ما هي مزايا وعيوب المبخر متعدد التأثيرات المتساقط متعدد الأغشية؟
- المبخر الغشائي المتساقط، والمبخر الغشائي الصاعد، والمبخر الغشائي المتصاعد، والمبخر الغشائي المكشطة كلها تسمى مبخر غشائي.
- ينقسم المبخر الغشائي المتساقط إلى مبخر غشائي متساقط متعدد التأثير ومبخر غشائي متساقط MVR.
- يعد المبخر متعدد التأثيرات المتساقط متعدد الأغشية أكثر ملاءمة للمواد الحساسة للحرارة، فما هي مزاياه وعيوبه؟
1- هيكل المبخر الغشائي المتساقط متعدد التأثيرات ومبدأ العمل
في الوقت الحاضر، حقق المبخر الغشائي المتساقط متعدد التأثيرات التشغيل المستمر في ظروف العمل في درجات الحرارة المنخفضة بالفراغ، ويتميز بقدرة التبخير القوية وتوفير الطاقة. ويتمتع المبخر الغشائي المتساقط بمزايا واضحة ويستخدم على نطاق واسع في الصناعات الكيميائية والصناعات الخفيفة وصناعات تجهيز الأغذية لتحقيق الغرض من تركيز السوائل.
1.1هيكل المبخر الغشائي المتساقط متعدد التأثيرات
- إن هيكل المبخر الغشائي المتساقط ليس معقدًا، ويمكن فهمه ببساطة على أنه مبادل حراري أنبوبي عمودي مع مجموعة من أجهزة توزيع الأغشية، ولكن لديه اختلاف واضح مع المبادل الحراري العادي، حيث يتم تثبيت غلافه لسائل التسخين، ويتم تثبيت الأنبوب للمادة المبخرة.
1.2 مبدأ عمل المبخر الغشائي المتساقط متعدد التأثيرات
- في المبخر الغشائي المتساقط، تدخل المادة التي تنتقل عبر قسم الأنبوب إلى أنابيب التبادل الحراري من الأعلى، معتمدة على جاذبيتها الخاصة للتدفق إلى أسفل على طول جدار الأنبوب. وقبل دخولها أنابيب المبادل الحراري، تمر المادة من خلال مُشكِّل غشاء، مما ينتج عنه غشاء رقيق عند دخولها الأنابيب. وبينما تنحدر المادة من الأعلى إلى الأسفل، تتبخر الرطوبة، مما يحقق الغرض من تركيز المادة. في قسم الغلاف، إذا تم استخدام تكثيف البخار أو تسخين الزيت الحراري، يدخل البخار من الأعلى ويخرج من الأسفل، بينما يجب أن يتدفق الزيت الحراري من الأسفل إلى الأعلى.
- من الواضح أن اتجاه سريان الوسائط داخل الأنابيب وخارجها قد لا يكون دائمًا في اتجاه معاكس. ومع ذلك، فإن هذا ليس أمرًا حاسمًا لأن الضغط الداخلي للأنابيب يظل ثابتًا نسبيًا، مما يمنع حدوث تغيرات كبيرة في درجة حرارة المائع. وترجع أي تغيرات في درجة حرارة الوسط داخل الأنابيب في المقام الأول إلى التغيرات في التركيز، مما يؤدي إلى زيادات طفيفة فقط في درجة الغليان.
2- ميزات المبخر الغشائي المتساقط متعدد التأثيرات
- يدخل المحلول المادي في مبخر الغشاء المتساقط متعدد التأثيرات من الأعلى، مكونًا غشاءً على طول جدار الأنبوب بسبب جاذبية الجاذبية. وأثناء رحلته إلى أسفل، يخضع للتبخر والتكثيف حتى يصل إلى القاع كسائل مركز. هذا النوع من المبخرات بارع في التعامل مع المواد ذات التركيزات واللزوجة العالية. وبمرور واحد فقط عبر أنابيب التبادل الحراري، تخضع المادة للتسخين والتبخر، مما يضمن تعرضها لفترة وجيزة للحرارة. وبالتالي، فإن هذا المبخر الغشائي المتساقط متعدد التأثير يحافظ على الجودة الفائقة للمواد الحساسة للحرارة.
- ونظرًا لأن المحلول يتحرك بطريقة تشبه الغشاء داخل المبخر أحادي المسار، فإن معامل نقل الحرارة مرتفع نسبيًا. ويضمن التشغيل تحت التفريغ كذلك جودة المواد الحساسة للحرارة، مما يجعل المبخر خيارًا يمكن الاعتماد عليه.
- وبفضل فترة مكوثه القصيرة، هناك حد أدنى من خطر تدهور المواد، مما يجعله مثاليًا للتعامل مع المواد الحساسة للحرارة. عمليات بدء تشغيل وإيقاف تشغيل المبخر الغشائي المتساقط متعدد التأثيرات مباشرة وسريعة، مما يضمن التشغيل الفعال.
- نظرًا لأن سائل المعالجة يتحرك فقط تحت تأثير الجاذبية بدلًا من الاعتماد على فروق درجات الحرارة المرتفعة، يمكنه الاستفادة من فروق درجات الحرارة المنخفضة للتبخر.
3- مزايا المبخر الغشائي المتساقط متعدد التأثيرات
- يضمن زمن المكوث القصير للمواد داخل أنابيب التبادل الحراري عدم تغيير الخصائص الكيميائية للمواد الحساسة للحرارة.
- تأخذ المادة الموجودة داخل أنابيب التبادل الحراري شكلًا رقيقًا يشبه الغشاء وتتدفق بسرعة، مما يؤدي إلى ارتفاع معامل نقل الحرارة بالتبخر.
- هناك انخفاض ضغط يكاد لا يُذكر، حيث تعمل المادة الموجودة في قسم الأنبوب تحت الضغط الجوي، وتعتمد كليًا على جاذبيتها الخاصة للتدفق إلى أسفل على طول جدار الأنبوب، مما يعزز كفاءة الطاقة.
- ونظرًا لأن المادة في قسم الأنبوب تتدفق إلى أسفل على طول جدار الأنبوب بجاذبيتها الخاصة بدلًا من دفعها بواسطة فروق الضغط، يمكن استخدام فروق درجات الحرارة المنخفضة.
- كمية المواد المحتجزة في قسم الأنبوب ضئيلة للغاية.
- بعد التسخين، تُظهر المادة الموجودة في قسم الأنبوب غليانًا بالحمل الحراري، وبالتالي فإن حالة سطح أنابيب التبادل الحراري بالكاد تؤثر على غليان المادة.
4- عيوب المبخر الغشائي المتساقط
- ترتبط فعالية تبخير المعدات ارتباطًا مباشرًا بالموزع، مما يتطلب معايير عالية في التصميم والتصنيع والتركيب.
- متطلبات التركيب صارمة، لا سيما من حيث العمودية. على سبيل المثال، إذا كان طول أنابيب التبادل الحراري 9 أمتار، فإن متطلبات عمودية المعدات هي ≤6.4 مم.
- من الضروري ضمان الترطيب الكامل للجدران الداخلية لأنابيب التبادل الحراري مع الحفاظ على الحد الأدنى من سمك الغشاء. ويتطلب تحقيق ذلك حسابات تصميم دقيقة بناءً على معدلات تغذية المواد وأطوال أنابيب التبادل الحراري.
- تؤدي المعايير العالية في التصميم والتصنيع إلى زيادة كبيرة في تكاليف شراء المعدات.
- المواد المعرضة للتقشر أو التي تحتوي على مواد صلبة عالقة غير مناسبة. تجدر الإشارة إلى أن المبخرات متعددة التأثيرات ذات الأغشية المتساقطة قد لا تكون مناسبة للمواد ذات المحتوى المائي التبخيري المنخفض، لأنها قد تواجه صعوبة في تلبية سرعة البخار المطلوبة. ولذلك، فإن هذه المبخرات غير مناسبة لتبخير المحاليل المركزة أو المواد ذات اللزوجة العالية أو ميول التبلور أو احتمالية التكلس.