«Уральский завод стальных конструкций» — профи в области поставки выпарных установок «под ключ»: от разработки ТЭО и проектирования до изготовления, оснащения АСУ, обеспечения CIP/SIP и проведения ПНР на вашем объекте в Узбекистане.
Назначение выпарных аппаратов
Выпарка — это контролируемый процесс удаления жидкой фазы (чаще воды) с целью концентрирования раствора, сокращения объема стоков и подготовки к дальнейшим стадиям (кристаллизация, обезвоживание, ректификация). Результат — стабильные свойства продукта, экономия энергии на последующих операциях и снижение логистических издержек.
Классификация по типу
Пленочные (восходящий/нисходящий поток). Короткое время пребывания, мягкий тепловой режим — идеальны для термочувствительных продуктов (соки, молочные среды, сиропы).
С принудительной циркуляцией (FC). Высокие скорости течения подавляют образование накипи; подходят для вязких, загрязненных и кристаллизующихся растворов (солевые растворы, химические смеси).
Тонкопленочные со скребковыми механизмами (scraped/wiped). Сверхтонкая пленка и интенсивный теплообмен — аккуратная обработка «сложных» сред, достижение высокого содержания сухих веществ.
Многоэффектные (2–7 эффектов). Каскад: вторичный пар предыдущего эффекта является греющим для следующего — повышается пароэкономичность.
С рекомпрессией пара.
TVR (тепловая): эжектор сжимает часть вторичного пара и возвращает его в процесс.
MVR (механическая): компрессор увеличивает давление и температуру вторичного пара — радикально сокращает потребление внешнего пара.
Принцип действия
Нагрев теплообменной поверхности приводит к кипению раствора и генерации вторичного пара.
Разделение фаз в сепараторе: каплеуловители ограничивают унос, обеспечивая чистоту конденсата.
Рекуперация тепла: вторичный пар либо идет в следующий эффект (многоэффектная схема), либо возвращается в процесс через TVR/MVR.
Концентрат направляется на кристаллизацию/сушку или дальше, конденсат — на регенерацию.
Базовое уравнение:
Q=U⋅A⋅ΔTлог,Q=U \cdot A \cdot \Delta T_{\text{лог}},Q=U⋅A⋅ΔTлог,
где UUU — суммарный коэффициент теплопередачи (режим течения, загрязнения), AAA — площадь, ΔTлог\Delta T_{\text{лог}}ΔTлог — доступный температурный напор.
Факторы теплового баланса: BPE и реология
При концентрировании температура кипения раствора повышается относительно чистой воды — BPE (boiling point elevation). Рост BPE уменьшает ΔTлог\Delta T_{\text{лог}}ΔTлог, что требует:
корректного распределения площадей по эффектам,
обоснованного выбора схемы потоков,
контроля времени пребывания и сдвиговых скоростей для вязких систем.
Технологические схемы
Прямоточные испарители. Простая гидравлика и малые потери давления; хороши для термочувствительных материалов, где температура может плавно расти.
Противоточные испарители. Улучшенный средний температурный напор для густых концентратов: «горячая» ступень обрабатывает более вязкую фазу.
Смешанные / байпасные испарители. Гибкая адаптация под BPE, загрязнение и габариты теплообменников.
Интеграция TVR/MVR. Снижение расхода свежего пара и охлаждающей воды, особенно выгодно в непрерывном режиме.
Энергетика: пароэкономичность
Пароэкономичность = (масса выпаренного растворителя) / (масса поданного свежего пара).
Ориентиры:
1 эффект: ~0,6–0,8;
2–3 эффекта: ~1,5–2,5;
4–6 эффектов и/или TVR/MVR: еще выше при грамотной балансировке.
Большее число эффектов повышает экономичность, но усложняет автоматизацию и увеличивает CAPEX — нужен разумный компромисс.
Санитария и эксплуатация
Соответствие нормам CIP/SIP. Дренируемость, отсутствие «мертвых» зон, совместимость материалов с моющими средствами, валидированные режимы.
Образование накипи. Минимизируется за счет коротких трактов, достаточных скоростей и корректного теплового потока. Для тяжелых сред — аппараты FC или тонкопленочные.
Унос капель. Демистеры и ограничение скорости пара в сепараторе защищают конденсат и нижестоящее оборудование.
Материалы. Нержавеющая сталь 316L — стандарт; для сред с хлоридами обосновывают дуплекс/титан.
Как выбрать тип под продукт: практические правила
Термочувствительные и маловязкие среды → пленочные испарители с коротким временем пребывания.
Вязкие/загрязняющие/кристаллизующиеся → принудительная циркуляция или тонкопленочные со скребковыми механизмами.
Высокая наработка часов и дорогой пар → рассматривать TVR/MVR (сравнивать CAPEX/OPEX).
Высокий BPE и конечные сухие вещества → противоток, перераспределение площадей и температурных напоров.
Строгая санитария → гигиеничный дизайн, валидированные CIP-программы и каплеуловители.
Расчет установок «с нуля»
Исходные данные: расход, нач./конеч. концентрация, допустимые T/вакуум, состав (BPE, склонность к накипи), регион эксплуатации (Узбекистан или другой населенный пункт в РФ и ЕАЭС).
Концепт-выбор: число эффектов; схема потоков; тип теплообменника; необходимость TVR/MVR.
Мат- и теплобаланс: распределение ΔT\Delta TΔT по эффектам, оценка UUU, расчет AAA, прогноз пароэкономичности.
Гидравлика и унос: скорости в трубах/сепараторах, выбор демистеров.
CIP/SIP и материалы: сценарии мойки, совместимость уплотнений, выбор стали/сплава.
Автоматизация: каскадное регулирование (температура процесса → греющий контур), вакуум, уровни, контроль конденсата, пеногашение.
Примеры типовых конфигураций
Пищевой концентрат, 15→65 %. Пятиэффектная нисходящая пленка + TVR; демистеры; вакуум 0,1–0,2 бар; CIP щелочь/кислота.
Минерализованные стоки. Двух-/трехступенчатая принудительная циркуляция + MVR; материал — 316L/дуплекс/титан по расчету коррозии; опциональная кристаллизация.
Растворители/тонкая химия. Тонкопленочная выпарка с минимальным временем пребывания; возврат конденсата; онлайн-контроль плотности/концентрации.
Выпарные установки — ключевой инструмент для управления качеством и энергопотреблением в технологической цепочке. Правильное сочетание типа аппарата, числа эффектов, учета BPE и загрязнений, а также применение TVR/MVR обеспечивает высокую пароэкономичность и стабильный продукт.
Организуем доставку в (Узбекистан и другие населенные пункты в РФ и ЕАЭС.