самой вязкой фракцией.
Комбинированные / байпасные испарители. Адаптивная конструкция, учитывающая BPE, загрязнение и геометрию теплообменников.
Внедрение TVR/MVR. Уменьшение потребления первичного пара и охлаждающей воды, что наиболее эффективно при постоянной работе.
Энергетический показатель: пароэкономичность
Пароэкономичность = (количество выпаренного растворителя) / (количество исходного греющего пара).
Примерные показатели:
1 ступень: ~0,6–0,8;
2–3 ступени: ~1,5–2,5;
4–6 ступеней и/или TVR/MVR: значительно выше при корректной балансировке.
Увеличение числа ступеней улучшает экономичность, но усложняет автоматизацию и капитальные вложения — требуется взвешенный подход.
Санитарная обработка и работа
Соответствие нормам CIP/SIP. Полная дренируемость, отсутствие труднодоступных зон, инертность материалов к моющим средствам, аттестованные режимы.
Образование отложений. Контролируется сокращением длины тракта, поддержанием скоростей и оптимизацией теплового потока. Для проблемных сред — аппараты FC или тонкослойные.
Капельный унос. Сепарационные насадки и регулирование паровой скорости в отбойнике предохраняют конденсат и нижестоящее оборудование.
Конструкционные материалы. Нержавейка 316L — общепринятый вариант; для хлоридсодержащих сред обосновывают дуплекс-стали/титан.
Эмпирические правила выбора
Термолабильные и низковязкие среды → пленочные испарители с малым временем контакта.
Вязкие/загрязняющие/кристаллизующиеся составы → аппараты с принудительной циркуляцией или тонкослойные с механическим перемешиванием.
Продолжительная работа и высокая стоимость пара → анализ TVR/MVR (сопоставление капитальных и операционных затрат).
Существенный BPE и высокие конечные концентрации → противоточная организация, калибровка поверхностей и перепадов температур.
Жесткие санитарные нормы → гигиеническая конструкция, валидированные моечные процедуры, эффективные сепараторы.
Этапы проектирования испарителей
Входные данные: расход, нач./конеч. содержание сухого, допустимые T/разрежение, свойства (BPE, склонность к отложениям), регион эксплуатации (Белоруссия или другой населенный пункт в РФ и ЕАЭС).
Выбор концепции: число ступеней; схема потоков; тип теплообменника; целесообразность TVR/MVR.
Материальный и тепловой расчет: распределение ΔT\Delta TΔT, оценка UUU, вычисление AAA, прогноз пароэкономичности.
Гидравлика и сепарация: скорости в каналах/сепараторах, подбор каплеотбойников.
CIP/SIP и материалы: протоколы очистки, стойкость уплотнений, выбор марки стали.
Автоматизация: каскадное регулирование (T процесса → нагрев), вакуум, уровни, контроль конденсата, пеногашение.
Типовые реализации
Пищевой концентрат, 15→65 %. Пятиступенчатая нисходящая пленка + TVR; каплеуловители; разрежение 0,1–0,2 бар; CIP щелочь/кислота.
Минерализованные стоки. Двух-/трехступенчатая принудительная циркуляция + MVR; материал — 316L/дуплекс/титан; возможна кристаллизация.
Растворители/тонкая химия. Тонкослойный испаритель с минимальным временем пребывания; рециркуляция конденсата; онлайн-мониторинг плотности/концентрации.
Испарительные установки — важный компонент для контроля качества и энергоресурсов в производственной цепочке. Верный подбор типа аппарата, количества ступеней, учет BPE и загрязнений, а также интеграция TVR/MVR обеспечивают отличную энергоэффективность и стабильные характеристики продукта.
Организуем доставку в (Белоруссия и другие населенные пункты в РФ и ЕАЭС.