Evaporador de placas de múltiplos efeitos

I. Estrutura Básica e Princípio de Funcionamento

1. Estrutura Básica

O evaporador de placas de múltiplos efeitos utiliza um trocador de calor de placas como elemento central de transferência de calor, sendo fundamentalmente diferente do evaporador tubular tradicional. Sua estrutura central inclui:

Placas de transferência de calor: Quatro placas com estruturas diferentes formam um conjunto. As placas onduladas criam um canal de fluxo altamente turbulento, atingindo um coeficiente de transferência de calor de 3500-5800 W/(m²·K).

Sistema de estrutura: Uma estrutura modular composta por placas de fixação fixas, placas de fixação móveis, colunas de suporte frontal, hastes guia superior e inferior e pinos de fixação.

Projeto do canal de fluxo: Canais de fluxo com 8-12 mm de largura são formados entre as placas, permitindo que o material e o fluido de aquecimento fluam em contracorrente ou em movimento concorrente dentro de seus respectivos canais.

2. Processo de trabalho: O material forma uma película líquida uniforme na superfície da placa através de um distribuidor:

Tipo película descendente: O material entra pela parte superior da placa e forma uma película líquida descendente sob a ação da gravidade, adequada para materiais sensíveis ao calor. Tipo de película ascendente: O material entra pela parte inferior da placa e sobe impulsionado pelo vapor, adequado para materiais de baixa viscosidade.

Tipo de película ascendente e descendente: Combinando as características das películas ascendente e descendente, consiste em quatro placas que formam quatro canais de fluxo, adequado para o processamento de materiais complexos.

3. Mecanismo em Série de Múltiplos Efeitos

Adotando uma conexão em série de três ou quatro efeitos, o vapor secundário do efeito anterior serve como fonte de calor para o próximo efeito:

Primeiro Efeito: Aquecido com vapor vivo (0,3-0,5 MPa)

Segundo/Terceiro Efeito: Utilizando o vapor secundário gerado no efeito anterior (a temperatura diminui gradualmente)

Efeito Final: O vapor secundário entra no condensador para condensação, mantendo o vácuo no sistema.

II. Vantagens Técnicas e Indicadores de Desempenho

1. Excelente Economia de Energia

2. Design Compacto e Eficiente

Eficiência de Transferência de Calor: 15-30% superior à dos evaporadores tubulares tradicionais; alta turbulência; coeficiente de transferência de calor 3-5 vezes maior que o dos evaporadores tubulares.

Economia de Espaço: Área ocupada 30-50% menor que a dos evaporadores tubulares.

Baixa Retenção de Líquido: Curto tempo de residência dos materiais em altas temperaturas, particularmente adequado para produtos sensíveis ao calor.

3. Operação e Manutenção Convenientes

Estrutura Removível: As placas podem ser desmontadas e instaladas rapidamente, estendendo o ciclo de limpeza de incrustações de 7 dias para sistemas tubulares para 60 dias.

Design Sem Ângulos Mortos: A superfície corrugada impede o acúmulo de material; o sistema de limpeza automática CIP reduz o tempo de inatividade.

Ajuste Flexível: Adaptável a diferentes materiais, aumentando ou diminuindo o número de placas ou ajustando o fluxo (corrente paralela/contracorrente/fluxo misto).

III. Principais Considerações de Projeto

1. Tecnologia Anti-Incrustação

Diversas medidas são tomadas para materiais propensos à incrustação, como laticínios e sucos:

Otimização do Canal de Fluxo: O design do canal de fluxo largo (8-12 mm) + a vazão de circulação forçada de 2-3 m/s reduzem a adesão de sais cristalinos.

Tecnologia de Revestimento: Uma liga de carboneto de tungstênio-cobalto ou nanorrevestimento de TiO₂ é pulverizada na parede interna dos tubos de troca de calor.

Controle do Processo: Controle preciso da vazão de alimentação e da pressão do vapor, com monitoramento aprimorado da concentração.

2. Seleção de Materiais

O material da placa é selecionado com base na sua corrosividade:

Aço Inoxidável 316L: Adequado para materiais alimentícios e químicos em geral.

Liga de Titânio: Adequada para águas residuais contendo íons cloreto.

Liga Hastelloy: Adequada para ambientes com forte acidez e alcalinidade, prolongando a vida útil do equipamento em até 3 vezes.

3. Princípios de Configuração para Eficiência

Evaporador de Triplo Efeito: Ideal para equilibrar economia de energia e custos de investimento.

Evaporador de Quádruplo Efeito: Adequado para produção em larga escala, como a produção de açúcar.

Evaporador de Cinco Efeitos ou Mais: A redução no consumo de vapor diminui a cada efeito subsequente além do terceiro (evaporadores de cinco efeitos reduzem o consumo de vapor em apenas 7% em comparação com evaporadores de três efeitos), mas o investimento em equipamentos aumenta em 40%.

IV. Áreas de Aplicação Típicas

1. Indústria Alimentícia

Laticínios: Concentração de leite em pó e leite condensado, temperatura de operação de 75-40°C, preservando a atividade proteica.

Indústria Açucareira: Concentração de caldo de cana (aumento do teor de matéria seca de 15% para mais de 68%). Uma empresa utilizou um evaporador de placas de múltiplos efeitos, reduzindo o consumo de vapor em 12%.

Bebidas de Suco de Frutas: Concentração em baixa temperatura de suco de frutas de alta viscosidade, preservando o sabor e os nutrientes.

2. Proteção Ambiental e Tratamento de Efluentes

Efluentes com Alta Salinidade: Tratamento diário de 300 toneladas de efluentes de baterias de lítio, com taxa de recuperação de níquel de 98%.

Efluentes de Galvanoplastia: Sistemas de três efeitos alcançam zero emissões de metais pesados, economizando mais de 5 milhões de yuans anualmente.

Recuperação de Álcalis: Grupos de evaporadores de placas de película descendente são utilizados para a evaporação de licor negro na fabricação de papel, com eficiência térmica 15-30% superior à dos evaporadores tubulares.

3. Indústria Farmacêutica

Concentração de antibióticos e preparações enzimáticas em baixa temperatura (≤55℃), com taxa de retenção de ingredientes ativos de 98%. Em conformidade com as normas GMP, produção totalmente fechada.

V. Kang Jinghui - Atualização Tecnológica

1. Tecnologia de Acoplamento MVR

Evaporador de placas de múltiplos efeitos combinado com recompressão mecânica de vapor (MVR): O MVR comprime e aquece o vapor secundário para reciclagem, com consumo de vapor fresco próximo de zero. O consumo de energia para o tratamento de 1 tonelada de efluente com alta concentração de sal é de 35 a 50 kWh, economizando de 50 a 60% de energia em comparação com os evaporadores de múltiplos efeitos tradicionais. Um projeto utilizando o processo MVR + triplo efeito alcançou pureza de separação de cloreto de sódio e sulfato de sódio superior a 99%.

2. Atualização Inteligente

Integração PLC/DCS: Monitoramento em tempo real de mais de 20 parâmetros, incluindo temperatura, pressão e nível de líquido.

Manutenção Preditiva por IA: Prevê ciclos de limpeza com base em dados de monitoramento de incrustações, reduzindo o tempo de inatividade não planejado. Montagem modular em skid: Ajuste flexível da capacidade de 1000 a 36000 L/h, desmontagem e montagem rápidas em até 72 horas.

VI. Recomendações de Seleção

Cenários aplicáveis:

Produção contínua em larga escala (capacidade de evaporação > 5 t/h)

Materiais sensíveis ao calor (alimentos, produtos farmacêuticos)

Materiais propensos à incrustação, mas que exigem limpeza frequente

Projetos com espaço limitado.

Cenários não aplicáveis:

Condições extremas de alta temperatura e alta pressão (que exigem materiais especiais)

Meios altamente corrosivos sem materiais adequados

Produção em pequena escala (baixo retorno do investimento).

Os evaporadores de placas de múltiplos efeitos, com sua alta eficiência de transferência de calor, estrutura compacta e facilidade de manutenção, tornaram-se a alternativa preferida aos evaporadores tubulares tradicionais nos setores alimentício e de proteção ambiental. Com a maturidade das tecnologias de acoplamento MVR e controle inteligente, suas vantagens abrangentes em termos de eficiência energética serão ainda mais destacadas.