מאיידים במעבדה

על פי תנועת התמיסה במאייד, ישנם:

תכונות המוצר

מאייד במחזור

מאייד מסוג זה מאפשר לתמיסה להסתובב במאייד. בשל סיבות שונות למחזור הדם, ניתן לחלק אותה לשתי קטגוריות: זרימת דם טבעית ומחזור מאולץ.
1. מאייד צינור מחזור מרכזי, המכונה גם מאייד סטנדרטי. תא החימום שלו מורכב מצרורות צינורות אנכיים, עם צינור מחזור מרכזי בקוטר גדול באמצע, ושאר צינורות החימום בקוטר הקטן יותר נקראים צינורות רותחים. בשל הגודל הגדול יותר של צינור המחזור המרכזי, משטח העברת החום התפוס ביחידת נפח תמיסה קטן מזה שתפוס ביחידת נפח תמיסה בצינור הרותח. משמעות הדבר היא שמידת החימום של התמיסה בצינור המחזור המרכזי ובצינורות החימום האחרים שונה, וכתוצאה מכך צפיפות נמוכה יותר של תערובת האדים -נוזל בצינור הרותח מאשר בצינור המחזור המרכזי. בנוסף, אפקט השאיבה כלפי מעלה של הקיטור העולה יגרום לתמיסה במאייד ליצור זרימה מחזורית מצינור המחזור המרכזי היורד אל הצינור הרותח העולה. סוג זה של מחזור נגרם בעיקר מהפרש הצפיפות של התמיסה, ולכן הוא נקרא מחזור טבעי. השפעה זו מועילה לשיפור יעילות העברת החום בתוך המאייד.
על מנת להבטיח זרימה טובה של התמיסה, שטח החתך- של צינור המחזור המרכזי הוא בדרך כלל 40-100% משטח החתך הכולל של צינורות חימום אחרים; גובה צינור החימום הוא בדרך כלל 1-2 מטר; קוטר צינור החימום הוא בין 25-75 מ"מ. סוג זה של מאייד נמצא בשימוש נרחב בשל המבנה הקומפקטי שלו, הייצור הקל, העברת החום הטובה והפעולה האמינה שלו. עם זאת, בשל מגבלות מבניות, מהירות הרכיבה אינה גבוהה. על ידי מחזור רציף של התמיסה בתא החימום, הריכוז שלה תמיד מתקרב לזה של התמיסה המלאה, וכתוצאה מכך נקודת רתיחה גבוהה של התמיסה וירידה בהפרש הטמפרטורה האפקטיבי. זהו חסרון נפוץ של מאיידים במחזור. בנוסף, הניקוי והתחזוקה של הציוד אינם נוחים מספיק, כך שמאייד זה מתקשה לעמוד במלוא דרישות הייצור.

2. על מנת להתגבר על החסרונות של התגבשות קלה, אבנית וניקוי קשה של נוזל האידוי במאייד המסתובב, נעשה שיפור סביר יותר במבנה המאייד הסטנדרטי, שהוא מאייד הסל התלוי. תא החימום 4 הוא כמו סל, תלוי בחלק התחתון של מעטפת המאייד, ומוחלף בצינור מחזור מרכזי עם תעלה טבעתית בין הקיר החיצוני של תא החימום לדופן הפנימית של המאייד. התמיסה עולה לאורך מרכז צינור החימום ואז זורמת כלפי מטה לאורך המרווח הטבעתי בין הקיר החיצוני של תא החימום התלוי לסל והדופן הפנימית של המאייד כדי ליצור מחזור. בגלל ששטח הרווח הטבעתי הוא בערך 100 עד 150% משטח החתך הכולל של צינור החימום, מהירות מחזור התמיסה גבוהה מזו של מאייד רגיל, ומגיעה עד 1.5 מטר/שניה. בנוסף, ניתן להסיר את תא החימום של המאייד הזה מלמעלה לצורך תחזוקה או החלפה, וגם איבוד החום קטן יחסית. החיסרון העיקרי שלו הוא המבנה המורכב שלו וצריכת המתכת הגבוהה ליחידת שטח העברת חום.

3. למאייד המחזור הטבעי שהוזכר לעיל יש מהירות מחזור שאינה גבוהה מספיק, בדרך כלל מתחת ל-1.5 מטר/שניה. כדי להפוך את המאייד למתאים יותר לאידוי תמיסות בעלות צמיגות גבוהה, התגבשות קלה או אבנית חמורה, ולהגביר את מהירות מחזור התמיסה כדי להאריך את מחזור הפעולה ולהפחית את מספר זמני הניקוי.
המאפיין המבני שלו הוא תוספת של תא רתיחה על גבי תא החימום. התמיסה בתא החימום אינה רותחת בצינור החימום בגלל הלחץ הסטטי שמוסיף עמודת הנוזל בתא הרתיחה. הוא יכול להתחיל לרתוח רק כאשר הוא עולה לתא הרתיחה והלחץ יורד. לכן, הרתיחה והאיידוי של התמיסה עוברים מתא החימום לתא ההרתחה ללא משטח העברת חום, ובכך נמנעים היווצרות של גבישים או לכלוך בצינור החימום. בנוסף, שטח החתך- של צינור המחזור של המאייד הזה הוא בערך פי 2- משטח החתך הכולל של צינור החימום, ומהירות מחזור התמיסה יכולה להגיע ל-2.5 עד 3 מ'/שניה או יותר, כך שמקדם העברת החום הכולל גבוה גם הוא יחסית. החיסרון העיקרי של המאייד הזה הוא אובדן הפרש הטמפרטורות הגדול שנגרם כתוצאה מהשפעת ראש הלחץ הסטטי של עמודת הנוזל (ראה 6.3.1 לפרטים). על מנת לשמור על הפרש טמפרטורות יעיל מסוים, נדרש לחץ גבוה לחימום הקיטור. בנוסף, הציוד גדול, צורך חומרים רבים ודורש מפעלים גבוהים. בנוסף למאייד המחזור הטבעי שהוזכר לעיל, נעשה שימוש במאייד מחזור מאולץ גם בעת אידוי של חומרים בעלי צמיגות גבוהה, התגבשות קלה ואבנית. במאייד זה, סירקולציה של התמיסה מסתמכת בעיקר על כוח חיצוני, הנאלץ לזרום בכיוון מסוים על ידי משאבה כדי ליצור סירקולציה. ניתן לשלוט בגודל מהירות המחזור על ידי התאמת קצב הזרימה של המשאבה, בדרך כלל מעל 2.5 מטר/שניה. מקדם העברת החום של מאייד מחזור כפוי גבוה גם מזה של מחזור טבעי כללי. אבל החיסרון הברור שלו הוא צריכת אנרגיה גבוהה, הדורשת כ-0.4-0.8 קילוואט למ"ר של שטח חימום.

מאייד-חד כיווני

התכונה העיקרית של סוג זה שלמאיידים במעבדההוא שהתמיסה עוברת דרך תא החימום רק פעם אחת במאייד ונפלטת כנוזל מרוכז ללא זרימה במחזור. כאשר התמיסה עוברת דרך תא החימום, היא זורמת בצורת סרט על דופן הצינור, ולכן היא ידועה כמאייד סרט נוזלי. על פי כיווני הזרימה השונים של החומרים במאייד, מאיידים במעבר יחיד מחולקים לסוגים הבאים.
1. תא החימום של מאייד סרט עולה מורכב מצינורות ארוכים אנכיים רבים. קוטר צינור החימום הנפוץ הוא 25-50 מ"מ, והיחס בין אורך הצינור לקוטר הצינור הוא בערך 100-150. לאחר החימום מראש, הנוזל מוכנס מתחתית המאייד ומחמם בצינור החימום, רותח ומתאדה במהירות. הקיטור שנוצר עולה במהירות גבוהה בצינור החימום. מהירות קיטור היציאה המתאימה לפעולת לחץ רגילה היא 20-50m/s, ולפעולת לחץ מופחת, מהירות הקיטור יכולה להגיע ל-100-160m/s או אפילו יותר. התמיסה מונעת על ידי הקיטור העולה, עולה בסרט לאורך דופן הצינור וממשיך להתאדות. תערובת האדים והנוזל מופרדת במפריד 2, והנוזל המלא נפלט מתחתית המפריד, בעוד הקיטור המשני נפלט מלמעלה. יש לציין שאם כמות המים המתאדה מהנוזל אינה גדולה, יהיה קשה להשיג את מהירות האדים הנדרשת, כלומר, מאייד הסרט העולה אינו מתאים לאידוי תמיסות מרוכזות; זה גם לא מתאים לחומרים בעלי צמיגות גבוהה, התגבשות קלה או קנה המידה.

2. ההבדל בין מאייד הסרט נופל למאייד הסרט העולה הוא שנוזל ההזנה מתווסף מהחלק העליון של המאייד, ותחת פעולת הכבידה הוא יוצר סרט כמו ירידה לאורך דופן הצינור, ומתאדה ומתעבה בתהליך זה, ומקבל נוזל מרוכז בתחתיתו. בשל מנגנון יצירת הסרט- השונה ממאייד הסרט העולה, מאייד הסרט הנופל יכול לאדות חומרים בעלי ריכוז גבוה יותר, צמיגות (כגון בטווח של 0.05-0.45Ns/m2) ורגישות תרמית. עם זאת, בשל הפיזור הלא אחיד של הסרט הנוזלי בתוך הצינור ומקדם העברת החום הקטן יותר בהשוואה למאייד הסרט העולה, הוא עדיין אינו מתאים לחומרים הנוטים להתגבשות או להצטברות.
בשל הזרימה דמוית הסרט של התמיסה במאייד החד-כיווני, מקדם העברת החום ההסעה משתפר מאוד, ומאפשר לתמיסה להגיע לריכוז הנדרש במעבר אחד דרך תא החימום ללא זרימה נוספת. לכן, יש לו יתרונות גדולים יותר מאשר מאייד המחזור. היתרונות של אי זרימת התמיסה כוללים: (1) זמן השהייה של התמיסה במאייד קצר מאוד, מה שהופך אותה למתאימה במיוחד לאידוי חומרים רגישים לתרמיים; (2) ריכוז התמיסה כולה לא תמיד קרוב לריכוז הנוזל המוגמר כמו בסוג המחזור, ולכן הפרש הטמפרטורה האפקטיבי של המאייד הזה גדול יחסית. החיסרון העיקרי שלו הוא שהוא די רגיש לתנודות בעומס ההזנה, וכאשר העיצוב או הפעולה אינם מתאימים, לא קל ליצור סרט. בשלב זה, מקדם העברת החום ההסעה יקטן באופן משמעותי.

3. למאייד המגרד יש מעיל קיטור חימום בתוך מעטפת המאייד, המצויד בלהבים או מגרדים סיבוביים. ישנם שני סוגים של מגרדים: סוג קבוע וסוג רוטור. הפער בין הראשון לדופן הפנימית של הקליפה הוא 0.5-1.5 מ"מ, בעוד שהפער בין האחרון לקיר משתנה בהתאם למספר הסיבובים של הרוטור. את הנוזל מוסיפים לאורך כיוון המשיק מהחלק העליון של המאייד (מוסיפים גם למגש החומר בקואקסיאלי עם המגרד). עקב כוח הכבידה, הכוח הצנטריפוגלי ופעולת המגרד המסתובב, התמיסה יוצרת סרט של סיבוב כלפי מטה על הדופן הפנימית של המכשיר, ומתאדה ומתרכזת במהלך תהליך זה, ומשלימה את פריקת הנוזל בתחתיתו. מאייד מסוג זה הוא מאייד חד כיווני המשתמש בכוח חיצוני ליצירת סרט. היתרון הבולט שלו הוא יכולת ההסתגלות החזקה שלו לחומרים וזמן שהייה קצר, בדרך כלל שניות בודדות או עשרות שניות, מה שהופך אותו למתאים לצמיגות גבוהה (כגון תמצית טאנין, דבש וכו') וחומרים המועדים להתגבשות, קשקשים ורגישות לחום. אבל המבנה שלו מורכב וצורך הרבה חשמל, ודורש כ-1.5-3kW למ"ר של משטח העברת חום. בנוסף, יכולת העיבוד שלו קטנה מאוד ודרישות הייצור וההתקנה גבוהות.

מאייד עם העברת חום במגע ישיר

בייצור בפועל,מאיידים במעבדהעם מגע ישיר העברת חום משמשים לפעמים. הוא מערבב דלק (בדרך כלל גז ושמן) עם אוויר ושורף אותו בתא בעירה שקוע בתמיסה, מייצר להבות-בטמפרטורה גבוהה ועשן שמרוססים ישירות לתוך התמיסה המתאדה דרך חרירים בתחתית תא הבעירה. גז ותמיסה בטמפרטורה גבוהה באים במגע ישיר, בעוד שהעברת חום מתרחשת לאידוי ולאידוי מים. אדי המים וגז הפליטה המתקבלים נפלטים יחד מהחלק העליון של המאייד. עומק הטבילה של תא הבעירה שלו בתמיסה הוא בדרך כלל 0.2-0.6 מ', והטמפרטורה של הגז היוצא מתא הבעירה יכולה להגיע ליותר מ-1000 מעלות. עקב העברת חום במגע ישיר, אפקט העברת החום שלו טוב מאוד וקצב ניצול החום גבוה. בשל היעדר קיר העברת חום קבוע, המבנה פשוט ומתאים במיוחד לאידוי חומרים המועדים להתגבשות, אבנית וקורוזיה. נעשה בו שימוש נרחב בטיפול בחומצות פסולת ואידוי תמיסת אמוניום גופרתי. אבל אם הנוזל המתאדה אינו רשאי להיות מזוהם בעשן, אז סוג זה של מאייד בדרך כלל אינו מתאים. ובשל נוכחות כמות גדולה של עשן, השימוש בקיטור משני מוגבל. בנוסף, הזרבובית נוטה יותר לנזק עקב טבילה בנוזל בטמפרטורה גבוהה. מההקדמה לעיל, ניתן לראות כי ישנם סוגים מבניים רבים של מאיידים, לכל אחד יתרונות, חסרונות ומצבים ישימים משלו. בעת הבחירה, הדבר הראשון שיש לקחת בחשבון הוא האם הוא יכול להסתגל למאפייני התהליך של החומר המאוד, לרבות צמיגותו, רגישות תרמית, קורוזיביות, והאם הוא נוטה להתגבשות או קנה המידה. לאחר מכן, נדרש מבנה פשוט, ייצור קל, צריכת מתכת נמוכה, תחזוקה נוחה, אפקט העברת חום טוב וכן הלאה.