مُبادل حراري لوحي ذي فجوة واسعة يستخدم في مصنع سكر في شمال الصين

واجه مصنع سكر في شمال الصين نفس العقبة التي تعرقل العديد من خطوط العصير: فقد كانت المُبادلات الحرارية المستخدمة في معالجة العصير الخام تنسدّ أسرع مما يستطيع المصنع تنظيفها. ويحمل العصير الوارد إلى هذه المُبادلات جزيئات قش السكر (الباجاس)، والألياف، والتربة الحقلية، والرمال الخشنة، كما أن إضافته لحليب الجير لمعادلة حموضته تزيد من كثافة الأحمال الصلبة المترسبة. وفي مجموعة الصفائح ذات القنوات القياسية، يؤدي هذا المزيج تدريجيًّا إلى الانسداد. ولذلك، كان حل المصنع هو تحديد مواصفات مبدلات حرارة لوحية ذات فجوة واسعة على كلٍّ من وظيفة تسخين العصير مقدّمًا ووظيفة تسخين العصير قبل محطة التبخير — وحدة SF123 في التسخين المقدّم، ووحدة BR1.3 في التسخين. ثم يلي ذلك عرضُ المشكلة كما ظهرت فعليًّا، وما تَعرَّضت له هاتان الوظيفتان بالفعل، ووصفٌ صادقٌ لما أصلحه التغيير.

اتصل بنا

لماذا نستخدم مبادل حراري لوحي ذا فجوة واسعة بدلًا من مبادل حراري لوحي عام؟

المعيار لوحي مزود بحلقات إغلاق مبادل حراري لاحق يبنى حول قنوات ضيقة. وتُبقي طيّات النمط الحِرَشِيّ الألواح اللوحية على مسافة قصيرة بعضها من بعض، وتُنشئ نقاط التلامس التي تحافظ على صلابة المجموعة، بينما يُجبر النمط الماسيّ التدفق الاضطرابي عند معدلات تدفق منخفضة. وفي حالة المياه النقية أو المنتجات المفلترة، فإن هذه الهندسة هي بالضبط السبب الذي يجعل الوحدة اللوحية تحقق معامل انتقال حراري يفوق عدة مراتٍ معامل انتقال الحرارة في مبادل حراري من نوع الغلاف والأنبوب، وذلك ضمن مساحة أصغر بكثير. أما في حالة العصير الخام، فإن نفس الهندسة تُحدث تأثيراً سلبياً مرتين.

وتؤدي المناطق الشمالية المزروعة إلى ظهور هاتين المشكلتين في وقت أبكر. كما أن التربة الأكثر كثافة تعني وصول كمّ أكبر من الطمي والرمل مع المحصول المقطوف، وبالتالي ينجو قدرٌ أكبر من الحبيبات الخشنة من عمليات الاستخلاص والغربلة ليصل إلى مبادلات الحرارة الأولى. أما الجير المضاف لعملية التوضيح — والترسيب الكالسيومي الناتج عنه — فيضيفان آلية ترسيبية كيميائية تكمّل الآلية الميكانيكية.

من الناحية التشغيلية، تظهر التكلفة على شكل توقُّفات تشغيلية بدلًا من رقمٍ حراري ديناميكي: فارتفاع انخفاض الضغط جلسةً بعد جلسة، وتوزُّع التدفُّق بشكل غير متساوٍ عبر المجموعة، وتزايد التوقُّفات غير المخطَّط لها لفتح الوحدة، وتعامل العاملين مع الصفائح أكثر بكثيرٍ من اللازم، وتلف الحشوات أثناء المحاولات العاجلة لإزالة الانسداد.

٢. نظرة عامة أساسية على عملية إنتاج السكر

وفي مصنع السكر، توضع مبادلات حرارة العصير على جانبي عملية التوضيح، وتختلف حمولتا المواد الصلبة في المهمتين تمامًا.

تبدأ عملية التوضيح بالتجيير: حيث يُضاف حليب الجير لرفع درجة حموضة العصير وتحييد حموضته الطبيعية، مما يؤدي إلى ترسيب جزء كبير من الشوائب العالقة والمذابة على هيئة أملاح كالسيوم. ثم تتم عمليات التوضيح والترشيح لإزالة معظم هذه الرواسب مع التربة والرمل والحصى التي دخلت مع المحصول.

مهمة التسخين الأولي هي الأصعب من بين المهمتين. فهي تتعامل مع العصير في أقذر حالاته، أي عند أقصى حمل من المواد الصلبة الذي صُمِّمت باقي مراحل الخط لإزالته، ولذلك يتطلب الحزمة ذات القنوات القياسية في هذه المهمة فتحها بشكل متكرر. أما مهمة التسخين فهي أقل احتواءً على الألياف، لكنها لا تزال ساخنة وتسمح بمرور الشوائب الدقيقة التي لا يمكن لعملية الترشيح تجنّبها تمامًا.

مخطط تدفق عملية إنتاج السكر

٣. ما الذي يغيّره التصميم ذا الفجوة الواسعة

اللوحة ذات الفجوة الواسعة — التي تُباع أيضًا باسم لوحة التدفق الحر — تحافظ على نفس الإطار، ونفس مبدأ اللوحة المضغوطة، ونفس ترتيب التدفق المعاكس. أما ما يتغيّر فهو عمق الضغط والنمط. إذ تكون القناة بين اللوحات أعمق، وتقل نقاط التلامس في مسار التدفق أو تزول تمامًا. ومن هذه الهندسة تنجم نتيجتان مباشرتان:

توجد تأثيرٌ ثالثٌ يستحق التسمية، لأنَّ المشترين يسألون عنه: فعند تدفُّق متساوٍ، يعمل حزمة الفجوة الواسعة عند انخفاضٍ كبيرٍ في الضغط مقارنةً بحزمة القنوات القياسية الكثيفة في نفس المهمة الملوَّثة. ويُعزى ذلك جزئيًّا إلى الهندسة وجزئيًّا إلى غياب الانسدادات الجزئية التي ترفع مقاومة التدفق بهدوءٍ على امتداد دورة الإنتاج.

أما الوحدات نفسها فهي من النوع العادي ذي الألواح والإطار المزوَّد بالحشوات. ويمكن فتح حزم الألواح، وهي ميزةٌ تكتسب أهميةً أكبر هنا مقارنةً بالمهمات النظيفة؛ فحين يحين وقت التنظيف فعلًا، تُفتح الحزمة وتُرفَع الألواح واحدةً تلو الأخرى لغسلها بشكلٍ فرديٍّ. أما الفجوة الواسعة فتغيِّر تكرار حدوث ذلك، لا إمكانية قيام المصنع به أصلًا.

٤. ما أبلغته المطحنة بعد التغيير

• أصبح التنظيف مبنيًّا على الحالة الفعلية
بدلًا من الاعتماد على جدول تنظيفٍ ثابت، يمكن تخطيط أعمال الصيانة وفقًا للحالة الفعلية لمبادل الحرارة والاتجاه الملحوظ في انخفاض الضغط.

• قلَّت درجة اهتمام التشغيل الروتيني بالانسداد
سمح مسار التدفق الأوسع لمرور الألياف والمواد الصلبة بسهولة أكبر، مما قلَّل من احتمال تكوُّن الرواسب التي تتحول إلى انسدادات تعيق التدفق.

• أصبح التنظيف عملاً ميكانيكيًّا أبسط.
أمكن فتح حزمة الصفائح، ورفع الصفائح وغسلها، ثم إعادة تركيب الوحدة دون الحاجة إلى تفكيك أنابيب ممتدة أو إزالة الألياف المكثَّفة يدويًّا من القنوات الضيقة.

• أصبح التعامل مع الصفائح والحشوات أقل استنزافًا للجهد.
وبسبب انخفاض عدد حالات الانسداد الحاد، قلَّت الحاجة إلى فتح حزم الصفائح شديدة التلوث بالقوة أثناء الصيانة.

• أصبح انخفاض الضغط مؤشرًا تشغيليًّا مفيدًا.
وقد قدَّم اتجاه ثابت في انخفاض الضغط مؤشرًا عمليًّا على أن المبادل لا يزال يسمح بمرور المواد الصلبة بدلًا من تراكمها تدريجيًّا.

إذا كانت مطحنتك السكرية تواجه مشكلة في الترسبات أثناء تسخين أو تسخين العصير المسبق، أرسل إلينا ثلاثة أشياء: تحليل العصير (محتوى المواد الصلبة، وحجم الجسيمات، ومستوى الألياف، ودرجة الحموضة، والكلوريد)، ومتطلبات التشغيل (معدل التدفق، ودرجات حرارة المدخل والمخرج، والانخفاض المسموح في الضغط)، وملاحظة عن الطريقة المستخدمة حاليًّا للتنظيف. وسيقوم مهندسونا بتقديم توصية بشأن هندسة القنوات، ومساحة لوحيّة تقريبية، وبرنامج تنظيف يعتمد على انخفاض الضغط كمحفِّزٍ بدلًا من التوقيت الزمني.

—

القراءة ذات الصلة

ـ لماذا تُستخدم مبادلات الحرارة ذات الصفائح ذات الفجوة الواسعة

ـ تحليل الاستثمار لمبخر الألواح في تركز العصائر