Évaporateurs à deux étages: évaporateur à film tombant et évaporateur à couche mince en aval

Les systèmes d’évaporation à deux étages sont généralement conçus avec un étage d’évaporation à film descendant, idéal pour la séparation de grandes quantités de solvants. Un évaporateur à couche mince ou un évaporateur à courte distance est ensuite connecté en aval pour une concentration supplémentaire – généralement pour éviter une augmentation significative des températures de fonctionnement ou des viscosités à la suite de la préconcentration effectuée. Le deuxième étage d’évaporation fonctionne souvent à des pressions de fonctionnement plus faibles, par exemple pour permettre des conditions de température plus douces pour les chaudières à haute température. Cela correspond à l’option indiquée dans le diagramme en pointillés.

La solution brute est introduite dans le premier étage d’évaporation, l’évaporateur à film descendant EFF, est répartie uniformément sous forme de film mince sur la circonférence des tubes de l’évaporateur par un système de distribution spécial. La majeure partie du solvant doit être évaporée à ce stade et condensée soit dans le condenseur E12, soit à des pressions de fonctionnement différentes dans l’évaporateur en aval dans le condenseur séparé E11 et déchargée sous forme de distillat. Le préconcentré de l’évaporateur à film descendant s’écoule dans le deuxième étage d’évaporation, généralement un évaporateur à film mince. Ici, les composants restants sont séparés du concentré par évaporation, puis principalement pour des viscosités plus élevées, des teneurs en solides plus élevées ou à des pressions de fonctionnement plus faibles pour éviter des températures de traitement élevées. La partie évaporée de l’E02 est condensée en E12 et déchargée en continu sous forme de distillat par une pompe P03. De même, le concentré de l’évaporateur E02 est évacué par la pompe P02.

Les pompes à vide VP01 et VP11 sont utilisées pour régler les conditions de processus souhaitées telles que la pression et la température, et les thermostats (de laboratoire et à l’échelle pilote) sont utilisés pour le chauffage, l’évaporation et la condensation. À l’échelle de la production, les sources d’énergie classiques telles que la vapeur, l’huile thermique ou l’eau de refroidissement, la saumure et le glycol sont utilisées. Pour les procédés comportant de plus grandes quantités de solvants et de faibles augmentations de la température d’ébullition – qui sont typiques de l’étape de l’évaporateur à film descendant – des systèmes de récupération d’énergie tels que la recompression mécanique de la vapeur peuvent être mis en œuvre, ce qui minimise le besoin de recourir aux sources d’énergie classiques.

  • Evaporateurs à faible rétention donc temps de séjour court, avec une distribution étroite du temps de séjour et des conditions de fonctionnement douces pour:
    • Systèmes de laboratoire et pilotes en acier inoxydable avec verre borosilicaté 3.3 de conception standardisée, adaptations optionnelles spécifiques au processus
    • Systèmes de production en acier inoxydable dans une conception spécifique au processus et au client
  • Systèmes d’évaporateurs supplémentaires modulaires en fonction des exigences du processus, par exempl:
    • Boîte Flash
  • Directives spécifiques aux processus et aux clients, par exemple les normes ATEX, DGRL, FDA, GAMP, ASME, UL.
  • Convient aux médias ayant des exigences accrues:
    • Médias visqueux et très visqueux
    • Médias sensibles à la chaleur
    • Médias contenant des solides
  • Médias à haut point de fusion
  • Etudes de faisabilité ou expertise existante pour des applications types
    • Acides gras et dérivés d’acides gras
    • Sous-produits issus de la production d’huile alimentaire
    • Les polymères spéciaux ou oligomères
    • Produits pharmaceutiques et cosmétiques
    • Produits chimiques spécialisés
    • Parfums et arômes

Systèmes d’évaporateurs de laboratoire & pilotes et tests préliminaires

Pour de nombreuses applications, outre la composition du distillat et/ou du résidu ou du concentré, les propriétés du produit telles que l’odeur et la couleur sont également importantes. De même, il faut tenir compte des effets possibles qui peuvent se produire pendant l’évaporation, tels que la formation de mousse ou l’encrassement de la surface de transfert de chaleur. Ces dernières propriétés ne peuvent être déterminées ou estimées théoriquement, mais nécessitent la possibilité d’une évaluation visuelle du processus d’évaporation. La meilleure façon de mettre en œuvre cette approche est de l’utiliser dans les laboratoires et les installations pilotes de COROSYS, qui peuvent être assemblés individuellement selon un système modulaire.

Une fois la faisabilité de base établie, les paramètres du processus doivent être vérifiés afin de concevoir une installation de production, c’est-à-dire qu’il faut déterminer le transfert de chaleur et les taux d’évaporation maximums par surface ou le nombre pratique d’étapes ainsi que les rendements et les qualités réalisables. À cette fin, COROSYS dispose d’une série standardisée d’installations pilotes en acier inoxydable (éventuellement aussi des matériaux spéciaux) de différentes tailles et conceptions.

Pour les nouvelles tâches d’évaporation ou de distillation, COROSYS propose des services internes allant de la recherche documentaire, des simulations thermodynamiques et des essais en laboratoire jusqu’au pilotage de systèmes individuels ou de combinaisons d’évaporateurs à film tombant (EFF), à film mince (ETF) et à courte distance (ESF), si nécessaire également en combinaison avec la rectification (ERF).

Les principaux objectifs et possibilités des études préliminaires/distillations d’essai ainsi que des laboratoires et des installations pilotes sont à nouveau brièvement et clairement résumés dans le tableau suivant:

Études préliminaires/distillations d’essai Systèmes de Laboratoire Systèmes pilotes
Recherche de littérature/brevets, détermination des données sur les substances, modélisation thermodynamique de l’évaporation/rectification Contrôle de faisabilité Détermination détaillée des données du procédé sur la base d’une étude de faisabilité et d’un système d’évaporateur préréglé
Acier inoxydable avec verre borosilicaté 3,3 Acier inoxydable avec verre borosilicaté 3.3, éventuellement d’autres matériaux L’acier inoxydable, éventuellement d’autres matériaux
Tests pour déterminer la faisabilité / la sélectivité Essais en laboratoire, principalement avec un système d’évaporation à film présélectionné Ingénierie de l’usine de production avec dimensionnement des appareils et des supports
Comparaison des différents systèmes d’évaporation à film et présélection ultérieure Détermination des paramètres du processus de redressement ainsi que des rendements et qualités réalisables Détermination détaillée des paramètres du processus ainsi que des rendements et qualités réalisables
Évaluation visuelle du comportement du système (couleur, odeur, mousse, solides, dépôts,…) Prise en compte et évaluation visuelle du comportement du système (couleur, odeur, mousse, solides, …) Prise en compte du Comportement du système (couleur, odeur, mousse, solides, dépôts,…)
Coordination de l’analyse Quantités d’échantillons ou petites quantités de production Plus grandes quantités d’échantillons ou petites quantités de production

Systèmes standard et options pour les systèmes de laboratoire et de pilotage

Pour les systèmes d’évaporation à deux étages, il existe de nombreuses options énumérées et sélectionnables ci-dessous. Les options ne représentent pas une caractérisation complète, mais sont destinées à montrer les possibilités pour le client et à soutenir la création efficace d’un concept de faisabilité, dans la mesure où la caractérisation n’est pas faite via le questionnaire pour les procédés d’évaporation.

Domaine Option
Lignes directrices
  • Conditions d’utilisation autorisées (produit) …../..… barg & ..…/….. °C
  • Directive ATEX 2014/34EU, zone EX …../..… (intérieur/extérieur), II ….., T …..
  • Lignes directrices sur les FDA
  • Autres lignes directrices: …….………………………….
Matériel
  • G – acier inoxydable (1.4571/1.4404) / verre borosilicaté 3.3
  • S – acier inoxydable (1.4571/1.4404)
  • X – matériel de remplacement: …….………………………….
Feed
  • F1 – Entonnoir doseur
  • F2 – Pompe
  • F3 – Modèle pour le fonctionnement des pompes
  • FX – autres options d’alimentation: …….………………………….
Evaporateur
  • E1R – Système d’essuyage et de distribution, type rouleaux
  • E1P – Système d’essuyage et de distribution, type Profil
  • E2L – Vague Bague d’étanchéité
  • E2M – couplage magnétique
  • E2X – système d’étanchéité de vague déviant…………………….
Système de vide
  • V1 – Pompe à palettes, environ 0,1 – 10 mbara
  • V2 – Pompe à vide à membrane, environ 10 – 1 000 mbara
  • V3 – Pompe à diffusion d’huile, environ 0,1 – 10 mbara
  • VX – Combinaison d’autres pompes à vide: …….………………………….,
    Quantité souhaitée ..… Nm³/h et pression de service ..… mbara
Piège à froid
  • C1 – Piège à froid, verre borosilicaté 3.3, pour la glace sèche ou l’azote liquide
  • C2 – Piège à froid, en acier inoxydable, pour la glace sèche ou l’azote liquide
  • C3 – Piège à froid, acier inoxydable/verre borosilicaté 3.3, électrique
Concert de décharge. & distillat
  • A1 – Décharge dans l’araignée (3 fois)
  • A2 – Décharge dans une ampoule de verre
  • A3 – Déchargement dans un récipient de mesure coupé
  • A4 – Pompe de décharge
Contrôle de la température1)
  • T1Y – Alimentation Y = T, S, E …………°C
  • T2Y – Évaporateur Y = T, S …………°C
  • T3Y – Condensateur Y = C, CW …………°C
  • T4Y – Piège à froid Y = CW, E …………°C
  • T5Y – Distillat de charge Y = C, CW …………°C
  • T6Y – Concentr de rejets Y = C, CW …………°C
  • TXY – Autres: …….…………………………. Y = ….., …………°C
Divers
  • S1 – Châssis en acier inoxydable, mobile, avec bac d’égouttage, L, P sans revêtement de protection
  • S1X – Les écarts souhaités: …….………………………….
  • S2 – Commande manuelle, affichage local de la température et de la pression, interrupteur d’arrêt d’urgence L, P
  • S2X – Les écarts souhaités: …….………………………….
1) T=Thermostat S=Vapeur E=Électricité C=Liquide réfrigérant CW=Eau de refroidissement

Systèmes d’évaporation à l’échelle de la production

Les évaporateurs à film tombant peuvent être combinés très efficacement avec des évaporateurs à film mince et à court trajet à l’échelle de production pour de nombreuses applications connues et également pour de nombreux nouveaux procédés qui ont été dimensionnés à l’avance par des études et des tests. Les installations de production sont de préférence conçues sous forme d’unités d’emballage. Cela réduit l’effort de planification d’une part et, en particulier, le temps d’installation et de mise en service chez le client d’autre part.

Les systèmes d’évaporation à deux étages à l’échelle de la production sont dimensionnés individuellement pour les processus du client. Les tailles d’évaporateur typiques et les plus courantes vont de 2,5 m² à plus de 100 m² pour l’étage d’évaporation à film tombant et plusieurs mètres carrés de surface d’évaporation pour l’étage d’évaporation à film mince ou à court trajet. Pour les grandes unités, on tente d’intégrer un système de récupération de chaleur adapté au processus respectif dans l’étape de l’évaporateur à film tombant, par exemple en préchauffant le flux d’alimentation avec des flux de produits chauds ou par la recompression mécanique de la vapeur.

En outre, des processus de nettoyage cycliques spécifiques sont souvent nécessaires, que nous serions heureux de développer avec vous.

La construction des systèmes de production est réalisée conformément aux directives requises telles que la DGRL 2014/68 UE ou ASME, ATEX 2014/34 UE, les normes UL, les directives GMP, TA-Luft et la directive machines 2006/42/EG.

Le fonctionnement, également à l’échelle pilote et de laboratoire, se fait à des températures allant jusqu’à 250 °C dans l’évaporateur et à des pressions de travail allant jusqu’à 1 mbar absolu pour les systèmes EFF et ETF et jusqu’à 10-3 mbar absolu pour les systèmes ESF.