Chọn kỹ thuật bay hơi tốt nhất cho tiêu hóa và bùn

Do tính chất dày, nhớt, tiêu hóa và bùn của chúng là một trong những vật liệu thách thức nhất để bay hơi hiệu quả và hiệu quả. Tuy nhiên, những lợi ích về mặt xử lý, xử lý và điều trị có thể là đáng kể. Mặc dù có sự quan tâm đáng kể trong việc sử dụng các kỹ thuật bay hơi thu hồi hơi cơ học (MVR), bản chất phức tạp của tiêu hóa có nghĩa là MVR có thể không phải lúc nào cũng là lựa chọn tốt nhất.

Trong vài năm qua, chúng tôi đã thấy sự quan tâm của khách hàng gia tăng trong việc sử dụng MVR để bay hơi. Với sự gia tăng hỗn loạn của các thị trường năng lượng kể từ năm 2020, điều này có thể hiểu được, vì năng lượng điện được sử dụng trong MVR thường rẻ hơn đáng kể so với năng lượng nhiệt cần thiết để bay hơi truyền thống. Tuy nhiên, có một số yếu tố giới hạn và cân nhắc chính khi sử dụng MVR-đặc biệt đối với các sản phẩm rất dày và nhớt như Digestate và Sludges-có thể thêm vào chi phí vốn (và độ phức tạp) của giải pháp bay hơi dựa trên MVR. Do đó, điều rất quan trọng là tất cả các yếu tố này được xem xét ngay từ đầu, do đó có thể đưa ra quyết định đầu tư chính xác dựa trên cả chi phí vốn (CAPEX) và hoạt động (OPEX).

MVR so với sự bay hơi truyền thống

Các kỹ thuật bay hơi truyền thống sử dụng chất lỏng dịch vụ nhiệt độ cao (như hơi áp lực) để tăng nhiệt độ của sản phẩm trên điểm sôi của nó để nước (và các hợp chất dễ bay hơi khác) bị loại bỏ, để lại dung dịch cô đặc hơn. Do đó, nguồn năng lượng chính cho quá trình này là nhiên liệu được sử dụng để làm nóng nước (hơi nước) trong nồi hơi, chẳng hạn như khí hoặc dầu.

Trong MVR, hơi nước đi ra khỏi sản phẩm trong thiết bị bay hơi được chuyển thành máy nén làm tăng áp suất (và do đó nhiệt độ). Hơi nước này, hiện nằm trên điểm sôi của sản phẩm, sau đó được sử dụng làm chất lỏng dịch vụ cho thiết bị bay hơi. Khi máy nén sử dụng động cơ điện, quá trình này được điều khiển bởi điện chứ không phải là năng lượng nhiệt. Bởi vì máy nén tái sử dụng/tái chế hơi nước bốc hơi, rất nhiều nhiệt tiềm ẩn được thu hồi. Điều này làm cho MVR trở thành một trong những phương pháp làm bay hơi nước rẻ nhất về chi phí hoạt động.

Hạn chế của MVR

Tuy nhiên, do cách thức hoạt động của MVR, có một số hạn chế vốn có trong quá trình bay hơi nhiệt truyền thống không bị ảnh hưởng. Khi bay hơi ở áp suất khí quyển, tùy thuộc vào loại máy nén, sự tăng nhiệt độ được cung cấp bởi máy nén thường nằm trong khoảng từ 8 đến 15 ° C. Chênh lệch nhiệt độ tương đối nhỏ giữa chất lỏng dịch vụ và điểm sôi của sản phẩm (~ 100 ° C) có nghĩa là sự truyền nhiệt giữa hai loại bị hạn chế và bạn cần một diện tích bề mặt lớn để đạt được nó. Nói một cách đơn giản, bạn cần một bộ trao đổi nhiệt lớn.

Ngược lại, nồi hơi có thể cung cấp áp suất hơi tối đa lên đến 8 hoặc 10 bar, có nghĩa là nhiệt độ hiệu quả là 160 hoặc 180 ° C. Ngay cả khi hoạt động chung ở dưới mức này, thực tế là hơi nước từ nồi hơi sẽ nóng hơn đáng kể so với máy nén. Sự khác biệt nhiệt độ lớn hơn có nghĩa là cần có diện tích bề mặt truyền ít hơn và bạn có thể sử dụng bộ trao đổi nhiệt nhỏ hơn nhiều.

Do tính chất dày và tiềm năng tắc nghẽn cao của nhiều tiêu hóa và bùn, trong hầu hết các trường hợp, bạn cần một diện tích bề mặt tương đối lớn để đạt được sự truyền nhiệt đủ. Do những hạn chế của máy nén về nhiệt độ dịch dịch vụ, các bộ trao đổi nhiệt và máy bơm cần thiết thực sự có thể thực sự lớn. Điều này không chỉ làm tăng đáng kể chi phí vốn, mà vì bạn cần các máy bơm lớn hơn để đẩy sản phẩm qua bộ trao đổi nhiệt lớn hơn, bạn còn yêu cầu nhiều năng lượng hơn cho hoạt động, do đó, lợi ích chi phí hoạt động bắt đầu giảm.

Các vấn đề cụ thể với Digestate và Sludges

Digestate và bùn thường chứa các chất rắn lơ lửng, làm tăng độ nhớt của sản phẩm khi bay hơi, thêm vào các thách thức được mô tả ở trên. Do đó, nếu bạn muốn sử dụng sự bay hơi MVR, bạn sẽ cần phải xử lý trước sản phẩm để loại bỏ càng nhiều chất rắn này càng tốt, thường là thông qua lọc, để đạt được tốc độ truyền nhiệt cần thiết trong bộ trao đổi nhiệt. Một lần nữa, việc thêm bước tiền xử lý này thêm chi phí vốn đáng kể và giảm tiết kiệm năng lượng tiềm năng trong quá trình hoạt động.

Digestate cũng thường chứa từ 2000 đến 3000 ppm amoniac. Việc xử lý trước sản phẩm bằng axit để giảm pH có thể trung hòa amoniac, ngăn không cho nó làm bay hơi và giảm nguy cơ thiệt hại cho máy nén, nhưng một lần nữa, nhu cầu về liều axit này sẽ làm tăng thêm chi phí và độ phức tạp hoạt động. Bạn cũng cần xem xét bản chất của vật liệu và sự kết hợp cần thiết của tiền xử lý hóa học và vật lý.

Vì không có hai bùn giống nhau, tại HRS, chúng tôi luôn kiểm tra vật liệu mà bất kỳ khách hàng nào sẽ làm việc để xác định không chỉ giải pháp trao đổi nhiệt tốt nhất cho quá trình bay hơi, mà còn cần phải xử lý trước.

Kết luận

Làm bay hơi tiêu hóa và bùn bằng MVR chắc chắn là có thể và các bộ trao đổi nhiệt HRS đã cung cấp các hệ thống như vậy khi chúng phù hợp. Tuy nhiên, kinh nghiệm của chúng tôi đã chỉ ra rằng sự xem xét cẩn thận, bao gồm các sửa đổi hệ thống có thể được yêu cầu để đảm bảo sự bay hơi hiệu quả và hiệu quả của dự án, là điều cần thiết để xác định công nghệ phù hợp và tiết kiệm nhất cho mỗi dự án.

Ví dụ, chi phí vốn cao của giải pháp bay hơi do MVR có vượt quá chi phí vận hành giảm không? Đối với nhiều ứng dụng tiêu hóa, các công nghệ bay hơi dựa trên nhiệt truyền thống vẫn là lựa chọn kinh tế tốt nhất, nhưng mọi tình huống phải được đánh giá dựa trên giá trị riêng của nó.

Điều quan trọng là bản chất của sản phẩm được đánh giá và hiểu triệt để, và tất cả các phần cần thiết của một hệ thống hoàn chỉnh được chỉ định và bao gồm ngay từ đầu, để có thể đưa ra quyết định đầu tư chính xác dựa trên tất cả các thông tin cần thiết. Nếu không, bạn có thể kết thúc với một giải pháp đắt tiền không thực hiện như mong đợi.

Chú thích hình ảnh: Tiêu hóa và bùn là thách thức để bốc hơi vì tính chất vật lý và hóa học của chúng. Tín dụng hình ảnh: istock.com/sompong_tom