RESUMEN DE EVAPORADORES La tran transsició ición n de calor alor es el fac acto torr más imp importa ortant nte e en el dise iseño de evaporadores evaporadores !a "#e la s#per$cie de calentamiento representa representa la ma!or parte del costo del mismo% &#ando los demás factores son id'nticos el tipo de evaporador "#e se selecciona es a"#el "#e tiene el coe$ciente más alto de transmisión de calor% En la sepa separa raci ción ón de vapo vaporr(li" (li"#i #ido do es este te tipo tipo de pro) pro)le lema ma de dise diseño ño es importante por varias ra*ones entre las más importantes es evitar el arrastre esto esto se de)e de)e a la per perdida dida de prod prod#c #cto tos s la co cont ntam amin inac ació ión n del del vapo vaporr condensado el ens#ciamiento o la corrosión de las s#per$cies en la "#e se cond conden ensa sa el vapo vaporr% La sepa separa raci ción ón de vapo vaporr(li" (li"#i #ido do tam) tam)i' i'n n p#ed p#ede e ser ser importante c#ando la aspersión forme depósitos so)re las paredes c#ando los remolinos incrementan las necesidades de car+a de las )om)as de circ#lación ! c#ando las derivaciones permitan "#e el vapor o el l,"#ido re+resen a la )om)a de circ#lación% El comportamiento del evaporador se clasi$ca so)re la )ase económica de vapor- .ilo+ramos de disolvente evaporado por /ilo+ramo de vapor empleado% Se re"#i e"#ier ere e ca calo lorr c#an c#ando do a0 Para ara elev elevar ar la tem tempera perat# t#ra ra del del ma mate teri rial al alim alimen enta tado do desd desde e s# temp temper erat at#r #ra a inic inicia iall 1ast 1asta a la de e)#l e)#lli lici ción ón )0 para para propor proporcion cionar ar la ener+,a ener+,a termodin termodinámic ámica a m,nima m,nima para separar separar el disolven disolvente te li"#ido del material alimentado c0 para vapori*ar el disolvente% El ma ma!o !orr incr increm emen ento to en la ec econ onom om,a ,a de vapo vaporr se lo+r lo+ra a re#ti e#tili li*a *and ndo o el disolv disolvent ente e vapor vapori*a i*ado do esto esto se lle lleva va a ca)o ca)o en #n vapor vapori*a i*ador dor de efecto efecto m2ltiple% La selección del tipo de evaporador más apropiado para para #n ser servic vicio io deter determin minado ado se ri+e ri+e por las caract caracter, er,st stica icass del materi material al alimentado ! del prod#cto% Los p#ntos "#e se de)en tener en c#enta son la cristali*ación la formación de sales ! escamas la calidad de prod#cto ! la formación formación de esp#ma% 3rec#entemente 3rec#entemente la corrosión ! la erosión s#elen ser más importantes en los evaporadores "#e en otros tipos de e"#ipos de)ido a las altas velocidades de l,"#ido ! vapor "#e se #tili*an la presencia de sólidos en s#spensión ! las diferencias de concentración necesarias% Problemas de selección:
Tipos de evaporadores y sus aplicaciones.
Los evaporadores se p#eden clasi$car de la si+#iente manera4% Medio Medio de calentamien calentamiento to separado separado del l,"#ido l,"#ido en evaporación evaporación mediante mediante la s#per$cie t#)#lares de calentamiento% 5% Medio Medio de calent calentam amien iento to con$na con$nado do por serpenti serpentines nes camis camisas as parede paredess do)les placas etc% 6% Medio edio de calen lentam tamient iento o en co cont nta acto cto direc irecto to co con n el l," l,"#ido ido en evaporación% 7% &ale &alentam ntamiento iento median mediante te radiació radiación n solar% solar%
Evaporadores de circulación Forzada - No son los más económicos para m#c1os
#sos los evaporadores de circ#lación for*ada 83&0 son apropiados para m#c1as aplicaciones% La circ#lación se mantiene sea c#al sea la velocidad de evaporación por lo "#e este tipo de evaporadores es m#! adec#ado para operaciones de cristali*ación en las c#ales los sólidos de)en mantenerse en s#spensión en todo momento% Las velocidades en los t#)os están normalmente comprendidas dentro #n m,nimo de apro9imadamente 4%5 m:s en los evaporadores de sal con t#)os de co)re o latón ! #n l,"#ido "#e contiene #n ; por 4<< o más de sólidos% En los evaporadores de circ#lación for*ada se o)tiene coe$cientes de transmisión de calor más altos c#ando se permite "#e el l,"#ido 1ierva en los t#)os% Este tipo de evaporadores de circ#lación for*ada no es m#! apropiado para las disol#ciones salinas p#esto "#e la e)#llición en los t#)os 1ace "#e a#mente las pro)a)ilidades de depósitos de sales en las paredes ! la evaporación repentina a la salida del t#)o fomenta la n#cleación e9cesiva por lo "#e este tipo de evaporadores es m#! raro el #so% La ma!or parte de evaporadores de circ#lación for*ada son de t#)o s#mer+ido El elemento de calentamiento se pone )astante por de)a=o del nivel del l,"#ido en la l,nea de retorno a la cámara de vapori*ación para evitar la e)#llición en los t#)os% Los evaporadores de este tipo tienen a veces elementos 1ori*ontales de calentamiento 8casi siempre de dos pasos0> pero el elemento vertical de calentamiento de paso simple se emplea siempre "#e se dispone de espacio s#perior s#$ciente% Venta=as de los evaporadores de circ#lación for*ada4% &oe$cientes de transmisión calor elevados% 5% &irc#lación positiva% 6% Li)ertad relativa de ens#ciamiento ! formación de sales ! escamas% Desventa=as de los evaporadores de circ#lación for*ada> 4% &osto elevado 5% Ener+,a necesaria para la )om)a de circ#lación% 6% ?iempo de residencia o retención relativamente alto% Aplicaciones para los evaporadores de circ#lación for*ada4% Prod#ctos cristalinos 5% Disol#ciones cristalinas 6% Disol#ciones corrosivas% Evaporadores verticales de tubo corto: Es #no delos primeros tipos "#e a2n se
si+#e #tili*ando de forma comercial s# #so principal en la act#alidad es la evaporación de la caña de a*2car%
El c#erpo está constit#ido por #n cilindro vertical casi siempre de 1ierro colado ! los t#)os se e9panden disp#estos en paneles 1ori*ontales a lo lar+o de todo diámetro del c#erpo de la #nidad% La circ#lación ! la transmisión de calor en este tipo de evaporador se ve afectadas f#ertemente por el nivel de l,"#ido% Se consi+#en coe$cientes de transmisión de calor más elevados c#ando el nivel c#ando se indica mediante #n medidor e9terno de vidrio es de solo apro9imadamente la mitad de la alt#ra de los t#)os% Venta=as de los evaporadores verticales de t#)o corto4% &oe$cientes de trasmisión de calor elevados con diferentes altas de temperat#ra% 5% Espacio s#perior )a=o% 6% Eliminación mecánica sencilla de las escamas% 7% Relativamente poco costosos% Desventa=as de los evaporadores verticales de t#)o corto% 4% Mala transmisión de calor con diferencias )a=as de temperat#ras ! a temperat#ras )a=as% 5% Espacio de terreno ! peso elevados 6% Retención relativamente alta% 7% Mala transmisión de calor con l,"#idos viscosos% Las me=ores aplicaciones de los evaporadores verticales de t#)o corto% 4% L,"#idos limpios 5% Prod#ctos cristalinos si se #tili*a #na 1'lice imp#lsora% 6% L,"#idos relativamente no corrosivos p#esto "#e el c#erpo es +rande ! costoso si se constr#!e de materiales "#e no sea 1ierro colado o acero d#lce% Evaporadores verticales de tubo largo: Este tipo de #nidades se consi+#e #na
ma!or evaporación total "#e en todos los demás com)inados !a "#e normalmente es el más )arato por #nidad de capacidad% El evaporador vertical de t#)o lar+o 8L?V0 consiste en #n intercam)iador de calor de carcasa ! t#)o vertical de paso simple "#e se descar+a en #n ca)e*al de vapor relativamente pe"#eño% Normalmente el evaporador opera en paso simple concentrándose desde la densidad de descar+a en solo el tiempo necesario para "#e el l,"#ido ! el vapor circ#len a trav's del t#)o% Las temperat#ras del l,"#ido en los t#)os de #n evaporador vertical de t#)o lar+o están le=os de ser #niformes ! s# predicción res#lta dif,cil% En el e9tremo inferior el l,"#ido normalmente no 1ierve ! reco+e calor en forma de calor sensi)le% P#esto "#e las velocidades de entrada del l,"#ido s#elen ser m#! )a=as% El principal pro)lema "#e se enc#entra en los evaporadores verticales de t#)o lar+o ! pel,c#la descendente es la distri)#ción de la alimentación a los t#)os% Venta=as de los evaporadores verticales de t#)o lar+o%
4% 5% 6% 7% ;%
@a=o costo S#per$cie de calentamiento amplia en #n c#erpo @a=a retención% Necesidad de poco espacio de terreno% @#enos coe$cientes de transmisión de calor con diferencias ra*ona)les de temperat#ra% % @#enos coe$cientes de transmisión de calor en todas las diferencias de temperat#ra% Desventa=as de los evaporadores verticales de t#)o lar+o% 4% Espacio s#perior elevado 5% En +eneral no son adec#ados para l,"#idos "#e forman depósitos de sales ! escamas en +randes cantidades% 6% @a=os coe$cientes de transmisión de calor de la versión de pel,c#la ascendente con diferencias )a=as de temperat#ra% 7% Normalmente re"#iere la recirc#lación% Evaporadores de tubo horizontal: Este tipo de evaporadores el vapor de a+#a
se enc#entra dentro ! la disol#ción f#era de los t#)os% El propósito )ásico es la )a=a perdida por arrastre- La carcasa cil,ndrica 1ori*ontal prod#ce #na +ran #nidad li)re por #nidad de vol#men del depósito% Ori+inalmente conocido como Lillie este evaporador tam)i'n se conoce a1ora como de pel,c#la en aspersión o simplemente evaporador de t#)o 1ori*ontal% La distri)#ción de l,"#ido en los t#)os se lleva a ca)o por )o"#illas o placas perforadas so)re los t#)os en la parte s#perior% Venta=as de los evaporadores de t#)o 1ori*ontal4% 5% 6% 7% ;%
Espacio s#perior m#! )a=o% Brea li)re +rande para el vapor(l,"#ido en el tipo de t#)o s#mer+ido% &osto relativamente )a=o en el tipo de t#)o recto ! pe"#eña capacidad @#enos coe$cientes de transmisión de calor% Des escamado semia#tomático sencillo- tipo de t#)o acodado%
Desventa=as de los evaporadores de t#)o 1ori*ontal4% 5% 6% 7%
No son adec#ados para los l,"#idos "#e de=an depósitos de sales Cnapropiados para los l,"#idos "#e forman escamas- tipo t#)o recto% &osto elevado- tipo de t#)o acodado% Mantenimiento de la disol#ción de l,"#ido- tipo pel,c#la%
Las me=ores aplicaciones de los evaporadores de t#)o 1ori*ontal 4% 5% 6% 7%
Espacio s#perior limitado% Pe"#eña capacidad% L,"#idos "#e no formen depósitos de sales ni escamas- tipo t#)o recto% L,"#idos "#e formen +randes depósitos de escamas- tipo t#)o acodado%
Formas diversas de superfcie de calentamiento:
Los diseños especiales de evaporadores se recomiendan a veces c#ando las car+as de calor son pe"#eñas se desean caracter,sticas especiales en los prod#ctos o res#lta especialmente dif,cil el mane=o de estos 2ltimos% Se emplean calderas encamisadas a men#do con a+itadores c#ando los prod#ctos son m#! viscosos las car+as alimentadoras son pe"#eñas se re"#iere #na me*cla intima o la facilidad de limpie*a constit#!e #n factor importante% Se p#eden emplear evaporadores con vapor en t#)os de serpent,n para capacidades pe"#eñas con l,"#idos incr#stados% Los evaporadores a+itados de pel,c#la del+ada emplean #na s#per$cie de calentamiento "#e consiste en #n t#)o de diámetro +rande "#e p#ede ser recto consiste en #n t#)o de diámetro +rande "#e p#ede ser recto o cónico 1ori*ontal o vertical% Evaporadores si s#per$cie de calentamiento- El evaporador de com)#stión s#mer+ida #tili*a el )#r)#=eo de los +ases de com)#stión a trav's del l,"#ido como medio de transmisión de calor% &onsiste simplemente en #n tan"#e para retener el l,"#ido #n "#emador #n distri)#idor de +as el c#al p#ede sit#arse en la *ona inferior del seno del l,"#ido ! #n sistema de control de com)#stión% Los evaporadores de disco o en cascada se emplean en la ind#stria papelera ! de p#lpa de madera para rec#perar calor ! prod#ctos "#,micos arrastrados de los +ases del "#emador ! para lo+rar #na concentración $nal del licor ne+ro antes de "#emarlo en el calentador% &ON3CURA&CONES DE EVAPORADORES Evaporadores de efecto simple% Los evaporadores de efecto simple se #tili*an c#ando l capacidad re"#erida es pe"#eña el vapor es )arato el alineamiento es tan corrosivo "#e se re"#ieren materiales de constr#cción m#! caros o c#ando el vapor esta tan contaminado "#e no se p#ede re#tili*ar% Los evaporadores de efecto simple p#eden operar por car+as en semi(contin#o con contin#as car+as o en contin#o% En t'rminos estrictos los evaporadores por car+as son lo "#e presentan etapas consec#tivas de car+as evaporación ! descar+a% Termo compresión- El medio más simple para red#cir las necesidades de
ener+,a de evaporación consiste en comprimir el vapor de #n evaporador de efecto simple para poderlo #tili*ar como medio de calentamiento en el mismo evaporador% La termo compresión mecánica p#ede #tili*ar compresores de movimiento alternativo +iratorios de despla*amiento positivo centrif#+o o de #=o a9ial% Los compresores de despla*amiento positivo son poco prácticos e9cepto para capacidades más pe"#eñas as, como para los evaporadores portátiles para a+#a de mar%
Evaporación de eecto múltiple- es el m'todo principal "#e se #tili*a para
economi*ar el cons#mo de ener+,a% La ma!or parte de estos evaporadores f#ncionan en contin#o a#n"#e para al+#nos materiales dif,ciles de tratar p#ede #tili*arse #n ciclo de car+a contin#as% Accesorios para evaporadores: • • • •
&ondensadores Sistema de venteo @om)a de vac,o Eliminación de sal
Operación de los evaporadores.
Los dos elementos principales para el control de #n evaporador son la velocidad de evaporación ! la concentración del prod#cto% La velocidad de evaporación par evaporadores de efecto simple ! de efecto m2ltiples normalmente se consi+#en mediante el control de #=o de la corriente de vapor% Para el control de la #nidad en +eneral se emplea instr#mentación convencional con la preca#ción adicional "#e la ca,da de presión a trav's del medidor ! de la válv#la de control "#e red#ce la temperat#ra disponi)le para la transmisión de calor no sea e9cesiva c#ando se desea má9ima capacidad% La concentración del prod#cto se p#ede controlar mediante c#al"#ier propiedad de la disol#ción "#e p#eda medirse con la se+#ridad ! $a)ilidad re"#eridas% El m'todo preferido es el imponer #n control so)re la velocidad de eliminación el prod#cto%
