การประยุกต์ใช้เครื่องกลั่นแบบทางสั้นชนิดฟิล์มเช็ด

1. บทนำ
เทคโนโลยีการแยกเป็นหนึ่งในสามเทคโนโลยีหลักของการผลิตสารเคมี กระบวนการแยกมีผลกระทบอย่างมากต่อคุณภาพผลิตภัณฑ์ ประสิทธิภาพ การใช้พลังงาน และผลกำไร เครื่องกลั่นแบบกวนเชิงกลระยะสั้น TFE เป็นอุปกรณ์ที่ใช้ในการแยกสารโดยอาศัยความผันผวนของวัสดุ อุปกรณ์นี้มีค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนสูง อุณหภูมิการระเหยต่ำ เวลาในการอยู่ในระบบสั้น ประสิทธิภาพความร้อนสูง และความเข้มของการระเหยสูง จึงมีการใช้งานอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมปิโตรเคมี เคมีภัณฑ์ชั้นดี เคมีภัณฑ์ทางการเกษตร อาหาร ยา และวิศวกรรมชีวเคมี เพื่อดำเนินการกระบวนการระเหย การทำให้เข้มข้น การกำจัดตัวทำละลาย การทำให้บริสุทธิ์ การลอกด้วยไอน้ำ การกำจัดก๊าซ การกำจัดกลิ่น ฯลฯ

เครื่องกลั่นแบบทางสั้น (Short Path Distillation) เป็นเครื่องระเหยแบบใหม่ที่มีประสิทธิภาพสูง สามารถทำการระเหยแบบฟิล์มไหลลงภายใต้สภาวะสุญญากาศ โดยฟิล์มจะถูกสร้างขึ้นโดยตัวสร้างฟิล์มแบบหมุน ทำให้มีอัตราการไหลสูง ประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อนสูง และเวลาในการอยู่ในระบบสั้น (ประมาณ 5-15 วินาที) นอกจากนี้ยังมีค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนสูง ความแรงในการระเหยสูง เวลาการไหลสั้น และความยืดหยุ่นในการใช้งานสูง เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการทำให้เข้มข้นโดยการระเหย การกำจัดแก๊ส การกำจัดตัวทำละลาย การกลั่น และการทำให้บริสุทธิ์ของวัสดุที่ไวต่อความร้อน วัสดุที่มีความหนืดสูง และวัสดุที่มีผลึกและอนุภาคขนาดเล็ก ประกอบด้วยกระบอกสูบหนึ่งหรือหลายกระบอกที่มีปลอกหุ้มสำหรับให้ความร้อน และตัวสร้างฟิล์มที่หมุนอยู่ภายในกระบอกสูบ ตัวสร้างฟิล์มจะขูดวัสดุที่ป้อนเข้าไปอย่างต่อเนื่องให้เป็นฟิล์มของเหลวที่สม่ำเสมอบนพื้นผิวที่ให้ความร้อนและดันลงด้านล่าง ในระหว่างนั้นส่วนประกอบที่มีจุดเดือดต่ำจะระเหยและสารตกค้างจะถูกระบายออกจากด้านล่างของเครื่องระเหย

II. คุณลักษณะด้านประสิทธิภาพ
•แรงดันตกคร่อมสุญญากาศต่ำ:
เมื่อก๊าซที่ระเหยกลายเป็นไอของวัสดุเคลื่อนที่จากพื้นผิวทำความร้อนไปยังคอนเดนเซอร์ภายนอก จะเกิดความแตกต่างของความดันขึ้น ในเครื่องระเหยแบบทั่วไป ความแตกต่างของความดัน (Δp) มักจะค่อนข้างสูง บางครั้งอาจสูงจนยอมรับไม่ได้ ในทางตรงกันข้าม เครื่องกลั่นแบบทางสั้นมีพื้นที่ก๊าซขนาดใหญ่กว่า ซึ่งความดันเกือบเท่ากับความดันในคอนเดนเซอร์ ดังนั้นจึงมีความแตกต่างของความดันน้อย และระดับสุญญากาศสามารถต่ำกว่าหรือเท่ากับ 1 Pa ได้
• อุณหภูมิการทำงานต่ำ:
เนื่องจากคุณสมบัติดังกล่าว กระบวนการระเหยจึงสามารถดำเนินการได้ที่ระดับสุญญากาศสูง เนื่องจากระดับสุญญากาศเพิ่มขึ้น จุดเดือดของวัสดุที่เกี่ยวข้องจะลดลงอย่างรวดเร็ว ดังนั้นจึงสามารถดำเนินการได้ที่อุณหภูมิต่ำลง และการสลายตัวทางความร้อนของผลิตภัณฑ์จึงลดลงตามไปด้วย
• ใช้เวลาในการทำความร้อนสั้น:
เนื่องจากโครงสร้างที่เป็นเอกลักษณ์ของเครื่องกลั่นแบบทางสั้นและการทำงานของปั๊มในอุปกรณ์พ่นฟิล์ม ทำให้ระยะเวลาที่วัสดุอยู่ในเครื่องระเหยสั้นลง นอกจากนี้ การไหลเวียนอย่างรวดเร็วของฟิล์มในเครื่องระเหยความร้อนทำให้ผลิตภัณฑ์ไม่สามารถเกาะติดอยู่บนพื้นผิวของเครื่องระเหยได้ ดังนั้นจึงเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการระเหยของวัสดุที่ไวต่อความร้อน

• อัตราการระเหยสูง:
การลดจุดเดือดของวัสดุจะเพิ่มความแตกต่างของอุณหภูมิของตัวกลางที่ได้รับความร้อน ส่วนการทำงานของอุปกรณ์สร้างฟิล์มจะช่วยลดความหนาของฟิล์มของเหลวในสภาวะปั่นป่วนและลดความต้านทานความร้อน ขณะเดียวกัน กระบวนการนี้ยังช่วยยับยั้งการจับตัวเป็นก้อนและการเกาะติดของวัสดุบนพื้นผิวทำความร้อน และส่งผลให้เกิดการแลกเปลี่ยนความร้อนที่ดี จึงช่วยเพิ่มค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนโดยรวมของเครื่องระเหย

• ความยืดหยุ่นในการดำเนินงานสูง:
เนื่องจากคุณสมบัติเฉพาะตัว เครื่องระเหยแบบฟิล์มขูดจึงเหมาะสำหรับการบำบัดวัสดุที่ไวต่อความร้อนซึ่งต้องการการระเหยที่ราบเรียบและสม่ำเสมอ รวมถึงวัสดุที่มีความหนืดสูงซึ่งความหนืดเพิ่มขึ้นอย่างมากเมื่อความเข้มข้นเพิ่มขึ้น เนื่องจากกระบวนการระเหยของเครื่องนี้ราบเรียบและสม่ำเสมอ

นอกจากนี้ยังเหมาะสำหรับการระเหยและการกลั่นวัสดุที่มีอนุภาค หรือในกรณีของการตกผลึก การเกิดพอลิเมอร์ และการอุดตัน

III. ขอบเขตการใช้งาน
เครื่องระเหยแบบฟิล์มขูดถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในโครงการแลกเปลี่ยนความร้อน ช่วยในการแลกเปลี่ยนความร้อนของวัสดุที่ไวต่อความร้อน (ในระยะเวลาสั้น) โดยเฉพาะอย่างยิ่ง และสามารถกลั่นผลิตภัณฑ์ที่ซับซ้อนได้ด้วยฟังก์ชันต่างๆ ของมัน
เครื่องระเหยแบบฟิล์มขูดถูกนำมาใช้ในการทำให้เข้มข้นโดยการระเหย การกำจัดตัวทำละลาย การลอกด้วยไอน้ำ ปฏิกิริยา การกำจัดก๊าซ การกำจัดกลิ่น (การไล่อากาศ) ฯลฯ ในด้านต่างๆ ดังต่อไปนี้ และได้ผลลัพธ์ที่ดี:

ยาแผนโบราณจีนและยาแผนตะวันตก: ยาปฏิชีวนะ, น้ำเชื่อม, เถาวัลย์เทพเจ้าสายฟ้า, แอสตรากาลัสและสมุนไพรอื่นๆ, เมทิลอิมิดาโซล, ไนไตรล์อะมีนเดี่ยว และสารตัวกลางอื่นๆ

อาหารแปรรูประดับอุตสาหกรรมเบา: น้ำผลไม้ น้ำเกรวี่ สีผสมอาหาร สารแต่งกลิ่นรส น้ำหอม ไซมิน กรดแลคติก ไซโลส น้ำตาลแป้ง โพแทสเซียมซอร์เบต เป็นต้น

น้ำมันและสารเคมีที่ใช้ในชีวิตประจำวัน: เลซิติน, วิตามินซี, น้ำมันตับปลา, กรดโอเลอิก, กลีเซอรอล, กรดไขมัน, น้ำมันหล่อลื่นเหลือใช้, อัลคิลโพลีไกลโคไซด์, แอลกอฮอล์อีเทอร์ซัลเฟต เป็นต้น

เรซินสังเคราะห์: เรซินโพลีอะไมด์, เรซินอีพ็อกซี, พาราฟอร์มาลดีไฮด์, PPS (โพลีโพรพิลีนเซบาเคตเอสเทอร์), PBT, ฟอร์มิกแอซิดอัลลิลเอสเทอร์ เป็นต้น

เส้นใยสังเคราะห์: PTA, DMT, เส้นใยคาร์บอน, โพลีเตตระไฮโดรฟิวแรน, โพลีอีเทอร์โพลีออล เป็นต้น

ปิโตรเคมี: TDI, MDI, ไตรเมทิลไฮโดรควินอน, ไตรเมทิลอลโพรเพน, โซเดียมไฮดรอกไซด์ เป็นต้น

สารกำจัดศัตรูพืชทางชีวภาพ: อะซีโตคลอร์, เมโทลาคลอร์, คลอร์ไพริฟอส, ฟิวแรนฟีนอล, โคลมาโซน, สารฆ่าแมลง, สารกำจัดวัชพืช, สารกำจัดไร ฯลฯ

น้ำเสีย: น้ำเสียจากเกลืออนินทรีย์