Drogen en indampen met mechanische dampcompressie
Hoe werkt mechanische dampcompressie?
Mechanische dampcompressie werkt net als een warmtepomp. Een warmtepomp onttrekt warmte aan de omgeving bij een lage temperatuur en geeft deze warmte bij een hogere temperatuur aan een ruimte af. De benodigde energie wordt meestal geleverd door een elektromotor. Bij mechanische dampcompressie gebeurt dit ook. Een verschil met de warmtepomp is dat bij de warmtepomp een apart werkmedium, in een gesloten systeem, wordt gebruikt om de warmte van lage naar hoge temperatuur op te pompen. Mechanische dampcompressie is een 'open' systeem; de te verdampen vloeistof wordt ook gebruikt als werkmedium. De verdampingswarmte van de onttrokken damp wordt teruggewonnen, de gecondenseerde damp wordt vervolgens afgevoerd. Mechanische dampcompressie wordt daarom ook wel een open warmtepomp genoemd.
De techniek van mechanische dampcompressie
De werking van mechanische dampcompressie berust ook op het verschijnsel dat de kooktemperatuur van een vloeistof afhankelijk is van de druk waaronder die vloeistof zich bevindt. Bij lage druk ligt het kookpunt lager dan bij hogere druk. Bij lage druk begint een vloeistof bij lagere temperatuur te verdampen tot een gas, terwijl bij hoge druk dat pas bij een hogere temperatuur gebeurt. Voor condenseren van een gas tot een vloeistof geldt hetzelfde. Dit verschijnsel wordt bij mechanische dampcompressie toegepast voor het 'oppompen' van warmte van een lage temperatuur naar een hoge temperatuur.
De figuur geeft een schema van een mechanische dampcompressie systeem. In de donkerblauwe toevoerleiding wordt een te concentreren oplossing toegevoerd onder een bepaalde druk. De vloeistof verdampt in het vat en wordt via de compressor uit het vat afgezogen en enigszins in druk verhoogt door de compressor. De compressor wordt aangedreven door een elektromotor. De damp condenseert vervolgens in de condensor en staat daarbij de warmte af aan de concentreren vloeistof. Dit is het rode gedeelte in de tekening. Het condensaat wordt afgevoerd. De condensatiewarmte wordt gebruikt om weer nieuwe vloeistof te verdampen waardoor meer concentraat ontstaat. De ontstane damp wordt op zijn beurt weer afgevoerd en enigszins gecomprimeerd in de compressor. Het uiteindelijke concentraat wordt uit het vat afgevoerd.
In de meest gevallen is het te concentreren product een waterige oplossing. Het condensaat is dan water. Er kunnen echter ook andere vloeistoffen worden verwijderd, bijvoorbeeld koolwaterstoffen.
Installatie
Bovenstaande figuur geeft het schema van een eentrapsindamper. Alle damp wordt afgezogen en door middel van één compressor en op één hoger druk- en temperatuurniveau gebracht; de verdampingswarmte wordt weer teruggevoerd aan het proces. In principe wordt alleen mechanische energie aan het systeem toegevoerd. Theoretisch hoeft er geen stoom toegevoerd of restdamp gecondenseerd te worden. Een stoomketel, een extra condensor met koelwater en een koeltoren zijn dan overbodig. In de praktijk is echter, voor het opstarten van het proces, een kleine stoomketel nodig. Daarnaast is, voor het voorverwarmen van het product en voor het opvangen van procesvariaties, zowel een kleine hoeveelheid stoom als een extra condensor nodig.
Mechanische dampcompressie is een zeer energiezuinige wijze van drogen, concentreren en indampen omdat de verdampingswarmte telkens teruggewonnen wordt. Om het energieverbruik nog verder te verminderen worden meertrapsinstallaties toegepast.
De figuur geeft een schema van een drietrapsindamper met mechanische dampcompressie. De damp van de derde trap, wordt door middel van een compressor, op een hoger druk- en temperatuurniveau gebracht en teruggevoerd naar de eerste trap, waar de verdampingswarmte wordt gebruikt voor verwarming. De volgende trappen hebben een steeds lager druk en worden gevoed door de vorige trap.
Voor- en nadelen
| Voordelen | Nadelen |
|---|---|
| Lage energiekosten | Iets hogere of gelijke investeringskosten ten opzichte van thermische dampcompressie |
| Energiebesparing ten opzichte van thermische dampcompressie | |
| Korte terugverdientijden ten opzichte van thermische dampcompressie |
Toepassingen
De belangrijkste industriële toepassingen van mechanische dampcompressie zijn:
- drogen van vloeibare producten
- indikken, concentreren en indampen van vloeistoffen
- destilleren, scheiden van vloeistoffen
| Industriesector | Processen met mechanische dampcompressie |
|---|---|
| Zuivelindustrie | concentreren van melk tot melkpoeder, indampen van wei |
| Papierindustrie | hergebruik van stoom die vrijkomt bij bewerken van houtsnippers |
| Agrarische industrie | terugwinnen van eiwitten uit proceswater |
| Chemische industrie | destilleren van propeen uit een mengsel van propeen en propaan, van aceton uit olie |
| Chemische industrie | scheiden van n-butaan en iso-butaan |
| Afvalverwerking | verwerken en drogen van dierlijk afval tot poeder |
| Algemeen | drogen van producten met oververhitte stoom |
Links voor aanvullende informatie
| Onderwerp | Link |
|---|---|
| RVO Mechanische dampcompressie | Best practice warmtepompen |