Spécialisée dans la production et l’application des compresseurs à vapeur
Avantages de l’application de la technologie d’évaporation MVR dans la production de mannitol
Résumé : L’application à grande échelle de la technologie du lit mobile simulé dans la production de mannitol a permis d’accroître le rendement en mannitol à partir du sucre de départ. Toutefois, l’utilisation intensive d’un agent de désorption — l’eau — dilue la concentration de la charge, faisant de l’évaporation et de la concentration une étape particulièrement critique, déterminante pour le coût de production du produit. En tant que nouveau type d’évaporateur hautement performant et économe en énergie, l’évaporateur MVR (recompression mécanique de la vapeur) récupère efficacement la chaleur latente de la vapeur générée lors de l’évaporation, réduisant ainsi les coûts d’exploitation et offrant des avantages significatifs en matière d’économie d’énergie ainsi que des bénéfices sociaux.
Le compresseur centrifuge à vapeur utilisé dans le système MVR mentionné dans l’article a été développé et fabriqué par la société Liyang Turbovap Co., Ltd.
Mots-clés : recompression de vapeur ; MVR ; économie d’énergie
1. Aperçu du contexte
La technologie du lit mobile simulé, en tant que technique de séparation innovante, joue un rôle déterminant dans la production de mannitol. Le glucose est converti en mannose à 30 % par isomérisation chimique ; la séparation ultérieure au moyen d’un lit mobile simulé permet d’obtenir du mannose d’une pureté de 90 %, qui, après hydrogénation, donne du mannitol d’une pureté de 90 %. Ce procédé augmente non seulement le rendement en mannitol à partir du sucre de départ, mais réduit également le nombre d’étapes de cristallisation. Dans la liqueur mère de cristallisation, contenant du sorbitol à une concentration de 12 % en poids, le lit mobile simulé permet de séparer efficacement le mannitol du sorbitol. Cela permet non seulement d’abaisser la teneur en mannitol de la liqueur mère jusqu’à atteindre les normes de qualité commerciale, mais aussi d’accroître sensiblement le rendement global en mannitol.
Dans la séparation par lit mobile simulé, une quantité importante d’éluant — de l’eau dans l’industrie des alcools de sucre — est nécessaire. Par conséquent, le flux à séparer doit être à nouveau concentré jusqu’à sa concentration initiale. Même avec des évaporateurs à cinq effets de pointe équipés de pompes à chaleur, l’évaporation d’une tonne d’eau requiert encore 0,19 tonne de vapeur, et l’étape de concentration qui suit exige un apport substantiel en vapeur, ce qui réduit les avantages économiques de l’utilisation d’un lit mobile simulé pour accroître le rendement.
Au cours de l’exploitation, la ligne de production de mannitol utilise un évaporateur à plusieurs effets pour concentrer le flux d’alimentation. La vapeur vive sert de fluide chauffant au premier effet, tandis que la majeure partie de la vapeur secondaire produite à cette étape n’est pas envoyée au condenseur ; elle est plutôt réutilisée comme source de chaleur pour le deuxième effet. En appliquant ce principe de manière itérative, le nombre d’étages d’évaporation augmente, ce qui permet de réduire la consommation de vapeur vive, et le liquide d’alimentation se concentre progressivement au fur et à mesure qu’il traverse chaque effet successif. La vapeur résiduelle sortant de l’évaporateur est refroidie par de l’eau en circulation avant d’être évacuée, ce qui constitue une perte thermique importante dans les systèmes d’évaporation à plusieurs effets.
2. Introduction au système MVR
L’évaporateur MVR (Recompression mécanique de la vapeur), un nouveau type d’équipement d’évaporation à haut rendement et économe en énergie, élève la température de sa vapeur secondaire de 6 à 20 °C grâce à un compresseur de vapeur, puis la réintroduit comme source de chauffage de l’évaporateur, remplaçant ainsi la majeure partie de la vapeur d’alimentation. Cela permet de réduire considérablement la consommation de vapeur d’alimentation, réalisant ainsi des économies d’énergie substantielles. Lorsque la concentration de la solution sucrée est inférieure à 50 %, l’élévation du point d’ébullition reste inférieure à 2 °C, ce qui répond aux exigences de fonctionnement de l’MVR. Les économies d’énergie réalisées par un évaporateur MVR sont pratiquement égales à la réduction de la consommation de vapeur obtenue en remplaçant un évaporateur à plusieurs effets par une unité MVR, diminuée de l’énergie électrique consommée par l’MVR lui‑même.
Un évaporateur MVR se compose généralement d’un préchauffeur, d’un évaporateur à plaques, d’un séparateur, d’un système de vide, d’un système de compression, d’un système de contrôle automatique basé sur un automate programmable (PLC), de pompes et d’un système de condensation. Avant d’entrer dans l’évaporateur, la solution sucrée à concentrer est préchauffée dans un échangeur de chaleur, puis s’écoule vers l’évaporateur où elle échange de la chaleur avec la vapeur d’alimentation afin de provoquer l’évaporation. Pour séparer la vapeur du liquide, différents types de séparateurs peuvent être choisis en fonction des caractéristiques de la solution d’alimentation ; les options courantes comprennent les séparateurs centrifuges, les séparateurs gravitaires ou des séparateurs spécialement conçus. Le système de vide maintient le vide requis dans l’ensemble de l’unité, en éliminant l’air, les gaz non condensables et les vapeurs entraînées, afin d’assurer des conditions d’évaporation stables. Le système de compression constitue l’élément le plus critique d’un évaporateur MVR, car il comprime la vapeur secondaire pour fournir la source de chaleur nécessaire et augmenter son enthalpie. Le centre de commande du MVR assure le pilotage automatique — notamment l’évaporation, le nettoyage et l’arrêt — en régulant la vitesse des moteurs et en contrôlant les vannes, les débitmètres, la température et la pression. Les pompes du système MVR servent principalement à acheminer à la fois la solution d’alimentation et le produit concentré ; le type de pompe approprié est sélectionné en fonction des propriétés de la solution, les pompes centrifuges, les pompes à déplacement positif et les pompes à vis étant couramment utilisées. Vous trouverez ci‑dessous un bref aperçu d’un évaporateur d’une capacité de 5 t/h que notre entreprise a récemment mis en service.
2.1 Paramètres du processus
Débit d’alimentation : 7–7,5 m³/h
Débit de refoulement : 2,45–2,8 m³/h
Puissance de l’arbre du compresseur à vapeur : 118 kW.
2.2 Caractéristiques techniques
2.2.1 Faible consommation de vapeur
L’évaporateur MVR se caractérise par une faible consommation de vapeur. Notre entreprise a mis en service un évaporateur à plaques à recompression mécanique de la vapeur (MVR) d’une capacité d’évaporation de 5 t/h ; après six mois de fonctionnement, la consommation de vapeur par tonne d’eau est négligeable, nettement inférieure à celle des évaporateurs à cinq effets les plus performants équipés de pompes à chaleur.
2.2.2 Faible consommation d’eau de refroidissement en circulation
Pour un évaporateur à triple effet d’une capacité d’évaporation de 5 t/h, le condenseur nécessite un débit d’eau de refroidissement circulante de 150 t/h (température d’entrée ti ≤ 30 °C, température de sortie t0 ≥ 40 °C). En revanche, un évaporateur MVR de même capacité d’évaporation ne requiert qu’un quart de la quantité d’eau de refroidissement circulante nécessaire à l’évaporateur à plusieurs effets.
2.2.3 Consommation élevée d’énergie
Les compresseurs à vapeur présentent des puissances nominales relativement élevées, ce qui entraîne une consommation spécifique d’énergie électrique importante par tonne d’eau évaporée. Pour un évaporateur MVR d’une capacité d’évaporation de 5 t/h, le moteur est équipé d’un variateur de fréquence ; en tenant compte de la pompe à condensats associée, de la pompe d’alimentation et des autres équipements auxiliaires, la consommation d’électricité par tonne d’eau évaporée s’élève à 33 kWh.
2.2.4 Température d'évaporation plus basse
Dans un évaporateur à triple effet, la température d’alimentation doit atteindre 90 °C, tandis que l’évaporateur du premier effet fonctionne à 85 °C. Le glucose et le mannitol sont tous deux sensibles à la chaleur ; des températures trop élevées peuvent entraîner de nombreuses réactions secondaires et provoquer un brunissement. En revanche, un évaporateur MVR utilise une évaporation sous vide en un seul effet, maintenant une température de fonctionnement basse, inférieure à 70 °C, ce qui minimise la dégradation thermique responsable de la coloration et réduit l’apparition de réactions secondaires supplémentaires.
3. Analyse de la performance économique du MVR
3.1 Coûts d’exploitation annuels
Sur la base de références locales en matière de consommation d’énergie, un système MVR d’une capacité d’évaporation de 5 t/h permet de réduire les coûts d’exploitation de 72,42 % par rapport à un évaporateur à triple effet de capacité de traitement équivalente.
3.2 Impact social
L’exploitation d’un système MVR d’une capacité d’évaporation de 5 t/h permet de réduire les émissions annuelles de 2 933,1 tonnes de CO2, de 9 515,75 kg de SO2 et de 8 284,3 kg de NOX par rapport à un évaporateur à trois effets.
4. Conclusions et perspectives d’avenir
Pour des évaporateurs de même capacité, soit 5 t/h, un évaporateur MVR peut réduire les coûts d’exploitation annuels de plus de 2 millions de RMB par unité par rapport à un évaporateur à trois effets. Si les prix des matières premières continuent d’augmenter ou si l’échelle de production s’accroît davantage, les avantages de la technologie MVR se feront encore plus sentir. Dans le domaine de la concentration de flux d’alcools sucrés à faible concentration, le remplacement des évaporateurs multi‑effets par des unités MVR est devenu une tendance inévitable.
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