EVAPORACIÓN
-Definición de la operación unitaria: El objetivo de la evaporación es concentrar una solución que contenga un soluto no volátil y un solvente volátil. En la mayoría de procesos de evaporación, el solvente es el agua. La evaporación consiste en vaporizar una parte del solvente para producir una solución concentrada de licor espeso. La diferencia entre la evaporación y el secado es que el residuo es un liquido en vez de ser un solido.
El cambio de materia y de energía que se produce en esta operación unitaria es el paso, de estado liquido a estado gaseoso, pero no tiene por que ser siempre este cambio de estado el que ocurra en la evaporación.
-Descripción de la operación unitaria: La mayoría de evaporadores se calienta con vapor de agua que se condensa sobre tubos metálicos. Excepto en algunos casos de evaporadores de tubos horizontales, el material a evaporarse fluye dentro de los tubos. Generalmente vapor de baja presión, Inferior a 3 atm absolutas, y con frecuencia el liquido que hierve se encuentra a un vacio moderado, exactamente a 0.05 atm absolutas. Al reducir la temperatura de ebullición del liquido, aumenta la diferencia de temperatura entre el vapor y el liquido en ebullición y, por lo tanto, aumenta la velocidad de transferencia de calor en el evaporador.
Cuando se utiliza un solo evaporador, el vapor procedente del liquido en ebullición se condensa y se desecha. Este método recibe el nombre de evaporación de simple efecto, y aunque es sencillo utiliza con poca efectividad el vapor. Para evaporar 1 kg de agua de la solución se requieren 1.3 kg de vapor. Si el vapor procede de uno de los evaporadores se introduce como alimentación en el elemento calefactor de un segundo evaporador, y el vapor procedente de este se envía al condensador, la operación recibe el nombre de evaporación de doble efecto. El calor de vapor de agua original se reutiliza en el segundo efecto, y la evaporación obtenida por unidad de masa del vapor de agua de alimentación al primer efecto es aproximadamente el doble. Es posible añadir efectos de la misma forma. El método general para aumentar la evaporación por kilogramo de vapor de agua es utilizar una serie de evaporador entre el suministro de vapor y el condensador, este método recibe el nombre de evaporación de efecto múltiple.
Las principales características de los líquidos que se evaporan:
a) Concentración: Aunque la solución de alimentación que entra como licor a un evaporador puede estar suficientemente diluida teniendo muchas de las propiedades físicas del agua, a medida que aumenta la concentración la solución adquiere cada vez individualista. La densidad y la viscosidad aumenta con el contenido de sólidos hasta que la solución se transforma en saturado o el licor se vuelve demasiado viscoso para una transferencia de calor adecuada. La ebullición continuada de una solución saturada da lugar a la formación de cristales, que es preciso separar, pues de lo contrario los tubos de obstruyen. La temperatura de ebullición de la solución puede también aumentar en forma considerable al aumentar el contenido de sólidos, de modo que la temperatura de ebullición de una solución concentrada puede ser mucho mayor que la del agua a la misma presión.
b) Formación de espuma: Algunos materiales, en especial la sustancias orgánicas, forman espuma durante la vaporación. Una espuma estable acompaña al vapor que sale del evaporador, causando un fuerte arrastre.
c) Sensibilidad a la temperatura: Muchos productos químicos, se deterioran cuando se calientan a temperaturas moderadas durante tiempos relativamente cortos. En la concentración de estos materiales se necesitan técnicas especiales para reducir tanto la temperatura del liquido como el tiempo de calentamiento.
d) Incrustaciones: Algunas soluciones depositan costras sobre superficie de calentamiento. En estos casos, el coeficiente global disminuye progresivamente hasta que llega a un momento en que es preciso interrumpir la operación de evaporación y limpiar los tubos.
Para construir un evaporador tenemos que tener encuentra los materiales empleados, la mayoría de evaporadores se construye de acero. Sin embargo, hay muchas soluciones que atacan a los metales ferrosos y se produce contaminación. En estos casos se utilizan materiales especiales como, cobre, níquel, acero inoxidable, aluminio, grafito y plomo. Debido a que los materiales son caros, resulta especialmente deseable obtener elevadas velocidades de transferencia de calor con el fin de minimizar los costos del equipo.
-Evaporadores mas utilizados a escala industrial: Lo principales evaporadores calentados por vapor de agua son: 1. Flujo de tubos largos verticales
1.1Flujo ascendente
1.2Flujo descendente
1.3Circulacion forzada
2.Evaporadores de película agitada
3.Evaporadores de tubo vertical
4.Evaporadores de tubo horizontal
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1.1Flujo ascendente En un evaporador de flujo ascendente hay entradas para el liquido de alimentación y el vapor de calentamiento, y salidas para el vapor, la solución concentrada , el vapor condensado y los gases no condensados proceden del vapor de calentamiento. La alimentación diluida entra en el sistema y se mezcla con el liquido que remonta del separador. La solución concentrada es retirada por el fondo del calentador, el resto de la solución es parcialmente vaporizada conforme sube a través de los tubos. La mezcla de liquido y vapor fluye desde arriba de los tubos dentro del separador, donde la velocidad se reduce de forma considerable. Para eliminar las gotas de liquido, el vapor golpea sobre ellas y entonces pasa alrededor de placas reflectoras colocadas antes de la salida del separador. Estos evaporadores son especialmente efectivos para concentrar líquidos que tienden a formar espuma. La espuma se rompe cuando la mezcla de liquido y vapor de alta velocidad choca contra las paredes deflectoras de la carga de vapor. |
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1.2Flujo descendente En estos evaporadore el liquido entra por la parte superior, desciende por el interior de los tubos calentados mediante vapor de agua. El vaporprocedente del liquido generalmente es arrastrado hacia abajo con el liquido y sale por el fondo de la unidad. Estos evaporaddores parecen largos intercambiadores tubulares verticales con separador de liquido y vapor en el fondo y un distribuidor de liquido en la parte superior. Cuando la recirculacion es permitida pero sin dañar el liquido, la distribucion del liquido en los tubos se facilita mediante una recirculacion moderada del liquido hacia la parte superior de los tubos. Esto da lugar a un mayor flujo de liquidos a traves de los tubos. El principal problema de este tipo de evaporadores es la distribucion uniforme del liquido como en forma de pelicula dentro de los tubos, la solucion a este problema consiste en colocar una serie de placas metalicas perforadas que se situan sobre una placa tubular |
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1.3Evaporadores de circulación forzada En este tipo de evaporador los tubos están sometidos a una carga estática su suficiente para asegurar que no se produzca ebullición, el liquido cuando entra empieza a sobre calentarse a medida que se reduje la carga estática con el flujo desde el calentador hasta el espacio de vapor, y se genera una mezcla de vapor y liquido pulverizado a la salida del intercambiador justo antes de entrar en el cuerpo del evaporador. La mezcla de vapor y líquido choca contra una placa deflectora en el espacio del vapor. El liquido retorna a la entrada de la bomba, donde se mezcla con la alimentación fresca, el vapor sale por la parte superior del cuerpo del evaporador hacia el condensador, o al siguiente efecto. La parte del liquido que abandona el separador se retira de forma continua como concentrado. |
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2.Evaporadores de película agitada Estos evaporadores se utilizan debido a que consiguen una elevada velocidad de transferencia de calor con líquidos viscosos. Los productos que se introducen suelen tener una viscosidad de 1000 P a la temperatura de evaporación. En estos evaporadores el coeficiente global disminuye a medida que aumenta la viscosidad. El evaporador de película agitada es eficaz con materiales viscosos sensibles al calor tales como la gelatina, antibióticos, etc. Las desventajas de este tipo de evaporadores es el elevado coste, las partes internas móviles que necesitan un mantenimiento considerable y la baja capacidad de cada unidad que es muy inferior a la de los evaporadores multitubulares. |
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3.Evaporadores de tuvo horizontal
En este tipo de evaporadores, el vapor de agua se encuentra dentro y la solución fuera de los tubos. El propósito básico es la baja perdida por arrastre: la coraza cilíndrica horizontal produce una gran área libre por unidad de volumen del deposito. Cuando se aplica liquido sobre los tubos las perdidas de carga hidrostática se eliminan y se mejora la transferencia de calor. Espacio superior muy bajo. Área libre grande para el vapor-liquido (en el tipo de tubo sumergido). Costo relativamente bajo (en el tipo de tubo recto) y peque a capacidad. Buenos coeficientes de transferencia de calor. Desescamado semiautomático sencillo (tipo de tubo acodado). No son adecuados para los líquidos que dejan deposiciones de sales. Inapropiados para los líquidos que forman escamas. Costo elevado( tipo de tubo acodado). Mantenimiento de la distribución de liquido (tipo de película). La distribución del liquido en los tubos se lleva acabo por boquillas o placas perforadas sobre los tubos en la parte superior. Mantener esta distribución a través del haz para evitar un exceso de concentración del licor que es un problema característico en este tipo de evaporador que se utiliza actualmente para la evaporización del agua de mar. |
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4.Evaporadores de tubo vertical Una unidad de proceso de evaporación de líquidos con un haz vertical de los tubos de 2-3 pulgadas (5-8 centímetros) de diámetro y 4-6 pies (1.2-1.8 metros) de largo, el fluido calefactor está dentro de los tubos, y el líquido que se evapora en la zona de cáscara exterior de los tubos, que se utiliza principalmente para evaporar el jugo de la caña de azúcar. Also known as calandria evaporator; Roberts evaporator; standard evaporator. También conocido como evaporador calandria; evaporador Roberts; evaporador estándar.
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Si hablamos de evaporadores de tubo vertical debemos definir el concepto de calandria, que son unos tubos por los que circula el fluido calefactor en un evaporador.
-Principales ecuación de evaporación
Capacidad de un evaporador. La velocidad de transferencia de calor q atreves de la superficie de un evaporado, es el producto de tres factores: el are A de la superficie de transferencia de calor, el coeficiente global de transferencia de calor U y la caída global de temperatura, incremento de T
Ecuación para el calor transferido a temperatura constante.
Q =UA DTML= UA (ti – to)/ ln (ti – tr) / (to – tr)
Q = m Cp (ti – to)
Q= mCp (1 - e(-UA/mCp))(ti – tr)
El coeficiente DTML equivale al incremento de t, es decir, la diferencia entra la temperatura con la que entro el liquido y a la que salió.
-Aplicaciones industriales de los evaporadores
Una de sus numerosos usos es del transformar agua de mar en agua potable, se usa también en la industria alimenticia, un uso que se le puede dar es de refrigerador industrial, también se usa en el secado spray
que consiste en pulveriza una sustancia (usualmente liquida o semilíquida) en un recinto metálico que atraviesa durante un instante muy corto y por el que circula gas caliente a alta temperatura. Esto evita la degradación (porque el secado es casi instantáneo) y permite la evaporación de agua o líquidos. Se utiliza para producir leche en polvo, sangre en polvo, etc.
-Preguntas sobre la evaporación
-¿Cuál es la diferencia entre evaporación y sacado?
-¿Cómo se llama el tipo de evaporación que usa mas de dos evaporadores?
-¿Cuántos tipos de evaporadores existen?
-¿Qué es el concepto de calandria?
¿que os parece? si dais el visto bueno lo empezaremos a subir a la wiki, decirlo rapido que la wiki debe estar lista para el viernes
