Un évaporateur à couche mince-est un type d'évaporateur caractérisé par le liquide matériel s'écoulant le long de la paroi du tube chauffant à la manière d'un film-pour le transfert de chaleur et l'évaporation. Ses avantages incluent une efficacité de transfert de chaleur élevée, un taux d'évaporation rapide et un temps de séjour court du matériau, ce qui le rend particulièrement adapté à l'évaporation de substances sensibles à la chaleur. Il peut être divisé en évaporateurs à film montant et en évaporateurs à film descendant.
(1) Évaporateur à film montant
L'évaporateur à film ascendant est construit par le liquide entrant dans les tubes chauffants pour être chauffé selon le principe d'une pompe à siphon. Après s'être écoulé dans le séparateur, le liquide et la vapeur sont séparés et le liquide retourne à l'évaporateur à travers le tuyau de circulation, formant une circulation en boucle fermée-, également connue sous le nom d'évaporateur à circulation externe.
1.1 Évaporateur à film ascendant : le liquide de matière première entre par le bas de l'évaporateur et est entraîné vers le haut le long des tubes par la vapeur secondaire. Évaporateur à film tombant : le liquide de matière première entre par le haut de l'évaporateur et s'écoule vers le bas le long de la paroi du tube par gravité.
1.2 Le « film » dans le film ascendant et le film descendant fait référence à l'écoulement optimal du liquide de matière première le long de la paroi du tube chauffant pendant le fonctionnement de l'évaporateur, où le transfert de chaleur est le plus efficace.. 1.3 Champ d'application : convient à l'évaporation de substances présentant des taux d'évaporation élevés, une sensibilité à la chaleur, des propriétés visqueuses et des propriétés moussantes, mais ne convient pas aux solutions à haute viscosité, à précipitation de cristaux ou à tartre facile.
(2) Évaporateur à couche descendante
2.1 L'évaporation à film tombant consiste à ajouter le liquide d'alimentation provenant de la boîte à tubes supérieure de la chambre de chauffage de l'évaporateur à film tombant. Grâce au dispositif de distribution de liquide et de formation de film-, il est réparti uniformément dans chaque tube d'échange thermique. Sous l’influence de la gravité, de l’induction du vide et du flux d’air, il forme un film uniforme qui s’écoule de haut en bas. Pendant l'écoulement, le liquide est chauffé et vaporisé par le fluide chauffant côté coque-. La vapeur et la phase liquide générées entrent ensemble dans la chambre de séparation de l'évaporateur. Après une séparation complète, la vapeur entre dans le condenseur pour la condensation (fonctionnement à effet unique) ou entre dans l'évaporateur à effet suivant en tant que fluide caloporteur, obtenant ainsi un fonctionnement à effets multiples. La phase liquide est évacuée de la chambre de séparation et les eaux usées sont évaporées et concentrées.
2.2 Champ d'application : largement utilisé dans l'évaporation et la concentration de solutions d'eau ou de solvants organiques dans les industries pharmaceutique, alimentaire, chimique et légère. Cet équipement fonctionne en continu sous vide et dans des conditions de -température basse, offrant une capacité d'évaporation élevée, des économies d'énergie et une réduction de la consommation, de faibles coûts d'exploitation et garantissant que le matériau reste inchangé pendant l'évaporation.
2.3 Flux de processus : le flux de processus se présente sous quatre formes : co-courant (flux parallèle), contre-courant-courant, flux mixte (flux croisé-) et flux parallèle.
Co-courant : la solution et la vapeur circulent dans la même direction, séquentiellement du premier effet au dernier effet. Lorsque la solution entre dans l'effet suivant après l'effet précédent, un peu d'eau clignote et une plus grande quantité de vapeur secondaire est générée. Étant donné que la concentration dans le dernier effet est supérieure à celle de l'effet précédent et que la température de fonctionnement est inférieure, le coefficient de transfert thermique du premier effet est souvent beaucoup plus élevé que celui du dernier effet. Généralement adapté au traitement de matériaux sensibles à la chaleur-à des concentrations élevées.
Contre-courant : la matière première est pompée séquentiellement du dernier effet vers les effets précédents, et le liquide fini est évacué du premier effet. Le liquide et la vapeur circulent dans des directions opposées. Convient généralement au traitement de solutions dont la viscosité varie considérablement en fonction de la température et de la concentration, mais ne convient pas aux matériaux sensibles à la chaleur. La concentration élevée d'eau salée-avec zéro rejet de notre entreprise utilise un processus à triple effet à contre--courant-.
Flux mixte- : il combine les avantages des processus à co--courant et à contre-courant-tout en évitant leurs inconvénients, mais il est complexe à exploiter et nécessite un haut degré d'automatisation.
Flux horizontal- : chaque effet reçoit de l'alimentation et produit du liquide fini, et des cristaux précipitent dans chaque effet. Les cristaux peuvent être séparés rapidement, ce qui est généralement utilisé pour l'évaporation de solutions saturées.
2.4 Principe du film tombant : Le matériau à évaporer entre par le haut de l'évaporateur à film tombant via une pompe d'alimentation, circulant à travers les tubes d'évaporation (côté tube). Le matériau est distribué sous forme de film à l'intérieur des tubes d'échange thermique par un distributeur de film. Lorsque le matériau s'écoule par gravité dans la cavité du tube, il est chauffé par la vapeur à l'extérieur des tubes, atteignant la température d'évaporation et s'évaporant. Le matériau, accompagné de la vapeur secondaire, s'écoule dans les tubes sous forme d'un film mince. La vapeur secondaire est comprimée par un compresseur de vapeur et envoyée du côté coque de la chambre de chauffage à film tombant sous forme de vapeur de chauffage. Le côté coque de la chambre de chauffage à film tombant comporte des plaques pour guider la vapeur secondaire, la condenser et évacuer les gaz non-condensables. Au cours du processus, l’énergie thermique de l’évaporateur lui-même est transférée de l’extérieur des tubes au matériau qui s’évapore à l’intérieur. Après échange thermique, la vapeur secondaire se condense en eau et est évacuée de l'évaporateur à film tombant.
2.5 Caractéristiques des systèmes d’évaporation à couche descendante :
2.5.1 Dans un évaporateur à film tombant, le liquide d'alimentation est ajouté par le haut de l'évaporateur et tombe le long de la paroi du tube sous forme de film par gravité. Au cours de ce processus, il s'évapore et se concentre, ce qui donne un liquide concentré au fond. Les évaporateurs à film tombant peuvent évaporer des matériaux à concentrations élevées et à viscosité élevée.
2.5.2 Étant donné que la solution s'écoule sous forme de film dans un évaporateur à un seul-passe, le coefficient de transfert de chaleur est élevé.
2.5.3 Un temps de séjour court réduit le risque de détérioration du matériau, ce qui le rend adapté au traitement de matériaux sensibles à la chaleur.
2.5.4 La faible rétention de liquide permet à l'évaporateur à film tombant de fonctionner rapidement en fonction des changements d'approvisionnement en énergie, du niveau de vide, du débit d'alimentation et de la concentration.
2.5.5 Étant donné que le fluide de traitement s'écoule uniquement par gravité, plutôt que d'être entraîné par une différence de température, une évaporation à faible différence de température - peut être utilisée.
2.5.6 Les évaporateurs à film tombant conviennent à l'évaporation et à la concentration de matériaux moussants. Au fur et à mesure que le liquide s'évapore sous la forme d'un film-à l'intérieur du tube chauffant, la séparation vapeur-liquide est obtenue. En même temps, au fond de l'évaporateur, la majeure partie du liquide est aspirée et seule une petite partie du liquide et toute la vapeur secondaire entrent dans le séparateur pour une séparation améliorée. Le liquide ne génère pas trop d'impact pendant tout le processus, évitant ainsi la formation de mousse.