Évaporation et évaporateurs
Des principes Évaporation
La vaporisation est le changement d'une substance liquide en un gaz ou une vapeur. Il n'y a fondamentalement aucune différence entre les termes gaz et vapeur, mais le gaz est couramment utilisé pour décrire une substance qui apparaît à l'état gazeux dans des conditions standard de pression et de température, et la vapeur pour décrire l'état gazeux d'une substance qui apparaît ordinairement comme un liquide ou solide.Lorsque la chaleur est ajoutée à un liquide à son point d'ébullition, avec la pression maintenue constante, les molécules du liquide acquièrent suffisamment d'énergie pour surmonter les forces intermoléculaires qui les lient ensemble à l'état liquide, et elles s'échappent en tant que molécules individuelles de vapeur jusqu'à ce que le la vaporisation est terminée. La température d'un liquide bouillant reste constante jusqu'à ce que tout le liquide ait été converti en gaz.
Pour chaque substance, une certaine quantité spécifique de chaleur doit être fournie pour vaporiser une quantité donnée de la substance. Cette quantité de chaleur est connue sous le nom de chaleur latente de vaporisation de la substance. La quantité de chaleur appliquée pour chaque gramme (ou chaque molécule) subissant le changement d'état dépend de la substance elle-même. Par exemple, la quantité de chaleur nécessaire pour changer un gramme d'eau en vapeur à son point d'ébullition à une atmosphère de pression, c'est-à-dire la chaleur de vaporisation de l'eau, est d'environ 540 calories.
Évaporation
Les liquides peuvent également se transformer en gaz à des températures inférieures à leur point d'ébullition. La vaporisation d'un liquide en dessous de son point d'ébullition est appelée évaporation, qui se produit à n'importe quelle température lorsque la surface d'un liquide est exposée dans un espace non confiné. Cependant, lorsque la surface est exposée dans un espace confiné et que le liquide dépasse celui nécessaire pour saturer l'espace en vapeur, un équilibre est rapidement atteint entre le nombre de molécules de la substance partant de la surface et celles qui reviennent à il. Un changement de température perturbe cet équilibre; une élévation de température, par exemple, augmente l'activité des molécules à la surface et augmente par conséquent la vitesse à laquelle elles s'envolent.
Le mouvement thermique d'une molécule surmonte la tension superficielle du liquide et il s'évapore, c'est-à-dire que son énergie cinétique dépasse la fonction de travail de la cohésion à la surface.
Lorsque la température est maintenue au nouveau point pendant une courte période, un nouvel équilibre est rapidement établi.
La pression exercée par la vapeur d'un liquide dans un espace confiné s'appelle sa pression de vapeur. Il diffère pour différentes substances à une température donnée, mais chaque substance a une pression de vapeur spécifique pour chaque température donnée. A son point d'ébullition, la pression de vapeur d'un liquide est égale à la pression atmosphérique. Par exemple, la pression de vapeur de l'eau, mesurée en fonction de la hauteur du mercure dans un baromètre, est de 4,58 mm à 0 ° C et de 760 mm à 100 ° C (son point d'ébullition).
Le mouvement thermique d'une molécule surmonte la tension superficielle du liquide et il s'évapore, c'est-à-dire que son énergie cinétique dépasse la fonction de travail de la cohésion à la surface.
Lorsque la température est maintenue au nouveau point pendant une courte période, un nouvel équilibre est rapidement établi.
La pression exercée par la vapeur d'un liquide dans un espace confiné s'appelle sa pression de vapeur. Il diffère pour différentes substances à une température donnée, mais chaque substance a une pression de vapeur spécifique pour chaque température donnée. A son point d'ébullition, la pression de vapeur d'un liquide est égale à la pression atmosphérique. Par exemple, la pression de vapeur de l'eau, mesurée en fonction de la hauteur du mercure dans un baromètre, est de 4,58 mm à 0 ° C et de 760 mm à 100 ° C (son point d'ébullition).
Les facteurs qui influencent l'évaporation sont:
- Concentration de la substance s'évaporant dans l'air. Si l'air a déjà une concentration élevée de la substance qui s'évapore, la substance donnée s'évaporera plus lentement.
- Concentration d'autres substances dans l'air. Si l'air est déjà saturé avec d'autres substances, il peut avoir une capacité moindre d'évaporation de la substance.
- Température de la substance. Si la substance est plus chaude, l'évaporation sera plus rapide.
- Débit d'air. Ceci est en partie lié aux points de concentration ci-dessus. Si de l'air frais circule au-dessus de la substance en permanence, la concentration de la substance dans l'air est moins susceptible d'augmenter avec le temps, favorisant ainsi une évaporation plus rapide. De plus, les molécules en mouvement ont plus d'énergie que celles au repos, et donc plus le flux d'air est fort, plus le pouvoir d'évaporation des molécules d'air est important.
- Forces intermoléculaires. Plus les forces qui maintiennent les molécules ensemble dans le liquide à l'état solide sont fortes, plus il faut entrer d'énergie pour les évaporer.
évaporateurs
Les unités d'évaporation (ou évaporateurs) utilisent le principe d'évaporation pour le traitement des eaux de process, des eaux usées et des déchets à base d'eau. Le liquide typique traité est un déchet aqueux contenant des polluants organiques et inorganiques dont la concentration n'est pas supérieure à 100 g / L.Différents types d'évaporateurs peuvent faire face à différents problèmes de traitement de l'eau avec des performances différentes.
La capacité de production varie de 0,15 à 60 tonnes / jour et tous les modèles peuvent concentrer les eaux usées sous forme de fluide pompable, atteignant facilement un concentré avec 30% de TDS, avec une faible consommation d'énergie.
Les évaporateurs peuvent également traiter des liquides pré-concentrés ou incrustants, ou des acides concentrés et des liquides extrêmement corrosifs. Ils utilisent la pompe à chaleur, l'eau chaude ou la vapeur, ou la recompression mécanique de vapeur (MVR), à circulation naturelle ou forcée.
Quelques exemples d'applications d'évaporateur concernent la séparation de l'eau de:
- bains galvaniques dilués pour récupérer les substances et principes actifs
- émulsions d'huile pour récupérer l'huile
- bains dégraissants riches en savon et détergents
- bains d'acide concentrés ou solutions hautement corrosives
- bains de développement photographiques
- solutions salines concentrées
- lixiviat et égouttements des décharges provenant du stockage et de l'élimination des déchets
- eaux de cale
- eaux de rinçage contenant des encres épuisées
- intermédiaires de synthèse et eaux usées de l'industrie chimique, cosmétique et pharmaceutique
Exemples d'application
Zéro rejet dans la production de polychlorure d'aluminium
Motivée par les autorités environnementales et par des coûts d'élimination plus élevés, une entreprise espagnole, située dans une zone industrielle non loin de Barcelone, a développé en 2001 une usine (voir Fig.1) destinée à traiter les éluats acides des résines utilisées pour traiter les eaux usées de leur ligne de production.Le but de l'usine était de récupérer l'aluminium dissous dans les eaux usées provenant des plaques d'impression offset.
L'évaporateur fourni était un évaporateur sous vide à pompe à chaleur avec fluide intermédiaire: le matériau en contact avec les déchets concentrés et le condensat est de l'acier revêtu de PTFE et l'échange thermique est réalisé dans deux échangeurs en PVDF et en carbure de silicium.
Un an après le démarrage, les résultats analytiques ont confirmé les attentes initiales du produit final - une solution à densité constante comme l'exige le marché des produits chimiques pour le traitement de l'eau. Le recyclage des distillats pour la production des bains de régénération a permis d'avoir une autorisation locale pour l'expansion de la production puisqu'on a obtenu un rejet nul.
Dans le passé, l'entreprise éliminait des déchets constitués d'une solution d'HCl et d'AlCl3 avec un coût annuel élevé et des problèmes de stockage importants.
Actuellement, ce poste de coût a été éliminé et, avec les coûts de gestion limités de l'usine, il est en mesure de vendre le produit concentré sur une base stable, garantissant un revenu annuel.
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Le cylindre a généralement un noyau de fer et, avant la gravure, est nickelé, cuivré électrolytiquement et rectifié. Ensuite, le cylindre est soumis à la gravure et au chromage avant d'être placé sur la presse rotative. La gravure se produit en exposant la surface du cylindre, sur laquelle une gélatine photosensible a été étalée, à un faisceau laser. Le laser brûle la gélatine et crée une rainure qui sera ensuite soumise à l'action corrosive d'une solution de perchlorure ferrique.
C'est la phase la plus importante du processus. Dès qu'il est terminé, le cylindre est lavé, afin d'éliminer les traces de perchlorure ferrique et de la gélatine excédentaire, séchée et chromée.
Les eaux usées produites au cours de ce processus sont réparties en quatre flux: les eaux de rinçage du nickelage, du cuivre, de la gravure et du chromage. Toutes ces eaux usées sont des solutions aqueuses avec un pH acide, une DCO supérieure à 8000 ppm et une teneur élevée en métaux lourds (nickel, chrome, cuivre et d'autres espèces chimiques comme les chlorures et les sulfates).
En particulier, les eaux de gravure ont une DCO supérieure à 1500 ppm, un pH acide inférieur à 1,5, une teneur élevée en fer et en chlorures et une conductivité supérieure à 80000 µS / cm, indice d'une salinité élevée. La concentration en fer et en chlorures, provenant du perchlorure ferrique, utilisé dans la gravure est critique pour ce type d'eaux usées.
La forte concentration de métaux lourds et en particulier les teneurs élevées en chlorures ont fait échouer les techniques anti-pollution traditionnelles.
Dans le processus de traitement, les quatre flux sont stockés dans une cuve afin de les homogénéiser.
Puis les eaux usées sont soumises à un ajustement de pH, par ajout de soude caustique à 30%, afin de neutraliser une partie de l'acidité et d'atteindre un pH de 5,5.
L'évaporation se fait au moyen de deux évaporateurs à vide à pompe à chaleur.
Ces évaporateurs produisent deux flux: un distillat, produit en continu, et un concentré, déchargé automatiquement de manière discontinue.
Le rendement de distillation est d'environ 90%. Le distillat est recyclé dans le processus.
Le concentré, qui est stocké dans un réservoir approprié, est éliminé conformément à la réglementation en vigueur.
L'usine est capable de traiter 4200 m3 / an d'eaux usées.
Traitement par évaporation sous vide des eaux usées du processus de gravure
Dans le processus de rotogravure, les éléments d'impression sont gravés en forme de rainure sur un cylindre. Ensuite, le cylindre est immergé dans l'encre, qui remplit le dessin gravé, pour transférer plus tard le dessin directement sur le papier.Le cylindre a généralement un noyau de fer et, avant la gravure, est nickelé, cuivré électrolytiquement et rectifié. Ensuite, le cylindre est soumis à la gravure et au chromage avant d'être placé sur la presse rotative. La gravure se produit en exposant la surface du cylindre, sur laquelle une gélatine photosensible a été étalée, à un faisceau laser. Le laser brûle la gélatine et crée une rainure qui sera ensuite soumise à l'action corrosive d'une solution de perchlorure ferrique.
C'est la phase la plus importante du processus. Dès qu'il est terminé, le cylindre est lavé, afin d'éliminer les traces de perchlorure ferrique et de la gélatine excédentaire, séchée et chromée.
Les eaux usées produites au cours de ce processus sont réparties en quatre flux: les eaux de rinçage du nickelage, du cuivre, de la gravure et du chromage. Toutes ces eaux usées sont des solutions aqueuses avec un pH acide, une DCO supérieure à 8000 ppm et une teneur élevée en métaux lourds (nickel, chrome, cuivre et d'autres espèces chimiques comme les chlorures et les sulfates).
En particulier, les eaux de gravure ont une DCO supérieure à 1500 ppm, un pH acide inférieur à 1,5, une teneur élevée en fer et en chlorures et une conductivité supérieure à 80000 µS / cm, indice d'une salinité élevée. La concentration en fer et en chlorures, provenant du perchlorure ferrique, utilisé dans la gravure est critique pour ce type d'eaux usées.
La forte concentration de métaux lourds et en particulier les teneurs élevées en chlorures ont fait échouer les techniques anti-pollution traditionnelles.
Dans le processus de traitement, les quatre flux sont stockés dans une cuve afin de les homogénéiser.
Puis les eaux usées sont soumises à un ajustement de pH, par ajout de soude caustique à 30%, afin de neutraliser une partie de l'acidité et d'atteindre un pH de 5,5.
L'évaporation se fait au moyen de deux évaporateurs à vide à pompe à chaleur.
Ces évaporateurs produisent deux flux: un distillat, produit en continu, et un concentré, déchargé automatiquement de manière discontinue.
Le rendement de distillation est d'environ 90%. Le distillat est recyclé dans le processus.
Le concentré, qui est stocké dans un réservoir approprié, est éliminé conformément à la réglementation en vigueur.
L'usine est capable de traiter 4200 m3 / an d'eaux usées.
Consultez également notre infrared evaporator.
N'hésitez pas à contacter Lenntech pour plus d'informations sur evaporators.
Sources: www.answers.com, www.wikipedia.com