อะไรเป็นสาเหตุของการเกิดตะกรันในเครื่องระเหยแบบฟิล์มที่ตกลงมา และจะป้องกันได้อย่างไร

กระบวนการระเหยอย่างต่อเนื่องต้องการประสิทธิภาพเชิงความร้อนสูงเพื่อให้คงอยู่ได้ เมื่อปรับขนาด การใช้พลังงานจะเพิ่มขึ้นแบบทวีคูณ ความสมบูรณ์ของผลิตภัณฑ์ลดลง และการสูญเสียประสิทธิภาพจะเกิดขึ้นทั่วทั้งระบบ ยกเลิกการเลือก การปรับขนาดของเครื่องระเหยฟิล์มแบบตก จะลดค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนที่ผนัง ทำให้เกิดการหยุดทำงานโดยไม่ได้วางแผนบ่อยครั้ง รอบการทำความสะอาดที่เข้มข้น และลดปริมาณงานลงอย่างมากในอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น การแปรรูปอาหาร ความเข้มข้นของน้ำผลไม้ และการนำสารเคมีกลับมาใช้ใหม่ บทความนี้ให้กรอบทางเทคนิคสำหรับวิศวกรกระบวนการและผู้จัดการโรงงานเพื่อวินิจฉัยกลไกการปรับขนาดเฉพาะ เราประเมินการควบคุมทางวิศวกรรมเชิงป้องกันเพื่อให้อุปกรณ์ของคุณทำงานต่อไป และช่วยคุณพิจารณาว่าเมื่อใดที่พารามิเตอร์การใช้งานจำเป็นต้องมีการออกแบบเครื่องระเหยแบบอื่น

• การเสื่อมสภาพจากการถ่ายเทความร้อน: การปรับขนาดทำให้เกิดชั้นต้านทานความร้อนที่คาดเดาไม่ได้ การประมาณค่าสัมประสิทธิ์การเปรอะเปื้อนอย่างแม่นยำในสภาวะการทำงานจริงถือเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการกำหนดขนาดอุปกรณ์พื้นฐานและการตรวจสอบประสิทธิภาพ

• การกระจายเป็นสิ่งสำคัญ: มาตราส่วนเฉพาะจุด (จุดแห้ง) ส่วนใหญ่มีต้นกำเนิดมาจากการกระจายของเหลวไม่เพียงพอที่แผ่นท่อด้านบน อัตราการเปียกไม่เพียงพอ หรือการปรับขนาดบนแผ่นกระจายเอง

• การลดหลั่นทั่วทั้งระบบ: ในระบบมัลติเอฟเฟกต์หรือระบบการบีบอัดไอ การปรับขนาดเฉพาะจุดในเอฟเฟกต์เดียวจะรบกวนสมดุลทางความร้อนและการไหลของไอทั่วทั้งโรงงาน

• เกณฑ์การปฏิบัติงาน: ความหนืดที่มากเกินไปหรือขีดจำกัดความเข้มข้นสูงจะทำลายกลไกฟิล์มที่ตกลงมาโดยพื้นฐาน ซึ่งจำเป็นต้องเปลี่ยนมาใช้ระบบการไหลเวียนแบบบังคับ

• การบรรเทาผลกระทบเชิงรุก: การผสมผสานการออกแบบแผ่นกระจายที่เหมาะสมที่สุด การควบคุมสุญญากาศที่แม่นยำ และโปรโตคอล Clean-in-Place (CIP) อัตโนมัติ จะช่วยยืดเวลาการทำงานระหว่างช่วงการบำรุงรักษาได้อย่างมาก

ตะกรันสะสมในเครื่องระเหยฟิล์มแบบตกได้อย่างไร

ปัจจัยการเปรอะเปื้อนและประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อน

การเกิดตะกรันส่งผลโดยตรงต่อค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนโดยรวม ซึ่งโดยทั่วไปเรียกว่าค่า U ความต้านทานความร้อนของชั้นที่เปรอะเปื้อนจะเพิ่มสิ่งกีดขวางทางกายภาพระหว่างตัวกลางทำความร้อนที่ด้านเปลือกและของเหลวในกระบวนการที่ด้านท่อ เมื่อสเกลก่อตัวบนพื้นผิวโลหะ ค่า U จะลดลงอย่างมาก การคาดการณ์ความต้านทานความร้อนในสภาวะการทำงานจริงยังคงทำได้ยาก เนื่องจากโมเดลของผู้จำหน่ายในอุดมคติมักจะไม่สามารถอธิบายพฤติกรรมของของไหลที่ซับซ้อนได้ ของเหลว เช่น น้ำแอปเปิ้ลเข้มข้น เวย์โปรตีน และสุราเคมีหนักมีพฤติกรรมคาดเดาไม่ได้ภายใต้ความร้อนที่คงอยู่และอัตราเฉือนที่แตกต่างกัน

ผู้ปฏิบัติงานมักตอบสนองต่อการปรับขนาดเริ่มต้นโดยการเพิ่มแรงดันไอน้ำเพื่อเพิ่มความแตกต่างของอุณหภูมิ ส่วนต่างที่สูงกว่าจะรักษาอัตราการระเหยเป้าหมายไว้ชั่วคราว อย่างไรก็ตาม การปรับปรุงการปฏิบัติงานนี้ทำให้เกิดปัญหารองที่รุนแรง อุณหภูมิที่สูงขึ้นจะเร่งการอบตะกรันบนผนังท่อโดยไม่ได้ตั้งใจ ฟิล์มจะเดือดยากขึ้นเมื่อปะทะกับโลหะที่ร้อนกว่า และทิ้งคราบแข็งไว้เบื้องหลัง คุณเข้าสู่วงจรการทำลายล้างของการเพิ่มแรงกดดันและการเร่งความเร็ว การประมาณค่าสัมประสิทธิ์การเปรอะเปื้อนที่แม่นยำจะช่วยป้องกันวงจรนี้ และช่วยให้ปรับขนาดอุปกรณ์พื้นฐานได้ดีขึ้นตั้งแต่วันแรก

เพื่อให้เข้าใจถึงความรุนแรงของการย่อยสลายนี้ เราต้องดูว่าของเหลวต่างๆ ส่งผลต่อความต้านทานความร้อนที่ระดับพื้นฐานอย่างไรตลอดการปฏิบัติงานมาตรฐาน 72 ชั่วโมง

การปรับขนาดแบบทบต้นในระบบ Multi-Effect (MEE) และระบบ MVR/TVR

การปรับขนาดและการเปรอะเปื้อนจะลดประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อน และรบกวนสมดุลความร้อนในเครื่องระเหย MEE, MVR และ TVR ในระบบ MEE การปรับสเกลในลักษณะเดียวสามารถลดการผลิตไอและส่งผลต่อขั้นตอนต่อๆ ไป ในระบบ MVR/TVR การเปรอะเปื้อนจะเพิ่มความต้องการพลังงาน และอาจส่งผลต่อประสิทธิภาพของคอมเพรสเซอร์หรือเทอร์โมคอมเพรสเซอร์ การตรวจสอบแรงดันไอน้ำ การไหลของคอนเดนเสท สภาวะสุญญากาศ และความสะอาดของระบบแลกเปลี่ยนความร้อนเป็นประจำ ช่วยรักษาการทำงานที่มั่นคง

ประเภทของกลไกการปรับขนาดและการเปรอะเปื้อน

การเปรอะเปื้อนของเครื่องระเหยเกิดขึ้นผ่านกลไกที่แตกต่างกัน ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบการป้อนและสภาพการทำงาน การระบุประเภทของเงินฝากจะช่วยกำหนดกลยุทธ์การทำความสะอาดและการป้องกันที่มีประสิทธิผลสูงสุด

เหตุผลหลักในการเกิดตะกรันในเครื่องระเหยแบบฟิล์มตก

การกระจายของเหลวไม่เพียงพอและจุดแห้ง

การกระจายตัวของของเหลวไม่สม่ำเสมอในเครื่องระเหยแบบฟิล์มที่ตกลงมาอาจทำให้เกิดจุดแห้ง เกิดความร้อนสูงเกินไปเฉพาะจุด และเกิดตะกรันอย่างรวดเร็วบนพื้นผิวท่อ ช่องเปิดของตัวจ่ายที่ถูกปิดกั้น การปรับระดับที่ไม่เหมาะสม หรือการไหลของของเหลวไม่เพียงพออาจขัดขวางการก่อตัวของฟิล์มและลดประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อน การตรวจสอบแผ่นกระจาย หัวฉีดสเปรย์ และระดับของเหลวเป็นประจำ ช่วยรักษาท่อเปียกสม่ำเสมอ ป้องกันการเกิดตะกรัน และรับประกันประสิทธิภาพการทำงานของเครื่องระเหยที่เสถียร

ความหนืดแหลมและการไล่ระดับความเข้มข้น

ความหนืดของของไหลจะเพิ่มขึ้นเมื่อน้ำระเหยไปตามความยาวของท่อ การเพิ่มความหนืดในส่วนล่างจะลดความเร็วของฟิล์ม ซึ่งหมายความว่าของเหลวจะใช้เวลาสัมผัสกับผนังร้อนมากขึ้น เวลาพักที่เพิ่มขึ้นนำไปสู่ความเข้มข้นมากเกินไปอย่างรุนแรง ผลกระทบของชั้นขอบเขตเกิดขึ้นที่ส่วนต่อประสานระหว่างไอของเหลวกับไอ โดยที่ความเข้มข้นของตัวถูกละลายมีมากกว่าความเข้มข้นของของเหลวปริมาณมาก สิ่งนี้จะกระตุ้นให้เกิดการตกตะกอนอย่างรวดเร็วของของแข็งที่ละลายอยู่ในฟิล์มโดยตรง ซึ่งจะเกาะติดกับผนัง

ขีดจำกัดทางกายภาพของ เครื่องระเหยแบบฟิล์มตกได้ รับการทดสอบอย่างหนักที่นี่ หากความหนืดสูงเกินไป กลไกฟิล์มที่ตกลงมาจะพังทลายลงอย่างสมบูรณ์ ระบอบการไหลเปลี่ยนจากแบบปั่นป่วนเป็นแบบราบเรียบ และการถ่ายเทความร้อนจะตกลงมาจากหน้าผา ของไหลมีความหนาเกินกว่าจะไหลได้อย่างราบรื่นด้วยแรงโน้มถ่วงเพียงอย่างเดียว เมื่อคุณมีความหนืดเกินขีดจำกัด การปรับมาตราส่วนจะหลีกเลี่ยงไม่ได้ ณ จุดนี้ วิศวกรกระบวนการจะต้องพิจารณาระบบหมุนเวียนแบบบังคับแทน

ความล้มเหลวของสุญญากาศและการแทรกซึมของอากาศ

การรั่วไหลของสุญญากาศและการแทรกซึมของอากาศสามารถเพิ่มแรงดันการทำงานของเครื่องระเหย ขัดขวางอุณหภูมิจุดเดือด และลดประสิทธิภาพการระเหย สาเหตุที่พบบ่อย ได้แก่ ปะเก็นเสียหาย หน้าแปลนหลวม และซีลชำรุด การทดสอบสุญญากาศ การตรวจจับการรั่วไหล และการเปลี่ยนส่วนประกอบอย่างทันท่วงที ช่วยรักษาการทำงานที่มั่นคงและป้องกันการปรับขนาดมากเกินไป

ความแตกต่างของอุณหภูมิต่ำกว่าที่เหมาะสมที่สุด

ความแตกต่างของอุณหภูมิที่มากเกินไปอาจทำให้เกิดการเดือดเฉพาะจุด การกระจายของเหลวไม่สม่ำเสมอ และการขยายตัวอย่างรวดเร็วบนพื้นผิวตัวแลกเปลี่ยนความร้อน การรักษาความแตกต่างของอุณหภูมิที่เหมาะสมผ่านแรงดันความร้อนที่ควบคุมและสภาวะการทำงานที่มั่นคงจะช่วยปกป้องฟิล์มที่ตกลงมา ปรับปรุงประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อน และลดการเปรอะเปื้อน

โซลูชันทางวิศวกรรมและการออกแบบสำหรับการบรรเทาผลกระทบจากการขยายขนาด

การประเมินระบบจำหน่ายขั้นสูง

ระบบกระจายของเหลวช่วยให้มั่นใจได้ว่าท่อระเหยจะเปียกสม่ำเสมอ ลดจุดแห้งและความเสี่ยงต่อการเกิดตะกรัน ตัวกระจายแรงโน้มถ่วง แผ่นฝาย และหัวฉีดสเปรย์มีลักษณะการไหลที่แตกต่างกัน การเลือกที่เหมาะสมควรพิจารณาถึงความหนืดของของเหลว ความสามารถในการใช้งาน และข้อกำหนดขั้นต่ำในการทำให้เปียก เพื่อรักษาประสิทธิภาพที่สม่ำเสมอ

โลหะผสมของท่อและการตกแต่งพื้นผิว

วัสดุท่อและการตกแต่งพื้นผิวมีอิทธิพลต่อความต้านทานการกัดกร่อน ลักษณะการเปรอะเปื้อน และข้อกำหนดในการทำความสะอาด ไทเทเนียมและสเตนเลสดูเพล็กซ์ช่วยเพิ่มความทนทานในสภาพแวดล้อมที่มีฤทธิ์กัดกร่อนที่เหมาะสม ในขณะที่พื้นผิวขัดด้วยไฟฟ้าสามารถลดการยึดเกาะของอนุภาคได้ การเลือกวัสดุที่เข้ากันได้ช่วยยืดอายุอุปกรณ์ ลดความซับซ้อนในการทำความสะอาด และรักษาประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อน

การสร้างแบบจำลองเชิงคาดการณ์และการควบคุมอัตโนมัติ

การตรวจสอบเชิงคาดการณ์และการควบคุมอัตโนมัติช่วยรักษาประสิทธิภาพของเครื่องระเหยโดยการติดตามประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อน การไหลของคอนเดนเสท อุณหภูมิ และสภาวะการป้อน ระบบอัจฉริยะสามารถตรวจจับการเปรอะเปื้อนตั้งแต่เนิ่นๆ เพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงาน และกำหนดเวลารอบ Clean-in-Place (CIP) ก่อนที่จะเกิดขนาดที่รุนแรง ซึ่งช่วยลดเวลาหยุดทำงานของการบำรุงรักษา

กลยุทธ์การดำเนินงานและความเป็นจริงในการบำรุงรักษา

เพิ่มประสิทธิภาพการไหลของฟีดและอัตราการหมุนเวียน

การควบคุมการไหลของฟีดและการหมุนเวียนที่เหมาะสมช่วยให้ท่อเปียกสม่ำเสมอและลดความเสี่ยงในการเกิดตะกรัน แม้ว่าอัตราการหมุนเวียนที่สูงขึ้นจะเพิ่มพลังงานในการสูบ แต่ก็ช่วยป้องกันจุดแห้งและการอุดตันของท่อ เครื่องวัดการไหล, ไดรฟ์ความถี่แปรผัน (VFD) และการตรวจสอบอุณหภูมิช่วยให้ผู้ปฏิบัติงานสามารถปรับสมดุลประสิทธิภาพการใช้พลังงาน คุณภาพผลิตภัณฑ์ และประสิทธิภาพของเครื่องระเหยที่เชื่อถือได้

บทสรุป

ใช้กิจวัตรที่เข้มงวดสำหรับการทดสอบการสลายตัวของสุญญากาศเพื่อตรวจจับรอยรั่วระดับไมโคร ก่อนที่มันจะรบกวนสมดุลทางความร้อนของคุณ ตรวจสอบแผ่นจ่ายของเหลวของคุณในระหว่างการปิดระบบตามกำหนดการครั้งถัดไป เพื่อให้แน่ใจว่าอัตราการเปียกที่สม่ำเสมอทั่วทั้งมัดท่อทั้งหมด อัปเกรดเซ็นเซอร์อัตโนมัติของคุณเพื่อตรวจสอบการเสื่อมสภาพของการถ่ายเทความร้อนแบบเรียลไทม์และกระตุ้นการชะล้างเชิงป้องกัน ตรวจสอบและปรับความเข้มข้นของสารเคมี CIP ตามประเภทของตะกรันเฉพาะที่ก่อตัวในระบบของคุณ สุดท้าย ให้กำหนดขีดจำกัดการปฏิบัติงานอย่างหนักสำหรับความแตกต่างของอุณหภูมิเพื่อป้องกันการเดือดของนิวเคลียสและป้องกันฟิล์มที่ตกลงมา

คำถามที่พบบ่อย

ถาม: อัตราการทำให้เปียกในอุดมคติของเครื่องระเหยแบบฟิล์มตกคือเท่าใด

ตอบ: อัตราการเปียกที่เหมาะสมนั้นขึ้นอยู่กับเส้นผ่านศูนย์กลางของท่อและความหนืดของของเหลวเป็นอย่างมาก โดยทั่วไปจะอยู่ระหว่าง 0.5 ถึง 2.5 กก./(m·s) การรักษาอัตราเฉพาะนี้จะทำให้ฟิล์มของเหลวมีความต่อเนื่อง ป้องกันจุดแห้งและสเกลเฉพาะจุด

ถาม: เราควรทำ CIP บ่อยแค่ไหน?

ตอบ: ความถี่ของ CIP จะแตกต่างกันไปตามการใช้งาน โรงโคนมอาจต้องใช้ CIP ทุกวันเนื่องจากการเปรอะเปื้อนของโปรตีนอย่างรวดเร็ว โรงงานเคมีอาจเปิดดำเนินการเป็นเวลาหลายสัปดาห์ ตรวจสอบค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนโดยรวมของคุณเพื่อกำหนดเวลาการทำความสะอาดที่เหมาะสมและเหมาะสมที่สุด

ถาม: เราสามารถเปลี่ยนจากฟิล์มที่ตกลงมาเป็นการหมุนเวียนแบบบังคับได้หรือไม่

ตอบ: ได้ หากความหนืดของผลิตภัณฑ์ของคุณเกินขีดจำกัดทางกายภาพของการออกแบบฟิล์มที่ตกลงมา การไหลเวียนแบบบังคับจะจัดการกับความเข้มข้นที่สูงขึ้นและสารแขวนลอยได้ดีกว่ามาก แม้ว่าจะต้องใช้พลังงานในการสูบมากกว่ามากก็ตาม

ถาม: เหตุใดการแทรกซึมของอากาศจึงทำให้เกิดตะกรัน

ตอบ: การรั่วไหลของอากาศจะทำให้ความดันของระบบเพิ่มขึ้น ซึ่งจะทำให้จุดเดือดของของเหลวเพิ่มขึ้น สิ่งนี้บังคับให้ผู้ปฏิบัติงานเพิ่มอุณหภูมิไอน้ำ ทำให้เกิดความร้อนสูงเกินไปเฉพาะที่และการสะสมของตะกรันอย่างรวดเร็วบนผนังท่อโดยตรง

ถาม: หลอดขัดด้วยไฟฟ้าช่วยได้จริงหรือ?

ก. ใช่. การขัดด้วยไฟฟ้าจะช่วยลดความหยาบผิวด้วยกล้องจุลทรรศน์ของโลหะ พื้นผิวที่เรียบกว่าจะทำให้ตะกอนและอินทรียวัตถุมีจุดยึดทางกายภาพน้อยลง ส่งผลให้อัตราการสะสมตะกรันช้าลงอย่างมาก

ถาม: ส่วนต่างของอุณหภูมิที่ปลอดภัยคืออะไร

ตอบ: ส่วนต่างของอุณหภูมิที่ปลอดภัยมักจะอยู่ระหว่าง 3°C ถึง 8°C ต่อเอฟเฟกต์ หากเกินช่วงนี้จะเสี่ยงที่จะเกิดการเดือดของนิวคลีเอต ซึ่งจะทำลายฟิล์มของเหลวและอบของแข็งไว้บนผนังท่อเปลือย

ถาม: จุดแห้งเกิดขึ้นภายในหลอดได้อย่างไร

ตอบ: จุดแห้งเกิดขึ้นเมื่อการกระจายตัวของของเหลวไม่สม่ำเสมอหรืออัตราการเปียกต่ำเกินไป ฟิล์มของเหลวแตกออก เผยให้เห็นโลหะเปลือย ของเหลวที่เหลือจะวูบวาบทันที ปล่อยให้ตัวถูกละลายเข้มข้นถูกอบบนพื้นผิวที่ร้อน