Master's Thesis

Development of a Plastic Evaporator

Final Thesis 3.68 MB

Author of thesis: Bc. Ondřej Konečný

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Mgr. Ing. Marek Vondra, Ph.D.

Reviewer: Ing. Michal Touš, Ph.D.

Abstract:

The industrial processing of aggressive wastewater and brines encounters the limits
of conventional stainless steel evaporation stations, which are susceptible to corrosion
and require high investment costs. For this reason, systems utilizing chemically resistant
polymeric materials are coming to the forefront of interest. The presented thesis deals with
the completion of the construction and subsequent experimental verification of a laboratory
prototype of a three-stage vacuum evaporator with a polypropylene body. Within the thesis,
the apparatus was integrated into the laboratory infrastructure by constructing heating
and cooling circuits, and the circulation of the process fluid was ensured. Furthermore,
the prototype was equipped with digital sensors for continuous data collection, which served
as a basis for balance calculations. Subsequent experiments with a saline solution
demonstrated the system's sensitivity to sudden pressure changes and identified limiting
operating conditions. At an operating fluid temperature of 40 °C and continuous cooling
regulation, the device achieved stable phase separation, producing high-purity condensate
with an average conductivity below 20 μS/cm. Comparison of the experimental data with the
original design model revealed differences in absolute pressure values and a low achievable
flow rate, which was caused by undersized piping and the absence of hydraulic seals. Based
on these findings, specific structural modifications for increasing piping capacity were
proposed to enable the further development of this low-cost evaporation system.

Keywords:

Plastic evaporator, vacuum evaporation, condensate purity, solution concentration, circulation loop

Date of defence

09.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaBznamka

Grading

B

Process of defence

Byla předvedena prezentace závěrečné práce a zodpovězeny otázky oponenta práce včetně doplňujících otázek. Otázka na provedení systému měření a regulace, bylo postupně zodpovězeno. Otázka na pevnostní limity a pevnostní návrh předvedené technologie v souvislosti s prezentovanými tlaky v technologii, bylo zodpovězeno.

Language of thesis

Czech

Faculty

Fakulta strojního inženýrství

Department

Institute of Process Engineering

Study programme

Process Engineering (N-PRI-P)

Composition of Committee

prof. Dr. Ing. Marcus Reppich (předseda)
doc. Ing. Martin Pavlas, Ph.D. (místopředseda)
prof. Ing. Petr Stehlík, CSc., dr. h. c. (člen)
prof. Ing. Zdeněk Jegla, Ph.D. (člen)
Ing. Pavel Skryja, Ph.D. (člen)
Ing. Pavel Lošák, Ph.D. (člen)
Mgr. Ing. Marek Vondra, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Mgr. Ing. Marek Vondra, Ph.D.

Předložená diplomová práce je orientována experimentálně a vývojově a navazuje na aktuální výzkumné aktivity laboratoře SWARM v oblasti oběhového hospodářství a čištění průmyslových odpadních vod. Hlavním úkolem studenta bylo stavební dokončení, integrace a experimentální ověření funkčnosti prototypu třístupňové vakuové odparky vyrobené z polypropylenu.

Student prokázal mimořádnou samostatnost jak v teoretické rovině, tak zejména v té praktické. Dokázal se úspěšně popasovat s mnoha drobnými konstrukčními i provozními nedostatky rozestavěné aparatury. Celé experimentální zařízení nejen sám stavebně dokončil, ale také úspěšně zprovoznil a experimentálně ověřil. Oceňuji obrovské množství odvedené inženýrské práce v laboratoři, které není z textu práce na první pohled plně zřejmé. Výsledné zařízení je velkým praktickým přínosem pro další výzkumnou činnost laboratoře SWARM. V rámci experimentů se solným roztokem navíc autor úspěšně identifikoval limitní provozní podmínky a následně formuloval návrh pro další vývojové úpravy zařízení.

Hlavním věcným nedostatkem práce je úroveň zpracování experimentální části, kde je student v interpretaci dat často spíše popisný. Jen málo se věnuje hlubšímu popisu fyzikálních příčin sledovaných dějů. Z realizovaných experimentů se dalo získat více exaktních poznatků pro další vývoj odparky. Práci lze vytknout také slabší formální a grafickou úpravu.

Diplomová práce naplnila stanovené cíle i formální náležitosti a hodnotím ji jako velmi dobrou.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání B
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod B
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosažené výsledky a vyvozovat z nich závěry C
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti B
Grafická, stylistická úprava a pravopis B
Práce s literaturou včetně citací B
Samostatnost studenta při zpracování tématu A

Grade proposed by supervisor: B

Reviewer’s report
Ing. Michal Touš, Ph.D.

Předložená diplomová práce má experimentálně-vývojový charakter a navazuje na rozpracovaný laboratorní prototyp třístupňové vakuové odparky z polypropylenu. Cílem bylo dokončit konstrukci nefunkční aparatury, uvést ji do provozu, experimentálně ověřit provozní parametry a porovnat je s původním návrhovým modelem.

Teoretickou část hodnotím jako dobře strukturovanou; přehledně pokrývá klasifikaci odparek, termodynamické principy a poskytuje dostatečný základ pro praktickou část. Nemám k ní zásadní připomínky. Těžiště mého posouzení proto směřuji do praktické části, kterou považuji za nejcennější.

Velmi detailně a věcně je dokumentováno dokončení odparky jak po konstrukční stránce, tak po stránce senzoriky. Nechybí technologické schéma, popis infrastruktury a měřicích prvků.

Následuje experimentální část, kdy se autor snaží popsat vliv provozních parametrů na provozuschopnost odparky. Metodika je jednoduchá ale účelná. Zde je mírná nekonzistence kdy autor uvádí, že hledal limitní nastavení, přičemž krátce nato píše, že experimenty měly sloužit k nalezení vhodného nastavení. Provádí 3 experimenty s různým provozním nastavením, přičemž v každém experimentu dochází k postupnému navyšování průtoku odpařovaného média při sledování vodivosti kondenzátu, kde překročení 100 μS/cm indikuje selhání separace. Z těchto experimentů vyvozuje užitečné závěry a identifikuje problémy. Zde mohl autor ještě více využít potenciál a rozšířit práci o další cenné výstupy, jako například vyhodnocení závislosti vodivosti kondenzátu (resp. úletu kapek) na rychlosti proudění páry, což by bylo výborně využitelné pro návrhové výpočty odparky.

Za mírný nedostatek považuji postup u srovnání návrhu s experimentálními výsledky: experimentální hodnoty v Tab. 10 pocházejí pouze z posledních 15 minut jediného experimentu. Srovnání jednoho provozního bodu s návrhem má tak spíše indikativní charakter.

Autor na závěr navrhuje kvalitativní úpravy logicky vycházející z identifikovaných problémů a jsou věcně zdůvodněné: zvětšení průměru potrubí pro odpařované médium, sifonové uspořádání potrubí mezi komorami a redukce výkonu ejektoru třemi alternativními způsoby.

Diplomová práce splňuje požadavky kladené na tento typ práce, prokazuje inženýrské dovednosti autora a přináší prakticky využitelné výsledky. Práci doporučuji k obhajobě a navrhuji hodnocení B.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod B
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosaž. výsledky a vyvozovat z nich závěry B
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii B
Logické uspořádání práce a formální náležitosti B
Grafická, stylistická úprava a pravopis B
Práce s literaturou včetně citací A

Grade proposed by reviewer: B

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová