Evaporador tubular de película descendente MVR

Princípio de funcionamento

1. Processo de evaporação em película descendente: O líquido de alimentação entra no distribuidor de líquido pela parte superior do evaporador e é distribuído uniformemente na parede interna dos tubos de aquecimento (geralmente um feixe de tubos verticais), formando uma fina película líquida.

O vapor de aquecimento (inicialmente é necessário vapor externo, mas, após a estabilização da operação, utiliza-se vapor secundário comprimido) condensa e libera calor para fora dos tubos, fazendo com que o solvente na película líquida evapore rapidamente, gerando vapor secundário.

O líquido concentrado flui para baixo ao longo da parede do tubo e entra no separador gás-líquido juntamente com o vapor secundário. O líquido concentrado separado é descarregado e o vapor secundário entra no compressor.

2. Processo do Ciclo MVR: O compressor (como um compressor centrífugo ou um soprador Roots) comprime o vapor secundário, aumentando sua temperatura e pressão (geralmente em 520°C).

O vapor comprimido é reintroduzido como meio de aquecimento fora dos tubos do evaporador, substituindo o vapor fresco e formando um ciclo fechado.

O sistema mantém a temperatura e a pressão de evaporação estáveis, ajustando a velocidade do compressor ou a vazão de vapor, o que permite a operação contínua.

3. Mecanismo de Recuperação de Energia: Ao substituir uma grande quantidade de consumo de vapor fresco pelo trabalho mecânico do compressor, apenas uma pequena quantidade de energia elétrica é necessária, reduzindo significativamente o consumo de energia.

O sistema pode ser configurado com um pré-aquecedor para recuperar ainda mais o calor usando condensado ou uma fonte de calor de baixa temperatura, melhorando a eficiência térmica geral.

Estrutura e componentes principais

1. Unidade de evaporação de filme descendente tubular:

• Feixe de tubos de aquecimento: dispostos verticalmente ou inclinados, formando uma superfície de evaporação de película líquida na parede interna.

• Distribuidor de Líquido: Garante a distribuição uniforme do filme, evitando paredes secas ou filme líquido irregular.

• Separador gás-líquido: Separa vapor e concentrado, com um desembaçador integrado para evitar o arraste.

2. Componentes do sistema MVR:

• Compressor de vapor: Componente principal, responsável pela energia de compressão do vapor (a seleção deve ser feita com base na capacidade de evaporação).

• Pré-aquecedor: Pré-aquece o líquido de alimentação usando condensado ou vapor de baixa temperatura, reduzindo a carga térmica na seção de evaporação.

• Sistema de controle: Integra sensores de temperatura, pressão e fluxo, ajustando automaticamente parâmetros como velocidade do compressor, nível do líquido e abertura da válvula.

• Sistema de vácuo: Mantém um ambiente de baixa pressão dentro do evaporador, reduzindo o ponto de ebulição e adaptando-se a materiais sensíveis ao calor.

Vantagens significativas

1. Economia de energia extrema: Não há necessidade de grandes quantidades de vapor fresco; o consumo de energia é de apenas 30% a 50% do dos evaporadores multiefeito tradicionais, resultando em baixos custos operacionais.

A eletricidade substitui a energia térmica, tornando-a particularmente adequada para cenários com preços elevados do vapor ou oferta limitada.

2. Ecologicamente correto: A circulação em circuito fechado reduz as emissões de águas residuais e gases de escape, atendendo aos requisitos de produção com baixa emissão de carbono.

3. Transferência de calor rápida e tempo de residência curto: A evaporação em película descendente garante um tempo de residência curto do material (segundos), evitando a decomposição térmica, sendo adequada para materiais sensíveis ao calor (como produtos farmacêuticos e alimentos).

4. Operação flexível e automação: O sistema de controle PLC permite operação totalmente automática, possibilitando o ajuste de parâmetros como taxa de concentração e temperatura de evaporação para adaptação a diferentes condições de operação.

5. Estrutura compacta e área ocupada reduzida: O design integrado economiza espaço, sendo adequado para projetos de retrofit ou cenários com restrições de espaço.

Áreas de aplicação

1. Tratamento de águas residuais com alta salinidade: Concentração e recuperação de sais por cristalização a partir de águas residuais com alta salinidade em indústrias como a química, farmacêutica e de galvanoplastia.

2. Alimentos e Bebidas: Alta concentração de sucos de frutas, laticínios e xaropes, preservando nutrientes e sabor.

3. Produtos Químicos e Farmacêuticos: Recuperação de solventes orgânicos, concentração e purificação de intermediários termossensíveis.

4. Novos Materiais Energéticos: Concentração de eletrólitos de baterias de lítio, separação de elementos de terras raras.

5. Dessalinização da água do mar: Substituição da evaporação instantânea tradicional em múltiplos estágios pela concentração de água do mar com baixo consumo de energia.

Pontos-chave de projeto e operação

1. Seleção do compressor: O tipo de compressor (centrífugo ou de deslocamento positivo) deve ser escolhido de acordo com a taxa de evaporação, o aumento da pressão de vapor e as características do material.

2. Prevenção e limpeza de incrustações: Limpeza regular online ou aplicação de revestimentos anticalcário, monitorização de alterações na eficiência da transferência de calor.

3. Controle da temperatura de evaporação: Manutenção de uma diferença de temperatura estável através do ajuste da velocidade do compressor e da vazão de alimentação.

4. Vedação do sistema: Garantir um sistema de vácuo sem vazamentos para evitar a entrada de ar e o consequente impacto na eficiência da evaporação.

Desafios e precauções

1. Alto investimento inicial: O custo do compressor e do sistema de controle é maior do que o dos evaporadores tradicionais; a recuperação do custo exige economia de energia a longo prazo. 

2. Adaptabilidade do material: Materiais de alta viscosidade, que cristalizam facilmente ou que são corrosivos exigem um projeto especial (por exemplo, feixes de tubos com canais de fluxo largos, materiais resistentes à corrosão).

3. Estabilidade operacional: O compressor requer manutenção regular para evitar falhas mecânicas que afetem a produção contínua.

Tendências de desenvolvimento

O futuro dos evaporadores tubulares de película descendente MVR se concentrará nas seguintes direções:

Controle Inteligente: Algoritmos de IA otimizam os parâmetros de operação para alcançar um ajuste adaptativo.

Inovação em materiais: Ligas de alto desempenho resistentes à corrosão ou revestimentos cerâmicos prolongam a vida útil dos equipamentos.

Acoplamento de múltiplos efeitos: A combinação da tecnologia de bomba de calor com a tecnologia de separação por membrana melhora ainda mais a utilização de energia.

Resumo

Os evaporadores tubulares de película descendente MVR, ao integrarem as tecnologias de recompressão mecânica de vapor e evaporação em película descendente, alcançam uma sinergia de rápida economia de energia, proteção ambiental e alta qualidade do produto, tornando-os particularmente adequados para cenários de evaporação com alto consumo de energia. Seu principal valor reside na redução dos custos operacionais e das emissões de carbono, representando uma importante direção de desenvolvimento na área de evaporação e concentração.