Evaporação do licor negro na indústria de celulose
Evaporação
• • • • • • • •
Noções básicas Caraterística do licor negro Função da evaporação Princípios de funcionamento Tipos de equipamentos Critérios gerais de projeto Principais fatores que afetam a capacidade Discussão
Evaporação: Maior consumidor de vapor do processo produtivo Lavagem => evaporação
FUNÇÃO FUNÇÃ O DA DA EV EVAPORAÇÃ APORAÇÃO O
Licor negro diluído / fraco 13-17 %ST vapor
Licor negro concentrado 65-85 %ST condensados
Característica do licor negro
Composição • Propriedades Densidade Concentração EPE (BPR) Viscosidade Poder calorífico Calor específico •
Composição do licor Negro a composição do licor negro é resultado das reações de palpação e origina-se da madeira ,do licor de cozimento e vapor na forma de compostos derivados da lignina,carboidratos e extrativos .
COMPOSIÇÃO DOS SÓLIDOS DO LICOR NEGRO 40 35 30 25
%
20 15 10 5 0 C
H
O
Na
S
Cl
K
1/1 - VIS VISCOS COSIDA IDADE DE •
•
Uma das principais característica físicas do licor negro é a viscosidade .A viscosidadee está associada a viscosidad resistência que o licor apresenta para fluir . neste gráfico é mostrado valores médios de viscosidade para licores de eucalipto em função da concentração e temperatura. a linha vermelha representa um exemplo do limite de viscosidade para permitir o bombeamento do licor com bombas centrifugas um fator importante de controle e dimensionamento dos sistemas.
Viscosidade do Licor Negro 60 C 80 C 100 C120 C
900 800 p700 C
e d600 a d500 i s o400 c s i V300
200 100 40
45
50
55
60
S.T.%
65
70
75
VISCOSIDADE DO LICOR PARA QUEIMA NA CALDEIRA
VISCOSIDADE II •
A viscosidade aumenta a medida que aumenta a concentração de matéria orgânica no licor
•
Sulfidez e número Kappa podem alterar a viscosidade dos licores
•
O álcali ativo residual que representa a fração de álcali que não reagiu durante o processo de polpação da celulose, influencia diretamente o PH e a viscosidade .de um modo geral o aumento do álcali residual diminui a viscosidade do licor
•
Aumentos significativos de viscosidade podem ser observados quando o PH do licor é muito baixo
•
A oxidação do licor reduz o álcali residual e pode aumentar de forma significativa a viscosidade do licor .
TRATAMENTO TÉRMICO DO LICOR A viscosidade do licor pode ser reduzida principalmente em licores de concentrações acima de 75% suficiente concentração concentração de alcali.O processo processo consiste em aquecer o licor em temperaturas acima das normalmente utilizadas na evaporação (170-190 C) para a despolimerização das moléculas de alto peso molecular.
TRAT TRA TAMENTO TERMICO TERMICO DO LICOR LICOR
•CONSUMO DE ENERGIA •COMPLEXIDADE
ALHSTROM
Grafico de viscosidade para diversos licores
DENSIODADE E CONCENTRAÇÃO Densidade do licor negro •A
densidade do licor varia em função da concentração com pouca influencia da temperatura
1,50
60 oC
1,40
•Pode ocorrer uma alteração
na densidade em função da recirculação de cinzas •As cinzas podem ser
dissolvidas nos licores abaixo de 75% ST
120 oC 3 1,30 M / T
1,20 1,10 1,00 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 S.T.%
MEDIÇÃO DA CONCENTRAÇÃO
utilização de •A utilização
refratômetros é a forma mais aceita para a medição correta da concentração do licor Negro
ELEVAÇÃO ELEV AÇÃO DO PONTO P ONTO DE EBULIÇÃO (EPE) ELEVAÇÃO DO PONTO DE EBULIÇÃO
EPE =T2-T1
20,0 18,0 16,0 14,0
VAPOR
T1
12,0
Evaporado
C 10,0 8,0 6,0 4,0
T2
Licor
2,0 0,0 10
20
30
40
50
60
70
80
% TOTAL DE SÓLIDOS DISSOLVIDOS
Sempre T2>=T1
CARACTERÍSTICA DOS LICORES DE EUCALIPTO (HARDWOOD) EM RELAÇÃO A SOFTWOOD
• • • • • • •
Maiores concentrações concentrações de Cl e K Menor teor de extrativos Maior teor de polissacarídeos,lignina (PM menor) Maior viscosidad viscosidadee Menor Poder calorífico Menor tendência a formação de espuma Maior geração de Metanol
EVAPORADOR CASCATA GASES DA CALDEIRA
LICOR NEGRO
CICLONE COM VENTURI
GASES SECOS E QUENTES LICOR DILUIDO GASES FRIOS E ÚMIDOS LICOR CONCENTRAD O
CALDEIRA COM CICLONE
EVAPORAÇÃO
Modulo III Princípios de funcionamento
Princípios de funcionamento
1
2 VAPOR
100 c
3 VAPOR
100 c
CONDENSADO
VAPOR
120 c 100
CONDENSADO
4 80
CONDENSADO
O ponto de ebulição aumenta ou diminui à medida que aumenta ou diminui a pressão do sistema
120 X
120
X
100
VAPOR VIVO VAPOR
100 80 VAPOR
100
VAPOR 80 100
X
PRODUTO
AGUA FRIA
AGUA MORNA CONDENSADO
1 EFEITO
CONDENSADO
2 EFEITO ALIMENTAÇÃO
CONDENSADOR
120
100
VAPOR VIVO VAPOR
80 VAPOR
VAPOR
100
80
110
85
AGUA FRIA
LICOR CONCENTRADO
CONDENSADO
AGUA MORNA CONDENSADO
DT PARA ÁGUA = 120 - 100 = 20 C DT PARA LICOR = 120 - 110 = 10 C LICOR DILUIDO
O EVAPORADOR
O coeficiente de transmissão de calor
U =
Q (A*∆T)
EVAPORADORES EV APORADORES CASCO TUBO
Principais Tipos de evaporadores
Circulação Natural
Circulação forçada
Fluxo Ascendente
CONDENSADO
ESPELHO INFERIOR
Influencia da temperatura de alimentação para o efeito RF
Vapor ESPELHO SUPERIOR
T
Superaquecimento do licor
Fundo
Topo
Evaporação De Fluxo Ascendente
1
2
3
4
VAPOR
LICOR CONCENTRAD O
LICOR
5
C O N D E N S A D O R
ESPELHO SUPERIOR CONDENSADO Vapor T Licor
ESPELHO INFERIOR
Partes do Efeito
Vapor ESPELHO SUPERIOR
T
Superaquecimento do licor
Fundo
Topo
Distribuição do licor no espelho superior
Evaporação De Fluxo Descendente AGUA FRIA CONDENSADOR
VAPOR AGUA
1
2
3
4
5
6
MORNA
LICOR FRACO LICOR FORTE
CONCENTRAÇÃO
TRANSFORMAÇÕES EM EVAPORADORES
1
RF
FF
Evaporador de Placas
Evaporador de Placas
Distribuição do licor no efeito
DEPÓSITOS
Evaporador de painéis tubulares (TUBEL)
Evaporação De Fluxo Descendente •
A principal caraterística dos evaporadores de F.D. é a capacidade de operar com baixos Dt em função de operar sem coluna hidrostática
•
já no aspecto de consumo de energia energia eletrica apresntam apresntam um consumo maior em função da recirculação necessária para manter a irrigação
•
nos evaporadore tubulares é possivel operar com baixas taxas de recirculação que diminui o consumo de energia
•
Uma preocupação em evaporadores tubulares está na qualidade qualidade da distribuição do licor no espelho superior que pode ser feita com bicos ou bandejas simples duplas ou triplas.
•Em função do pequeno volumem de licor no
efeito O controle adequado do equilíbrio na alimentação de cada efeito é um requisito necessário para evitar entupimento nos efeitos mais concentrados • variações na temperatura da alimentação dos efeitos durante as
inversões ou lavagens dos efeitos que operam com altas concentrações podem provocar entupimentos •Este tipo de instalação apresenta uma resposta muito rápida a
mudanças de capacidade ,a partidas e paradas por outro lado esta pode ser uma preocupação a mais em instalações mistas com evaporadores de fa e fd
Seqüência do licor nos efeitos
CONCENTRADORES /SUPER CONCENTRADORES
CONCENTRADORES •Tip Tipoo especial de
evaporadores que concentram o licor acima do ponto de saturação dos sólidos presentes no licor •Tr Trabalham abalham com licores de
alta viscosidade
•Em geral requerem maior consumo de energia e grandes
área de troca térmica •Tra Trabalham balham com pressões
e temperaturas mais elevadas.
CONCENTRADORES •
Concentradores de contato direto
•
Concentradores de contato indireto
TECNOLOGIAS
•Primeiro ponto Crítico
•Segundo ponto crítico
SUPER SATURAÇÃO
SS= TDS-TSL TSL
%S.T.
temperatura
Tipos de Concentradores II Cristalizadores de operação continua
Concentradores com ciclos de lavagem
Concentrador de Licor Vertical
Concentrador de Licor horizontal
Evaporado
Licor 68%
Alimentação de licor
GERADOR DE VAPOR Vapor média pressão
Vapor Baixa pressão
C
B
A
SEQUENCIA
A C B C A B C A B
Conceito: campanha do concentrador
Evaporador por Recompreção
DT/Área •Segregação do condensado •Condensador •Turbina /Motor •Balanço energético •Baixa pressão •Espuma •Temperatura do Licor •
Princípio de funcionamento dos evaporadores por Recompressaõ
MVR VCE
O Diagrama de Mollier para Vapor de Água
•Neste conceito os os vapores do licor
são comprimidos em um compressor ou turbo ventilador ,esta absorção de energia traduze-se em aumento da temperatura do vapor que é então utilizado como fonte quente para evaporar o licor •o principio utilizado para este processo é chamado de compressão isentrópica . •A energia é fornecida por uma turbina que opera com vapor a alta pressão ou um motor elétrico. •A compressão do gás é em geral perto de o,3 Kg/cn2 o que limita a diferença de temperatura sem considerar o EPE a valores próximos a 7C deste modo sua aplicação esta limitada em geral a licores com concentrações abaixo de 25% ST •Os baixos DT fazem sua aplicação apropriada para evaporadores de fluxo descendente •Normalmente os pre evaporadores por recompressão mecânica são dimensionados para operar em pressões próxima à atmosférica pois a construção mecânica fica simplificada.
OPERAÇÃO DO VCE/MVR 117 C
647,0
C B
g K / l a c K y 640,8 p l a t n e H639,1
104 C
C
100 C
A
1,7442
1,7568 1,7596
S-entropy Kcal/Kg
EVAPORAÇÃO
Modulo V Sistema de gases gases e condensado condensado
0,23* 63 C
DRENAGEM DOS CONDENSADOS *
GNCC
=Kg/cn2ABS
3,2* 134 C
1,2* 103 C
0,77* 93 C
3,2*
1,2*
1,2*
0,77*
0,56* 84 C
0,23*
0,37*
0,56*
Hm=(P1-P2) 10,33
0,37* 73 C
0,77*
0,37*
0,37*
0,56*
A
0,50* 0,50*
0,50*
B
C
1,0*
A recuperação do calor dos condensados dos efeitos
T1 1) M1*c*(t1-t2)=Q
T2
2) Q = m`*L
m`
T1 m1
m`= m` = M1 M1*c *c*( *(t1 t1-t -t2) 2) L
T3
T2
Condensação dos gases do último efeito
Segregação dos condensados •Consiste
na separação dos condenado em função de seu grau de contaminação exemplo: metanol ,TRS, DQO,dBO •Tem
como objetivo minimizar a quantidade de condensado a ser tratado no Stripper permitindo permitindo uma diminuição diminuição no consumo de de vapor •Pode ser
feito no efeito efeito em aquecedores aquecedores de licor licor externos externos e no condensador
Segregação dos condensados
Segregação dos condensados Evaporador de painéis de tubos TUBEL
Estimativa do Tempo Tempo de residência re sidência Tempo de contato do licor com a superfície de troca térmica.
(1) Utili Utilizada zada para sistem sistemas as a vacuo vacuo em fluxo fluxo ascen ascendente. dente. (2) Espessura Espessura do filme filme ,Utiliz ,Utilizada ada para para evapor evaporadores adores de fluxo fluxo descendente tubulares (3) fração fração do volu volumem mem líq líquid uidoo para para evapo evaporad radore oress de de fluxo fluxo descendente tubulares (4) fração do volumem volumem líqui líquido do para para evapora evaporadores dores de fluxo fluxo descendente de placas (5)) Tem (5 empo po de res resid idên ência cia
(1) Utiliz Utilizada ada para sistem sistemas as a vacuo vacuo em fluxo fluxo ascendente. (2) Espe Espessur ssuraa do filme ,Utilizada ,Utilizada para evaporado evaporadores res de fluxo descendente tubulares (3) fraçã fraçãoo do volum volumem em líquid líquidoo para para evapor evaporado adores res de de fluxo descendente tubulares (4) fraçã fraçãoo do volumem volumem líquido líquido para evapora evaporadore doress de fluxo descendente de placas (5) Tempo de de residênci residênciaa (t)
Os evaporadores de placa têm os menores tempo de residência
(s)
REMOÇÃO DOS GASES INCONDENSÁVEIS
VAPOR
GAS Bomba de anel líquido
•
resfriados aumenta a concentração de A medida que os gases são resfriados
•
O sistema de condensação pode conter três condensadores em serie ,no primeiro condensador ou condensador principal são condensados os vapores do ultimo efeito e o total dos gases coletados no restante dos efeitos.neste .
•
Os gases não condensados neste estagio são sucionados por um
gases incondensaveis .
ejetor e enviados a um condensador intermediário ou “inter cooler” de
menor capacidade.. •
Um segu segundo ndo eje ejetor tor e conde condensa nsador dor ,”af ,”after ter coo cooler ler”po ”pode de ser ser usado usado par para a
•
Vazamentos de ar para o sistema de gases ou deficiências de capacidade podem provocar perdas de capacidade consideráveis.
resfriar os gases incondensadeis incondensadeis que serão enviados para o sistema de incineração.
REMOÇÃO DOS GASES INCONDENSÁVEIS •
Estes gases devem ser retirados porque seu acumulo no interior do efeito interrompe o contato entre o vapor e o tubo ou placas diminuindo a área efetiva para a troca térmica.
•
Deficiências na retirada dos gases podem provocar perdas consideráveis de capacidade
•
Excesso de retirada de gases provocam sobrecarga no condensador e perda de energia
•
Normalmente são colocados orifícios de restrição para permitir ajustes caso necessário.
A coleta dos gases dos efeitos com pressão positiva a rigor não é uma exigência térmica e sim de meio ambiente em função do forte odor dos gases principalmente em plantas operando com alta sulfidez. • A retirada dos gases do condensador é feita geralmente com ejetores a vapor ou bombas de vácuo de anel líquido a melhor opção depende das condições de cada planta. •
O Condensador
•Entrada dos vapores do
último efeito •Entrada de água fria • Saída
de água morna
•Saída dos gases
incondensáveis
STRIPPER SOG Vapor Licor negro Licor negro Condensado Trat Tratado ado
EVAPORAÇÃO
Modulo IV aquecedores de licor
Aquec Aq uecedo edores res de lic licor or ex exter ternos nos • • • • •
permitem aumentar a área de troca térmica Podem diminuir a economia de vapor representam um aumento no investimento Permitem condensar os vapores excedentes da evaporação alternativa para melhorar a segregação dos condensados
Aquece Aqu ecedor dores es de lic licor or int intern ernos os
INCRUSTAÇÕES
•Aumentam o consumo de
vapor •Reduzem a capacidade
da evaporação •Diminuem a estabilidade
operacional
CONTROL OF SOLUBLE SCALE IN BLACK LIQUOR EVAPORATORS AND CONCENTRATORS:PART 1. PILOT PLANT STUDIES Daniel D. Euhus, Bing Shi, and Ronald W. R ousseau Georgia Institute of Technology Wm. James Frederick, Jr. Chalmers University of Technology
Perfil de incrustações Evaporador 6 efeitos contra corrente
1
2
3
4
5
6
Conc.in
41,4
30
23,2
19,1
16,1
14
Conc.Out
69,3
41,8
30
23,2
19,1
16,1
Evap.
26,6
26,6
26,6
26,6
26,6
26,6
Flow in
67,0
93,6
120,2
146,8
173,4
200
Perfil de incrustações (II)
Incrustações de Sódio solúvel,Ca,Mg, sabões,lignina,
Alum Alumín ínio io,s ,síl ílic ica, a,(C (Cac acio io))
Fibr Fibras as,m ,mat ater eria iais is estanhos
AQ, sistema de condensados
Primeiro Ponto crítico BURQUITA:Principal complexo formado na BURQUITA:Principal concentração inicial de cristalização no licor negro (aprox.49 a 55%) Burquita= 2*Na2So4 *Na2CO3 Abaixo do primeiro ponto crítico todos os sais de sódio etão dissolvidos. •É Soluvel em água. •Pouca dependencia com a temperatura. •O Na2SO4 atua como semente
Pontos críticos
Primeiro ponto crítico para sais de sódio 65% s 60% d i l o S l 55% a c i t i r C50%
= 1,0
= 4,0
Total Na 17% 19% 21%
45%
0% 1% 2% 3% 4% 5% 6% 7% 8%
Na2SO4, wt% BLS
H2O
Na2CO3
Na2SO4
Diagrama de equilíbrio
Incrustações de Cálcio Evaporadores :CaCO3 Concentradores : (Pirsonite) Na2CO3*CaCO Na2CO3*CaCO33 A principal origem do Ca é a madeira. Depende da temperatura. Baixa solubilidade em água. Presente em alta concentração nos sabões.
Outras incrustações
Alumino Magnésio Lignina Licor Sulfato
EVAPORAÇÃO
Modulo IV Critérios gerais de projeto
Critérios gerais de projeto • • • • •
Conceitos básicos de termodinâmica Cálculo da água evaporada Número de efeitos Coeficiente global de transmissão de calor Distribuição das temperaturas nos efeitos
Conceitos Básicos Calor latente (vaporização) • Calor sensível (aquecimento) •
A condensação ou liberação do calor latente é a forma utilizada na industria para transferir o calor do vapor
•
Calor latente :Qua Calor :Quantida ntidade de de calor transferid transferidoo durante a condensação condensaç ão / vaporização (da água contida no licor) , medido em Kcal/Kgr. neste caso ocorre mudança de estado a temperatura constante – Um Kgr de vapor de água condensando, cederá aproximadamente aproximadame nte 500 Kcal. –
•
Calor sensível: calor cedido durante a mudança de temperatura (do licor) medido em Kcal/Kgr. Neste caso ocorre mudança de temperatura sem mudança de estado. – Na variação de temperatura da água em um grau ocorre a transferência de 1 Kcal. –
A diferença significativa ente a o calor entregue durante a condensação ou calor latente e o calor entregue durante o resfriamento calor sensível é o motivo do porque os processos de troca térmica utilizam a condensação como forma de ceder calor. Em projetos industriais o calor latente utilizado é o da água encontrado em qualquer tabela de vapor Para o caso de mudanças de temperatura do licor onde é utilizado o calor sensível são utilizadas tabelas especificas que dependem da concentração do licor .quanto mais concentrado o licor menor a necessidade de calor para aumentar sua temperatura em outras palavras menor o calor específica.Para licor negro o calor especifico varia de 0,9 0,6 Kcal/Kg*C
Temperaturas em cada efeito
TV-TL Temperatura do vapor entrando no efeito (TV)
Temperatura do evaporado do licor Temperatura do licor no efeito (TL)
Temperatur emperaturaa do licor entrando
Pressão do Vapor
•Um aumento de 1,0 Kg/cm2
corresponde a um aumento na corresponde temperatura temperat ura do vapor Entre 11 a 9 C dependendo de pressão de operação do sistema •O
aumento da pressão de vapor pode ser limitado em função das resistência mecânicas do evaporador ou da tendência à formação de incrustações incrustações..
Vapor de água saturado 165 160 a r 155 u t a r 150 e p m 145 e T
140 135 2,5
2,9
3,3
3,7
4,1
4,5
4,9
P r essã o( K g / cm 2 )
5,3
5,7
Calor específico do licor Exemplo. •T3 é a temperatura do
licor entrando •a tempermutara de saída do licor T4 será
T1,m1
T4=T2+EPE •se T3 é menor que
T4 o calor necessário para aumentar a temperatura do licor de T3 a T4 será
Ql=ml *c*(T4-T3) •onde Ql é a quantidade de calor em Kcal ,ml a
massa de licor em Kg e c o calor específico do licor em Kacl/kg*C
T2,m2 T3,m3 T4,m4 T5
A partir de m1 e T1 podemos calcular o calor do vapor disponível para a evaporação Qv= m1*l onde m1 é a massa de vapor em Kg e l o calor latente naquela pressão em Kcal/Kg*c O próximo passo é o cálculo da evaporação no efeito que será definido pelo calor disponível do vapor menos o calor necessário para aquecer o licor na temperatura de evaporação do evaporado
T1,m1 T2,m2 T3,m3
Qefet= Qv-Ql este calor será responsável pela evaporação do licor porem numa pressão e temperatura menor que a do vapor alimentado ao efeito ,sendo assim o calor latente será o correspondente correspond ente a estas condições s de pressão e temperatura Qefet=mevap.*L OU Qefet=mevap L
T4,m4 T5
•
O licor saindo do efeito será dado pela diferença entra a entrada e o evaporado m4=m3 – mevap
•
Normalmente parte do calor condensado do vapor é recuperado aproveitando aproveitando o calor residual dado pela diferença de temperatura entre o vapor e o evaporado. mflash= m1*c*(T1-T2) m1*c*(T1-T2) onde mflash é o vapor fhasheado no tanque de condensado e c o calor especifico da água igual a 1
•
•
a quantidade de condensado saindo do efeito será entãO igual a mcond= mco nd= m1m1- mfl mflash ash.. E a quantidade de evaporado disponivel para a evapopração no efeito seguinte será igual a m2=mevap+mflash.
T1,m1 T2,m2 T3,m3 T4,m4 T5,m5
CÁLCULO DA CONCENTRAÇÃO FINAL A partir da concentração concentração do licor entrando entrando é possível definir a concentração do licor saindo,ou checar o calculo da vazão de licor saindo caso a concentração do licor saindo seja um dado conhecido . Este calculo pose ser feito a partir da equação
T1,m1 T2,m2
c3xm3=c4xm4 c3xm3=c4
T3,m3 T4,m4
m4 Este é o procedimento básico para o calculo da condição de cada efeito.
T5
Cálculo da água evaporada M3*C3=M4*C4 T1,m1
Evaporação Ev = M3-M4 Ev = M3-M3xC3 C4
T2,m2 T3,m3 T4,m4
Ev = M3 X 1-C3
C4
T5
EXEMPLO Evaporação de 6 efeitos Alimentação da evap. 200 t/h de licor licor a 14% S.T. é necessário obter um licor a 70 % ST . A agua evaporada será dada pela formula 200*(1-14/70)=160 t/h a evaporação em cada efeito pode ser estimada em um primeiro momento como160/6=26,6 t/h e a vazão de licor na saida de cada efeito pode ser calculada
no sexto efeito 200-26,6=173,4 no quint quintoo efeit efeitoo 173,4 173,4-26,6 -26,6=146, =146,88 no quarto efeito 146,8-26,6=120,2 no terceiro efeito 120,2-26,6=93,6 no segundo efeito 93,6-26,6=67 no primeiro efeito 67-26,6=40,4 as concentrações na saída dos efeitos são calculadas pela relação m1c1=m2xc2 ou m1c1/m2=C2 Desta forma podemos calcular os valores para o restante dos efeitos e determinar os EPE em função da concentração
Para o exemplo as concentrações de licor na saida de cada efeito serão dadas da seguinte forma
no sexto efeito 200*14/173,4=16,14% no quinto efeito 200*14/146,8=19,1% no quarto efeito 200*14/120,2=23,3% no terceiro efeito 200*14/93,6=30% no segundo efeito 200*14/67=41,8% no primeiro efeito 200*14/40,4=69,3%
A partir dos valores das concentrações em cada efeito é possível determinar na tabela o valor dos EPE para cada concentração no sexto efeito
1,1C
no quinto efeito
1,5C
no quarto efeito
2,1C
no terceiro efeito 3,4C no segundo efeito 6,3C no primeiro efeito 14,8C
ELEVAÇÃO DO PONTO DE EBULIÇÃO 20,0 18,0 16,0 14,0 12,0
C 10,0 8,0 6,0 4,0 2,0 0,0 10
20
30
40
50
60
70
80
% TOTAL DE SÓLIDOS DISSOLVIDOS
Economia do evaporador
Economia =
Kg de evaporado Kg de vapor consumido
Economia do evaporador
Economia do evaporador
Economia do evaporador
Número de efeitos e Economia N de efeitos
Kg Evap Kg.vapor
consumo especifi es pecifico co de vapor r o p a v
1 2 3 4 5 6
0,88 1,80 2,60 3,30 4,60 5,50
6
5
e d g k / a d a r o p a v e a u g á e d g k
4
3
2
1
0 1
2
3
4
5
númer o de efeitos efeitos
6
Número de efeitos •Evaporações com menos efeitos apresentam um investimento
menor
•A economia da evaporação é proporcional ao número de •menor número de efeito implica em um maior
para o condensador
efeitos
consumo de água
•Em um projeto o numero de efeitos depende do EPE do
licor concentrado,do balanço de vapor da planta ,da disponibilidade de investimento e da pressão disponível de vapor •Somente o aumento do número de efeitos não garante
aumento de capacidade.
um
O Coeficiente de transmissão de calor U
U=
Q A
T
•
Para áreas menores são necessários diferenças de temperaturas maiores
•
U depende das caraterísticas do licor como viscosidade e concentração
•
Cada efeito tem um U que representa a eficiência da troca
•
O U de projeto não é um valor calculado
Exemplo de U para uma evaporação de 6 efeitos
Distribuição dos U´s
• • • • • • •
concentrador 1 500 Kcal/h*m2*C Concentradorr 2 980 Kcal/h*m2*C Concentrado segundo efeito 1100 Kcal/h*m2*C terceiro efeito 1200 Kcal/h*m2*C quarto efeito 1150 Kcal/h*m2*C quinto efeito 1120 Kcal/h*m2*C sexto efeito 1250 Kcal/h*m2*C
1600
1200
800
400
0 0
2
4
6
8
DISTRIBUIÇÃO DAS TEMPERATURAS NOS EFEITOS
A disponibilidade total de DT é dada por por 4 fatores principais principais •temperatura do vapor vivo •temperatura do vapor no último efeito •perdas de temperatura pelo EPE (BPR) •perdas nos dutos de gases e
separadores de gota
DT=Tvap-Tcond.- BPR(n (n))
DISTRIBUIÇÃO DAS TEMPERATURAS NOS EFEITOS •
Um dos pontos mais importantes em um evaporador múltiplo efeito é a distribuição das temperaturas em cada efeito .por sua vez esta é uma informação fundamental para avaliar o desempenho de uma instalação.
•
Os principais fatores que determinam determinam a distribuição distribuição de temperatura em cada efeito são –
temperatura do vapor vivo
–
temperatura do vapor no último efeito
DISTRIBUIÇÃO DAS TEMPERATURAS NOS EFEITOS (I) –
perdas de temperatura pelo EPE (BPR)
–
perdas nos dutos de gases e separadores de gota
DTtotal=Tvap-Tcond.- EPE(n)- DP(dutos)
DP é geralmente considerado como constante para todos os efeitos e para efeito práticos podem ser negligenciados
Exemplo
140
Exemplo Numero de efeitos 6 temperatura no evaporado evaporado do último efeito 54 C temperatura do vapor vapor vivo 140 C EPE em cada efeito é calculado calculado a partir da evaporação evaporação em cada cada efeito conforme já mostrado mostrado no exemplo anterior 1,1+1,5+2,1+3,4+6,3+14,8=29,2 perda estimada nos dutos 5C Então : DT DT médi médioo = (140 (140-54) -54)-(29 -(29,2),2)- 5 DT Médio= 51,8/6= 8,6 C
54
Principais Fatores que afetam a capacidade da planta Externos • • • • • •
pressão do vapor Fibras A .A . Residual/vis Residual/viscosidade cosidade vapor /choques térmicos temperatura do licor Inorgânicos no licor
Principais Fatores que afetam a capacidade da planta
Internos • • • • • •
conc. Final espuma controle do nível de licor nos efeitos vazão mínima incrustações Vácuo –
remoção de GNC
Fibras As fibras tende a depositar-se na paredes de troca dos efeitos mais diluidos,são faceis de retirar com agua porem são responsaveis pela perda de capacidade • valores 30-150 mg/l •
A.A.Rsidual é observado que um aumento no A .A .R. deminui a tendencia de incrustações dos licores dentro de certos níveis
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Os efeitos com DT maiores indicam sub dimensionamento ,áreas insuficientes ou área de troca ineficiente ( incrustações).
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A dist distrib ribuiçã uição o dos dos Dt Dt não não será será igu igual al „par „para a todo todos s os os efeit efeitos os .O .O
primeiro efeito que opera com U menor em função da alta concentração tera um DT maior U=Q/a*Dt •
Industrialmente o limite mínimo de diferença de temperatura entre o vapor e o licor a ser evaporado em um múltiplo efeito é de 6 C
Vazão mínima de licor •
Os evaporadores de fluxo ascendentes são mais sensiveis a um fluxo mínimo,eveporadores mínimo,eveporador es com circulação natural requerem uma operação proxima da nominal para que a diferença dif erença de densidade permita a circulação do licor nos tubos.
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Nos evaporadores de fluxo desendentes baixas capacidades podem provocar superconcentração superconcentração do licor e entupimentos em função do reduzido volumem de licor nos efeitos
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em evaporadores mixtos de fluxo f luxo ascendente e desendente principalmente os primeiros efeitos a difereça de coeficientes e volumem nos efeitos podem provocar superconcentrações superconcentrações e entupimentos nestes casos é necessário manter um fluxo mínimo.
Futuro •Evaporação dos efluentes ? •Integração com o digestor ? •Redução das temperaturas ? •Geração
de condensados ?
COMBINAÇÃO DE EVAPORADORES EVAPORADORES
COMBINAÇÃO DE EVAPORADORES EVAPORADORES
