Ini adalah alat evaporasi yang banyak digunakan dalam industri seperti makanan, minuman, farmasi, bahan kimia, dan perlindungan lingkungan, untuk memekatkan larutan, menghilangkan kelembapan, atau memulihkan pelarut. Fitur intinya adalah:
Efek tunggal: Keseluruhan sistem hanya mencakup evaporator primer. Uap pemanas (uap mentah) hanya digunakan satu kali, dan uap sekunder yang dihasilkan langsung dikondensasi dan dikeluarkan dari sistem, tidak digunakan untuk memanaskan evaporator lainnya. Oleh karena itu, tingkat pemanfaatan energi panas relatif rendah, dan konsumsi uapnya tinggi.
Film jatuh: Cairan material yang akan diuapkan mengalir dalam bentuk film tipis searah gravitasi (ke bawah) di dalam evaporator, dan bertukar panas dengan media pemanas (biasanya uap). Pembentukan film cair bergantung pada gravitasi (terkadang dilengkapi dengan distributor film) dan fluiditas cairan material itu sendiri.
Prinsip kerja inti
Umpan dan distribusi: Cairan yang akan dipekatkan (biasanya dipanaskan hingga mendekati titik didih) dipompa ke bagian atas evaporator. Komponen kunci yang disebut distributor cairan (distributor film) memastikan bahwa cairan didistribusikan secara merata ke saluran masuk atas setiap tabung pemanas (atau pelat pemanas).
Pembentukan dan aliran film: Cairan material dengan cepat membentuk film cair yang mengalir ke bawah secara seragam dan terus menerus di dinding bagian dalam tabung pemanas karena gravitasi dan aksi distributor film. Ketebalan film cair biasanya sangat tipis (dalam milimeter), dan ini sangat penting.
Pemanasan dan penguapan: Media pemanas (biasanya uap jenuh) mengalir dan mengembun di sisi luar (sisi cangkang) tabung pemanas, melepaskan sejumlah besar panas laten kondensasi. Panas dipindahkan ke film cair yang mengalir melalui dinding tabung. Setelah film cair menyerap panas, sebagian cairan langsung menguap (terutama pada permukaan film cair).
Pemisahan cairan gas: Lapisan film cair dan uap yang dihasilkan oleh penguapan (disebut sebagai uap sekunder) mengalir ke bawah bersama-sama untuk mencapai bagian bawah evaporator. Di bagian bawah evaporator atau ruang pemisahan yang terhubung, cairan pekat (konsentrat) dan uap sekunder yang dihasilkan dipisahkan secara efektif oleh gaya inersia, gravitasi, atau sentrifugal.
Pembuangan dan pembuangan:
Larutan pekat: dikeluarkan dari bagian bawah ruang pemisahan. Kumpulkan setelah konsentrasi mencapai nilai yang telah ditentukan.
Uap sekunder: dikeluarkan dari bagian atas ruang pemisahan. Dalam sistem efek tunggal, uap sekunder ini biasanya memasuki kondensor, di mana uap tersebut dikondensasi menjadi cairan (kondensat) dengan air pendingin (atau media pendingin lainnya) dan kemudian dibuang dari sistem. Kondensor biasanya dihubungkan ke pompa vakum untuk menjaga sistem beroperasi pada tekanan negatif tertentu, mengurangi titik didih cairan umpan, meminimalkan kerusakan termal pada bahan termosensitif, dan menghemat konsumsi energi.
Kondensat uap pemanas: Kondensat yang dibentuk oleh kondensasi uap panas dibuang dari bagian bawah ruang pemanas.
Komponen utama
Pemanas: Biasanya penukar panas shell and tube (bundel tabung panjang vertikal), dengan cairan mengalir melalui sisi tabung (penguapan film jatuh) dan uap panas mengalir melalui sisi shell.
Ruang pemisahan: struktur yang digunakan untuk memisahkan cairan pekat dan uap sekunder. Kadang-kadang menyatu dengan pemanas (terpisah dari bawah), dan kadang-kadang berupa wadah terpisah yang dihubungkan dengan pipa.
Distributor cair (distributor film): komponen kunci yang dipasang di bagian atas bundel tabung pemanas untuk memastikan bahwa cairan umpan dapat didistribusikan secara merata ke saluran masuk setiap tabung pemanas dan membentuk film cair yang stabil dan seragam. Ada berbagai bentuk (seperti pelat saringan, nozel, siklon, pipa pemandu, dll.), dan desainnya sangat penting untuk efisiensi penguapan dan mencegah dinding kering.
Kondensor: digunakan untuk mengembunkan uap sekunder yang keluar dari ruang pemisahan. Jenis yang umum termasuk kondensor permukaan (kondensasi tidak langsung) dan kondensor campuran (kondensasi kontak langsung).
Sistem vakum: Pompa vakum (seperti pompa cincin air, pompa jet uap, dll.) digunakan untuk mengekstraksi gas yang tidak dapat terkondensasi dari sistem, menetapkan dan mempertahankan tingkat vakum yang diperlukan.
Pompa cair/pompa konsentrat: digunakan untuk mengangkut cairan ke dalam evaporator dan mengeluarkan konsentrat.
Preheater (opsional tetapi umum digunakan): Sebelum memasuki evaporator, biasanya diperlukan preheater untuk memanaskan cairan dingin hingga suhu mendekati titik didih, guna meningkatkan efisiensi pemanfaatan energi.
Sistem kontrol (katup instrumen): pengukur level, termometer, pengukur tekanan, pengukur aliran, katup kontrol, dll., digunakan untuk memantau dan mengontrol proses penguapan.
Fitur dan keunggulan utama
Efisiensi perpindahan panas yang tinggi: Karena aliran film tipis, film cair menjadi tipis, laju aliran cepat, tingkat turbulensi tinggi, dan tidak ada kenaikan titik didih yang disebabkan oleh tekanan statis (dibandingkan dengan film naik atau evaporator sirkulasi alami), sehingga koefisien perpindahan panas (nilai K) biasanya tinggi.
Waktu tinggal singkat: Waktu tinggal bahan di zona suhu tinggi sangat singkat (biasanya hanya beberapa detik hingga puluhan detik), sangat cocok untuk menangani bahan yang sensitif terhadap panas (seperti jus, susu, enzim, obat-obatan, dan produk kimia tertentu), yang dapat meminimalkan dekomposisi termal, perubahan warna, kehilangan rasa, atau pengurangan aktivitas semaksimal mungkin.
Kehilangan perbedaan suhu yang kecil: Tidak ada kenaikan titik didih yang disebabkan oleh tekanan statis, dan kehilangan perbedaan suhu terutama berasal dari kenaikan titik didih (BPE) dan kehilangan pipa, yang relatif kecil dan dapat menggunakan perbedaan suhu perpindahan panas efektif yang lebih kecil.
Fleksibilitas operasional yang tinggi: Dapat beroperasi pada perbedaan suhu rendah dan memiliki kemampuan beradaptasi yang baik terhadap perubahan konsentrasi umpan dan laju aliran.
Struktur kompak (relatif terhadap sirkulasi alami): Ketinggian peralatan biasanya lebih rendah dibandingkan dengan evaporator film naik.
Cocok untuk bahan dengan viskositas tinggi (dalam kisaran tertentu): Dapat menangani bahan dengan viskositas sedikit lebih tinggi daripada jenis film naik, tetapi viskositas terlalu tinggi dapat mempengaruhi pembentukan film yang seragam.
Startup cepat: Sistem memiliki kapasitas termal yang kecil, dan waktu yang diperlukan untuk pemanasan awal dan mencapai keadaan stabil relatif singkat.
Rasio konsentrasi tinggi: Penguapan satu jalur dapat mencapai konsentrasi yang lebih tinggi (terutama bila dioperasikan dalam kondisi vakum).
