Destylacja próżniowa - do czego służy i jak działa?

Woda jest obecna w praktycznie każdym procesie przemysłowym; jest wykorzystywana nie tylko do wytwarzania produktów, ale także do różnych celów towarzyszących procesowi produkcji. Może to być czyszczenie, przetwarzanie, rozcieńczanie, chłodzenie lub transport.

Woda jest niezbędna w produkcji niemal każdego produktu, niezależnie od tego, czy jest to samochód, czy wykałaczka. Ogromna ilość wody jest zużywana w produkcji papieru, żywności i chemikaliów. Ta tak zwana woda przemysłowa generowana w procesach produkcyjnych jest zwykle zanieczyszczona po procesie produkcyjnym i zanieczyszczona metalami ciężkimi, olejami lub solami, a także innymi substancjami budzącymi obawy.

Zanieczyszczona woda może spowodować poważne szkody dla środowiska, jeśli zostanie zwrócona do publicznej sieci wodociągowej bez wcześniejszego oczyszczenia. Dlatego skuteczną długoterminową strategią jest oczyszczanie zanieczyszczonej wody bezpośrednio w zakładzie, w którym została wyprodukowana, ponieważ zanieczyszczenia zwykle stanowią tylko niewielką część około 2-3% ścieków, a oczyszczona woda może być również ponownie wykorzystana bezpośrednio w zakładzie.

Instalacja destylacji próżniowej doskonale nadaje się do tego celu, ponieważ jest wysoce energooszczędna w porównaniu z odparowywaniem atmosferycznym.

1. Czym jest destylacja próżniowa?

Destylacja próżniowa została wyjaśniona w prosty sposób: Ścieki są odparowywane, brud pozostaje z tyłu, unosząca się para jest wolna od zanieczyszczeń. Kondensat, zwany również destylatem, może być ponownie wykorzystany w produkcji. W ten sposób ze 100% ścieków powstaje około 98% czystej wody i tylko 2% pozostałości, które można zutylizować przy minimalnych kosztach. Podstawową zasadą fizyczną jest separacja substancji według różnic temperatury wrzenia.

Ta metoda destylacji próżniowej oszczędza również energię, ponieważ woda odparowuje pod próżnią w temperaturze 80 stopni Celsjusza zamiast 100 stopni Celsjusza. Ma to duży wpływ na ilość zużywanej energii. Ze względu na zastosowanie wymienników ciepła i ponowne wykorzystanie ciepła parowania w systemie, konfiguracja destylacji próżniowej zużywa stosunkowo mało energii elektrycznej. Inny artykuł na temat efektywności kosztowej można znaleźć tutaj.

2. Parowanie a destylacja próżniowa  

Parowanie jest bardzo oczywistym zjawiskiem, ponieważ można je bardzo łatwo zaobserwować w przyrodzie, a także w gospodarstwie domowym, np. sól pozostaje, gdy słona woda, taka jak woda morska, odparowuje. Odparowana woda spada z powrotem na ziemię w postaci czystego, pozbawionego soli deszczu. Innym przykładem z gospodarstwa domowego może być para wodna, która zbiera się jako kondensat na pokrywce garnka. Kondensat jest czystą wodą i nie zawiera soli obecnej w wodzie z makaronu.

Część procesu destylacji próżniowej nazywana jest odparowaniem próżniowym. Odparowanie próżniowe to proces, w którym ciecz jest odparowywana w niższej temperaturze niż normalnie. Zasada destylacji próżniowej polega na obniżeniu ciśnienia atmosferycznego w naczyniu zawierającym ciecz poniżej ciśnienia pary cieczy. Proces ten można zastosować do dowolnej cieczy. Jednak proces odparowywania próżniowego jest zwykle kojarzony z efektem, w którym wodę można doprowadzić do wrzenia w normalnej temperaturze pokojowej. Zaletą tej metody jest to, że do odparowania można wykorzystać również energię sprężania (mechaniczna rekompresja pary), a do kondensacji nie jest wymagana energia zewnętrzna.

Jednak prawdopodobnie najważniejszą zaletą odparowywania próżniowego jest niespecyficzna separacja oparta wyłącznie na punktach wrzenia, co oznacza, że niezwykle różnorodne substancje chemiczne mogą być bardzo skutecznie oddzielane; zakres obejmuje na przykład metale ciężkie, sole, ale także związki organiczne, takie jak oleje i tłuszcze. Odparowanie próżniowe może być również wykorzystywane do zapobiegania rozpadowi cieczy, które nie powinny być narażone na działanie wysokich temperatur. 

3. Jaki jest cel destylacji próżniowej?

Destylacja próżniowa krótkiej ścieżki jest bardzo energooszczędną techniką usuwania zanieczyszczeń ze ścieków przemysłowych. Ponieważ brudna woda zawiera zwykle tylko 2-3% lub mniej zanieczyszczeń, destylacja próżniowa pozwala uzyskać 98% czystej wody, którą można ponownie wykorzystać w cyklu produkcyjnym.

Pozwala to nie tylko zaoszczędzić na kosztach dostarczania nowej wody do produkcji, ale także w znacznym stopniu ograniczyć koszty związane z zewnętrznymi usługami utylizacji.

Dowiedz się więcej o zastosowaniach i zaletach przemysłowej destylacji próżniowej.

4. Jak działa destylacja próżniowa?

W procesie destylacji próżniowej ścieki przemysłowe są doprowadzane do wymiennika ciepła i odparowywane pod próżnią. Wymiennik ciepła składa się z wiązki rur, w których ścieki są dzielone na mniejsze objętości, aby ułatwić ich odparowanie. Zastosowana próżnia prowadzi następnie do modyfikacji temperatury wrzenia. Pozwala to na odparowanie wody o temperaturze około 85 °C zamiast 100 °C pod ciśnieniem atmosferycznym.

Wszystkie substancje o wyższej temperaturze wrzenia niż woda pozostają w pozostałości po odparowaniu. Powstała para jest następnie podawana do sprężarki pary. Wytwarza ona ciepło sprężania, które podgrzewa parę do 120 °C. Ze sprężarki pary sprężona para ponownie trafia do wiązki rur, gdzie doprowadzane są chłodniejsze ścieki, skraplając się na zewnętrznej ścianie rur. W rezultacie para zamienia się w ciekłą czystą wodę i może zostać usunięta z systemu lub zawrócona do procesu produkcyjnego. Zanieczyszczona pozostałość po odparowaniu jest następnie odprowadzana.

5. Oczyszczanie wstępne i końcowe w procesie destylacji próżniowej

Sercem systemu oczyszczania ścieków jest jednostka destylacji próżniowej. W zależności od charakteru zanieczyszczenia ścieków konieczne może być ich wstępne i końcowe oczyszczenie.

Obróbka wstępna

Oczyszczanie wstępne może obejmować filtr taśmowy (lub nachylony filtr taśmowy), który służy do usuwania pływających i filtrowalnych ciał stałych z wody za pomocą włókniny filtracyjnej dobranej tak, aby pasowała do stężenia ciał stałych i lepkości oczyszczanych ścieków.

Oczyszczanie wstępne za pomocą neutralizatora chroni mikroorganizmy, które rozkładają substancje organiczne w ściekach, np. na etapie biologicznym oczyszczalni ścieków. Mikroorganizmy bardzo silnie reagują na wahania wartości pH.

W zakładzie neutralizacji, substancje takie jak kwas solny lub soda kaustyczna są często używane do produkcji neutralnej cieczy o pH 7 odpowiadającym pH wody. 

Oczyszczanie końcowe

W procesie oczyszczania można zastosować ultrafiltrację. W tym procesie pory półprzepuszczalnej membrany (które mogą być penetrowane tylko z jednej strony) są mniejsze niż w mikrofiltracji, ale większe niż w nanofiltracji.

W procesie ultrafiltracji oczyszczona brudna woda jest przetłaczana przez plastikowe rurki pod ciśnieniem do 10 barów, co powoduje gromadzenie się cząstek, bakterii i wirusów w porach rurek filtracyjnych. Rezultatem jest woda całkowicie wolna od zarazków. Membrany wykonane są głównie z bardzo tanich materiałów, takich jak octany celulozy lub poliamidy.

6. Inne techniki i produkty destylacji próżniowej

System destylacji próżniowej H2O VACUDEST jest bardzo wydajny i zajmuje niewiele miejsca, ponieważ technologie dostosowane do indywidualnych potrzeb w zakresie poprawy jakości wody są już fabrycznie wbudowane w urządzenie.

Są to na przykład:

Destcontrol

H2O DESTCONTROL mierzy wartość pH wody nie jak konwencjonalne urządzenia w zasilaniu, ale w oczyszczonym destylacie. Wartość pH ścieków przemysłowych często różni się drastycznie przed i po odparowaniu, ponieważ podczas procesu odparowywania mogą zachodzić reakcje wtórne.

DESTCONTROL dozuje środek neutralizujący bezpośrednio do parownika VACUDEST i w ten sposób kompensuje wszelkie reakcje, które mogą wystąpić. Zapewnia to nie tylko stałą jakość destylatu, ale także sprawia, że ciągła neutralizacja na wcześniejszym etapie procesu staje się zbędna.

Clearcat & Purecat

Ta dodatkowa opcja oferuje możliwość oczyszczania ścieków przemysłowych zawierających oleje i smary w jednym etapie procesu bez dodatkowej siły roboczej. Moduły zwykle oszczędzają dodatkowy separator oleju.

Ponadto technologia ta nie wymaga energii ani materiałów pomocniczych, ponieważ opiera się na efektach katalitycznych i fizycznych. Technologia Clearcat i Purecat jest płynnie zintegrowana z systemem destylacji próżniowej i nie wymaga dodatkowej przestrzeni.

Technologia Clearcat obniża poziom ChZT (chemicznego zapotrzebowania na tlen) w ściekach do poziomu o 60% lepszego niż w przypadku innych konwencjonalnych systemów destylacji próżniowej.

Jeśli dążysz do recyrkulacji w prawie wszystkich sektorach przemysłowych, użyj modułu Purecat jako dodatku do Clearcat. Może to zmniejszyć wartość ChZT o kolejne 50%.

VACUDEST ZLD 300

Nasz system destylacji próżniowej VACUDEST już zmniejsza ilość ścieków nawet o 95%. Jednak pozostała zawartość wody resztkowej w pozostałościach może czasami utrudniać całkowitą utylizację. Problem ten eliminuje postkoncentrator VACUDEST ZLD.

Próżniowe pompy destylacyjne

Aby osiągnąć niezmiennie wysoki poziom separacji różnych substancji podczas destylacji próżniowej i zapewnić niezawodność procesu, ważne jest, aby próżnia w parowniku była utrzymywana bardzo precyzyjnie. Dlatego potrzebna jest pompa o wysokiej wydajności. W związku z destylacją próżniową stosuje się wiele różnych technologii pompowania. Więcej informacji na ich temat można znaleźć w artykule Próżniowe pompy destylacyjne.

7. Dlaczego firma powinna stosować destylację próżniową krótkiej ścieżki do uzdatniania wody?

Destylacja próżniowa jest nie tylko bardzo przyjaznym dla środowiska procesem ze względu na stosunkowo niskie zużycie energii podczas odparowywania, ale także bardzo ekonomicznym, jak widać w tym porównaniu do usuwania ścieków przemysłowych.

Ze względu na powtarzające się wykorzystanie wody we własnej produkcji, bardzo niewiele wody musi być pozyskiwane z nowych źródeł. Decydującym czynnikiem są jednak oszczędności w kosztach utylizacji, co oznacza, że instalacja destylacji próżniowej zazwyczaj amortyzuje się po około dwóch latach.

Ze względu na niskie zużycie energii, instalacja destylacji próżniowej jest również ekonomicznie lepsza od innych technologii uzdatniania wody. Pod względem kosztów świeżej wody, kosztów operacyjnych i kosztów usuwania pozostałości po odparowaniu i placków filtracyjnych, instalacja destylacji próżniowej wyprzedza inne rodzaje uzdatniania, takie jak uzdatnianie chemiczno-fizyczne. Tutaj można znaleźć porównanie z alternatywnymi metodami uzdatniania.

8. Problemy związane z destylacją próżniową

Międzynarodowe firmy, takie jak MAN i Audi, polegają na systemie H2O VACUDEST na co dzień, ponieważ sprawdza się on w takich obszarach, jak technologia powierzchniowa, przemysł obróbki metali i przetwórstwa metali, a także w firmach zajmujących się utylizacją odpadów i lotnictwem. Technologie Clearcat i Purecat pokazują również swoje wyjątkowe zalety w przypadku zaolejonych ścieków przemysłowych.

Aby dowiedzieć się o ograniczeniach destylacji próżniowej, a także o naszych poradach dotyczących optymalnego rozwiązania dla ścieków, przeczytaj nasz artykuł Ograniczenia zastosowania destylacji próżniowej.

Destylacja próżniowa jest stosowana nie tylko w oczyszczaniu ścieków przemysłowych. Stosuje się ją również w produkcji napojów alkoholowych, rafinacji ropy naftowej i w laboratoriach.