انواع اواپراتور (تبخیر کننده)

منتشر شده در 1399/09/04 | بازدید : 45 بار | زمان مطالعه : 10 دقیقه

انواع تبخيركننده

الگوي جريان در تبخيركننده ها به دو صورت مي باشد:

-1 تبخيركننده با يك مسير عبوري

-2 تبخيركننده با مسير گردشي

در نوع اول خوراك مايع فقط يك بار از داخل لوله عبور مي كند و با آزاد كردن بخار به صورت محلول غليظ از تبخيركننده خارج مي شود. كاربرد اين نوع الگوي جريان براي مواد حساس به گرما مي باشد. زيرا مواد تنها يكبار از لوله هاي تبخيركننده عبور مي كند.

در تبخيركننده هاي گردشي، حوضچه مايعي در دستگاه تعبيه شده است . خوراك ورودي با مايع داخل حوضچه مخلوط مي شود و مخلوط حاصل از داخل لوله ها مي گذرد. مايع تبخير نشده از داخل لوله تخليه شده، به حوضچه بر مي گردد. پس فقط قسمتي از كل تبخير در يك مسير انجام مي شود. همه تبخيركننده هاي به روش گردش اجباري به اين صورت كار مي كنند. تبخيركننده هاي با جريان رو به بالا نيز معمولاً از واحدهاي گردشي تشكيل شده اند. تبخيركننده هاي گردشي براي مايعات حساس به گرما مناسب نيستند. در به وجود آوردن گردش از پمپ يا اختلاف دانسيته استفاده مي شود. در ساخت تبخيركننده هاي چند مرحله اي معمولاً از الگوي جريان ”يك مسير عبوري” استفاده مي شود. حال آنكه در ساخت تبخيركننده هاي تك مرحله اي معمولاً از الگوي جريان ”مسير گردشي” استفاده مي شود.

به علت كاربرد گسترده تبخيركننده ها در صنعت، امروزه طراحي هاي متنوعي از اين دستگاه وجود دارد .

معرفي تمامي اين تبخيركننده ها از حوصله بحث خارج مي باشد و در ادامه تنها به توضيح انواع تبخيركننده هاي

فيلمي مي پردازيم.

-1-4-10 تبخيركننده فيلمي

دستگاه تبخيركننده فيلمي يكي از پركاربردترين انواع تبخيركننده ها در صنايع شيميايي مي باشد . به طور كلي اين تبخيركننده براي موادي با ويسكوزيته بالا و حساس به گرما بكار مي رود. اساس كار اين تبخيركننده ها

بر مبناي تشكيل فيلم مايع در حال تبخير در اطراف محيطي است كه انتقال حرارت صورت مي گيرد. سه نوع تبخيركننده فيلمي وجود دارد:

فيلم پايين روندهFalling Film

فيلم بالا روندهRising Film

فيلم نازكThin Film

حال به شرح كامل هر كدام از اين تبخيركننده ها مي پردازيم.

 

(Falling Film) تبخيركننده با فيلم پايين رونده

قسمت هاي اصلي اين دستگاه عبارتند از:

-1 مبدلي لوله اي كه بخار در داخل پوسته و ماده اي كه غليظ مي شود در لوله ها قرار مي گيرد.

(Separator) -2 جداكننده مايع از بخار

-3 توزيع كننده مايع در قسمت هاي فوقاني

 

در مقايسه با دو نوع تبخيركننده ديگر اين تبخيركننده ها براي مايعاتي با خواص جرم گرفتگي و رسوب كم

و ويسكوزيته پايين تر و نيز مايعات به نسبت رقيق مناسب ميباشد. اين تبخير كننده ها به ميزان وسيعي در صنايع

شيميايي، غذايي و صنايع مشابه كاربرد دارند.

در حالت تك مسيره، مايع از قسمت فوقاني وارد مي شود و در داخل لوله هاي داغ جريان مي يابد (به صورت

فيلم) و از انتهاي ستون خارج مي شود. لوله ها بزرگ هستند و قطر آنها 50 تا 250 ميلي متر ( 2 تا 10 اينچ )

مي باشد.

بخار حاصل از مايع همراه مايع به طرف پايين لوله ها حركت كرده، از قسمت انتهايي دستگاه خارج مي شود.

مشكل اساسي اين تبخيركننده ها نحوه توزيع مايع به طور يكنواخت و به صورت فيلم در داخل لوله ها است.

اين كار با قرار دادن صفحه فلزي سوراخ دار (مشبك) در بالاي صفحه لوله انجام مي شود كه باعث جريان مايع به طور يكنواخت در لوله مي شود. روش ديگر استفاده از توزيع كننده هاي عنكبوتي با بازوهاي شعاعي مي باشد كه خوراك تحت حالت پايا به داخل لوله ها پاشيده مي شود. روش ديگر استفاده از يك پاشنده در داخل هر لوله است.

 

اگر امكان گردش مجدد مايع بدون اينكه ضايع شود وجود داشته باشد، توزيع ماده در لوله با برگرداندن

مايع به قسمت فوقاني لوله آسان مي شود . حجم جريان مايع در لوله ها در اين حالت بسيار بيشتر از حالت

تك مسيره است.

 

مزاياي تبخيركننده هاي با فيلم پايين رونده:

-1 ساخت ساده

-2 عمليات تميز كردن راحت

-3 ضرايب انتقال حرارت بالا

-4 امكان عمليات در اختلاف دماي پايين (در واحدهايي كه از نظر مكانيكي و حرارتي محدوديت دارند)

-5 زمان اقامت كوتاه (براي محصولات با حساسيت دمايي)

-6 انعطاف پذيري عملياتي خوب

 

 (Rising Film) تبخيركننده هاي با فيلم بالارونده

شكل كلي اين دستگاه مثل دستگاه تبخيركننده با فيلم پايين رونده مي باشد با اين تفاوت كه مايع از پايين

وارد مي شود. قسمت هاي اصلي دستگاه عبارتند از:

-1 مبدلي لوله اي كه بخار در داخل پوسته و مايعي كه غليظ مي شود در لوله ها قرار مي گيرد.

(Separator) -2 جداكننده مايع از بخار

-3 وقتي سيستم به صورت برگشتي كار كند، شاخه اي كه مايع را از جداكننده به انتهاي مبدل برميگرداند.در اين تبخيركننده قطر لوله ها از تبخيركننده هاي با فيلم پايين رونده كمتر مي باشد و حدود 25 تا50 ميليمتر ( 1 تا 2 اينچ) مي باشد و طول آنها 3 تا 10 متر است.

 

خوراك رقيق به همراه مايعي كه از جداكننده بر م يگردد مخلوط شده سپس وارد دستگاه مي شود .محلول

غليظ شده از انتهاي گرم كن خارج مي شود. مايع غليظ باقي مانده وقتي از داخل لوله عبور مي كند به طور جزئي تبخير مي شود. مخلوط مايع و بخار از قسمت فوقاني لوله ها وارد جداكننده مي شود. در اين تبخيركننده نيازي به پخش مايع روي ديواره هاي لوله نيست. هنگاميكه تبخير شروع مي شود، بخار توليد شده در لوله ها، مايع غليظ شده را به سمت بالا مي برد. به علت رژيم جريان آشفته ضريب انتقال حرارت بهبود مي يابد.

در بالاي تبخيركننده براي حذف قطرات موجود در بخار، قبل از ورود به جداكننده از يك  دسته صفحات پره دار و يا mesh استفاده مي شود.

تبخيركننده هاي با فيلم بالارونده براي مايعاتي كه ايجاد كف مي كنند بسيار موثر هستند. وقتي مخلوط مايع و بخار با سرعت بالا از ميان صفحات پره دار عبور مي كند، كف از بين مي رود.

مزاياي اين تبخيركننده ها:

-1 هيچ وسيله اي براي پخش مايع جهت ساخت فيلم لازم نيست .

-2 پمپ هاي Circulating حذف شده اند و نيازي به آنها نيست.

-3 ابزار دقيق كمتري مورد نياز است

-4 ساختار ساده اي دارد

-5 براي مايعات با ويسكوزيته بالا و تمايل جرم گرفتگي مناسب مي باشد.

محدوديت ها:

-1 شرايط عملياتي، انعطاف پذيري دارد.

-2 ضريب انتقال حرارت پايين تر مي باشد، زيرا بخار توليد شده نيز به همراه مايع در مجاورت انتقال

حرارت قرار مي گيرد.

 

(Thin Film)تبخيركننده هاي با فيلم نازك

يك تبخيركننده با فيلم نازك از بخش هاي اصلي زير تشكيل شده است:

-1 يك بخش استوانه اي شكل ژاكت دار

-2 يك بخش جداكننده بخار با صفحات ساكن در بالاي ظرف استوانه اي

 -3 يك روتور چرخنده كه در انتهاي آن يكسري تيغه(blade) و يا جاروكننده(wipe) نصب مي باشد كه وظيفه تشكيل فيلم مايع غليظ و انتقال سريع محصول فيلمي بر روي سطح داغ را بر عهده دارند.

 

مزيت اصلي تبخيركننده Thin Film در انتقال حرارت سريع به مايعات با ويسكوزيته بالا مي باشد . در دماي تبخير محصول ممكن است ويسكوزيته بالاي P 1000  داشته باشد . در تبخيركننده هاي ديگر با افزايش ويسكوزيته ضريب انتقال حرارت كاهش مي يابد، اما در اين تبخيركننده كاهش ضريب كمتر است.

 

 از اين رو براي موادي با ويسكوزيته بالا و حساس به درجه حرارت مثل ژلاتين، مواد خام پليمري، آنتي بيوتيك ها و آب ميوه ها بسيار كاربرد دارد.

در اين تبخيركننده معمولاً فشار بسيار پايين مي باشد و مي توان تا فشار mmHg 1خلا ايجاد كرد. حتي برخي

از انواع جديد وجود دارند كه در فشارهاي پايين تر نيز كار مي كنند.

سه روش جهت ايجاد فيلم نازك در اين تبخير كننده ها وجود دارد:

 (Rigid Blade Rotor) روتور با تيغه ثابت

در اين روش بين تيغه و سطح انتقال حرارت يك فاصله ثابت وجود دارد.

روتور جارويي(wiper) با حركت شعاعي(Rotor with Radial Moving wiper)

در اين روش روي روتور جاروهايي نصب مي شود كه وظيفه توزيع مايع را بر عهده دارند. جنس

اين جاروها معمولاً گرافيت مي باشد.

  روتور با تيغه جارويي لغزنده(Rotor with Hinged Free-Swinging wiper Blade)

در اين روش روي روتور مثل قبل جاروهايي وصل مي شوند كه روي روتور لولا شده اند و انعطاف پذيرتر از حالت قبل مي باشد.

محدوديت هاي تبخيركننده با فيلم نازك:

-1 هزينه ساخت بالا

-2 قسمت هاي متحرك مياني كه بايد نگهداري و تعمير شوند و نيز هزينه عملياتي بيشتري لازم دارند.

-3 ظرفيت پايين اين تبخيركننده در مقايسه با تبخيركننده هاي لوله اي