Comparação de quatro percursos de fluxo para evaporadores: fluxo concorrente, fluxo em contracorrente, fluxo paralelo e fluxo misto.

Em processos de evaporação, o layout do processo muitas vezes determina o sucesso operacional mais do que a área de troca de calor. Para o mesmo evaporador de triplo efeito, o fluxo concorrente economiza bombas, o fluxo contracorrente aumenta a concentração, o fluxo paralelo reduz a formação de incrustações e o fluxo misto oferece um equilíbrio de vantagens. Este artigo, com 800 palavras, explica detalhadamente os mecanismos, o consumo de energia, os cenários de aplicação e os modos de falha desses quatro fluxos de processo, permitindo que os engenheiros de processo concluam a seleção inicial em 5 minutos.

I. Definições e diagramas

1. Fluxo concorrente: O líquido de alimentação e o vapor secundário fluem na mesma direção: Primeiro efeito → Segundo efeito → Terceiro efeito; a concentração aumenta a cada efeito e a temperatura diminui a cada efeito.

2. Fluxo em contracorrente: O líquido de alimentação flui na direção oposta: Terceiro efeito ← Segundo efeito ← Primeiro efeito, a maior concentração também é a maior temperatura.

3. Fluxo Paralelo: A alimentação entra em cada efeito simultaneamente, cada efeito concentra-se independentemente e o vapor secundário permanece em série.

4. Fluxo Misto: Combinando os três tipos de fluxo acima, as configurações comuns incluem um fluxo de dois estágios "co-corrente + contra-corrente" ou "primeiro efeito co-corrente + segundo efeito fluxo paralelo".

II. Comparação dos parâmetros principais (tomando como exemplo uma solução de cloreto de sódio de 10 t·h⁻¹, triplo efeito, taxa de evaporação de 8 t·h⁻¹)

III. Desmontagem em nível de mecanismo

1. Acoplamento Temperatura-Concentração: O fluxo concorrente em baixa temperatura e alta concentração tende a reduzir a evaporação no efeito final devido ao aumento do ponto de ebulição (BPR); o fluxo contracorrente reserva a temperatura mais alta para a concentração mais alta, o que pode aumentar ainda mais a concentração da descarga em 4-6%, mas a alta temperatura e o alto teor de sal são precisamente um acelerador da formação de incrustações.

2. Consumo de energia: O fluxo concorrente utiliza a diferença de pressão entre os efeitos para o autofluxo, exigindo o menor número de bombas; o fluxo contracorrente requer bombas de grande vazão entre os efeitos, com 30% mais potência no eixo, mas mantém uma melhor diferença de temperatura na transferência de calor e economiza 15% da área.

3. Incrustação e Lavagem: O fluxo concorrente apresenta o menor gradiente de concentração por efeito, com baixa supersaturação de CaSO₄, SiO₂, etc., o que pode estender o ciclo de limpeza de 7 para 20 dias; o fluxo contracorrente deve ser limpo online com cristais de semente ou EDTA, caso contrário, o bloqueio da tubulação pode ocorrer em 48 horas.

4. Produtos sensíveis ao calor: O efeito final em corrente paralela apresenta a temperatura mais baixa (48–55℃), sendo adequado para materiais sensíveis ao calor, como vitamina C e aminoácidos; o primeiro efeito em corrente oposta apresenta uma temperatura de 95–110℃, mas as proteínas são propensas à desnaturação, exigindo um tempo de residência inferior a 3 minutos.

IV. Modos de Falha e Contramedidas de Engenharia

1. Retrolavagem por concentração em co-corrente: Devido à retrolavagem excessiva no último efeito, a taxa de evaporação diminui, manifestando-se como aumento da corrente da bomba e do vácuo no primeiro efeito. Contramedida: Adicionar um concentrador de película ascendente MVR ao último efeito ou introduzir vapor vivo a 0,8 MPa para reaquecimento.

2. Cavitação da bomba em contracorrente: O líquido de alta temperatura e alta concentração vaporiza instantaneamente para o ambiente de baixa temperatura, causando uma queda repentina na pressão de entrada da bomba. Solução: Selecionar um canal lateral para a bomba de contracorrente ou adicionar uma coluna de injeção de líquido de 0,5 m.

3. Curto-circuito horizontal de vapor: Cada efeito possui um equilíbrio líquido-vapor independente; se o primeiro efeito sofrer uma despressurização repentina, o vapor secundário entrará em refluxo. Contramedida: Adicionar válvulas de retenção duplas à tubulação de vapor e criar um selo líquido de 0,3 m.

4. Acoplamento de Controle de Fluxo Misto: O fluxo em dois estágios apresenta forte acoplamento entre três variáveis: concentração, temperatura e vácuo. O DCS deve empregar um sistema de controle composto de realimentação e avanço; caso contrário, ocorrerá "oscilação de concentração", levando ao bloqueio da centrífuga.

Tabela de Referência Rápida de Seleção V

VI. Conclusão

Não existe um processo "melhor", apenas um "mais adequado". O fluxo coordenado é como um carro econômico — fácil e econômico; o fluxo contracorrente é como um carro esportivo de alto desempenho — limites elevados, mas requer manutenção meticulosa; o fluxo paralelo é como um caminhão pesado — resistente à incrustação e robusto; o fluxo misto é como um sistema de propulsão híbrido — maximiza o consumo de energia, mas resulta em um sistema complexo. Ao inserir cinco parâmetros — concentração da matéria-prima, viscosidade, tendência à incrustação, preço do vapor e preço da eletricidade — e consultando a tabela acima e o software de projeto relevante durante a seleção, o evaporador pode encontrar um equilíbrio mais adequado entre consumo de energia, investimento e ciclo operacional.