دستگاههاي تبخیر - حامد حرافي

[hamedharrafi]

دستگاههاي تبخیر

گردآوري حامد حرافي
منبع : www.roshd.ir



عملیات تبخیر ، زمانی استفاده می‌شود که محلول رقیقی باید بهمحلولی با غلظت بیشتر و مشخص تبدیل شود. این عملیات ، عملیات واحدیا ''Unit Operations" نامیده می‌شوند . تبخیر ، توسط دستگاههای تبخیر کننده (Evaporators) اجرا می شود. کارخانه‌های تولید آبمیوه ، مثالی برای عملیات تبخیر است . برای غلیظ کردن محصولات ، باید از تبخیر کننده‌ها استفاده کرد. در این روش ، محصول را حرارت می‌دهیم، حلال اضافی تبخیر می‌شود و ، غلظت محصول خروجی افزایش می‌یابد.

ساده‌ترین حالت برای تبخیر کننده ، این است کهمحصول را در قابلمه بگذاریم و تحت حرارت مستقیم قرار دهیم. اگر کمی بخواهیم این دستگاه را پیشرفته‌تر کنیم، از ظروف دو جداره‌ استفاده می‌کنیم در این حالت عامل حرارت ، آتش نیست، بلکه سیالی است که مابین دو جداره ظرف در جریان است. این سیال داغ ، می‌تواند آب ، روغن و غیره باشد که با گرم شدن ، گرما را از طیق جداره ظرف به محلول منتقل می‌کند.
انواع تبخیر کننده‌های ساده
اشکال دستگاههای تبخیر ساده این است که سطح انتقال حرارت کوچک است در این حالت نسبت سطح بر حجم کوچک است . برای افزایش سطح انتقال حرارت ، کارهایی انجام شده است، در این روش از دستگاههایی استفاده می‌شود که دارای لوله‌های مبدل حرارتی است که حرارت ازطریق این لوله‌ها منتقل می‌شود. این لوله‌ها به تعداد زیاد وجود دارند و اگر آُُُُنها را در سطح تبخیر کننده پخش کنیم، سطح مجموع افزایش می‌یابد.


دستگاه تبخیر با لوله‌های مبدل افقی
در این دستگاهها ، از بخار داغ به عنوان منبع حرارتی استفاده می‌شود که همان Steam است، البته این جدا از بخاری است که محصول عمل است و Vapor نامیده می‌شود. محلولی که می‌خواهیم غلیظ کنیم، تحت عنوان خوراک یا Feed در بیرون لوله‌ها می‌باشد.

لوله‌های مبدل ، به محفظه‌هایی وصل می‌باشند. باید توجه داشت که خوراک یا Feed در خارج لوله‌ها در جریان هستند و بخار یا Steem در داخل لوله‌ها در جریان است. در جدار لوله‌ها ، انتقال حرارت انجام می‌شود و به محلولی که در بین لوله‌هاست، برخورد می‌کند. محلولی که غلیظ می‌شود، تحت عنوان Thick Liquid خارج می‌شود. بخاراتی که محصول عمل هستند، یعنی Vapor ، به بالای تبخیر کننده می‌روند و از آن خارج می‌شوند.

اگر تبخیر کننده‌ها یک مرحله‌ای باشد، Vapor استفاده ‌ای نخواهد داشت، ولی اگر تبخیر کننده چند مرحله‌ای باشد، Vapor مرحله اول ، Steam مرحله بعد خواهد بود. بخاری هم که سرد شده و محتویات گرمایی‌اش را از دست داده، تحت عنوان Vent خارج می‌گردد و قسمتی از بخارات که به مایع تبدیل شده، Drips نامیده می‌شود.

محلول داخل لوله‌ها باید حالت جوشیدن پیدا کند، برای اینکه باید شرایط دمایی و فشاری مناسب فراهم گردد. نکته جالب دیگر این است که در لوله‌ها باید دریچه‌های آدم رو تعبیه گردد تا سرویس دستگاه امکان‌پذیر شود.
یکی از مشکلاتی که در این دستگاهها ممکن است بوجود آید، وجود کف است. کف یا Foam باعث ایجاد اختلال در سیستم می‌شود و ممکن است مانعی در مسیر حرکت بخار باشد. پس باید تمهیداتی اندیشیده شود که وجود کف را به حداقل برساند.

دستگاه تبخیر با لوله‌های مبدل عمودی
تفاوتی که بین این نوع دستگاهها و دستگاههای با لوله‌های افقی وجود دارد، در قسمت تعبیه لوله‌هااست. در این دستگاهها ، لوله‌ها به صورت عمودی در روی دستگاه سوار شده‌اند. تفاوت دیگری که وجود دارد برخلاف لوله‌های مبدل افقی ، Steam در خارج لوله‌ها در جریان است و Feed در داخل لوله‌هاست و مسیر حرکت آن روبه بالاست. در حین حرکت Feed و Steam ، این دو با هم برخورد کرده و محلول باقیمانده (بعد از تبخیر) به قسمت Thick Liquor دستگاه می‌رود و از آنجا خارج می‌شود.
در این نوع دستگاهها مشکلات اساسی وجود دارد:

• مشکل ویسکوزیته در اثر افزایش غلظت :
  
  با عمل تبخیر و افزایش غلظت محلول ، ویسکوزیته آن افزایش می‌یابد و جریان یافتن آن مشکلتر می‌شود و محلول ویسکوز شده ، انتقال حرارتش کمتر است. در حالی که محلول با ویسکوزیته کم ، انتقال حرارت بالا دارد.
• ایجاد حباب :
  
  ضمن حرکت محلول رو به بالا ، حباب ایجاد می‌شود و حباب ، ماهیت گازی دارد و گاز نسبت به مایع ، انتقال حرارت کمتری دارد. راه حل این مشکل ، سرعت بیشتر محلول داخل لوله‌هاست که با پمپاژ مایع حل می‌شود. با این کار ویسکوزیته نیز کمتر می‌شود.

با افزایش طول لوله‌ها ، سرعت محلول بیشتر و ویسکوزیته کمتر می‌شود و حبابها را هم در خود حل می‌کند. اگر طول لوله ، یک متر باشد، بخار ایجاد شده منبسط می‌شود و به مایع نیرو وارد می‌کند و آن را به جلو می‌راند. وقتی طول لوله ، 2 متر باشد، این نیرو بیشتر شده و سرعت حرکت محلول نیز بیشتر می‌گردد.