PROCESOS DE SEPARACIN II EVAPORACIN

Factores de proceso

Las propiedades fsicas y qumicas de la solucin que se est concentrando y del vapor que se separa tienen un efecto considerable sobre el tipo de evaporador que debe usarse y sobre la presin y la temperatura del proceso.

Propiedades que afectan a los mtodos de procesamiento Concentracin en el lquido: Por lo general, la alimentacin lquida a un evaporador es bastante diluida, por lo que su viscosidad, bastante baja, es similar a la del agua y se opera con coeficientes de transferencia de calor bastante altos. A medida que se verifica la evaporacin, la solucin se concentra y su viscosidad puede elevarse notablemente, causando una marcada disminucin del coeficiente de transferencia de calor. Se requiere entonces una circulacin o turbulencia adecuada para evitar que el coeficiente se reduzca demasiado. Solubilidad: A medida que se calienta la solucin y aumenta la concentracin del soluto o sal, puede excederse el lmite de solubilidad del material en solucin y se formaran cristales. Esto limita la concentracin mxima que puede obtenerse por evaporacin de la solucin. En la mayora de los casos, la solubilidad de la sal aumenta con la temperatura. Esto significa que, al enfriar a temperatura ambiente una solucin concentrada caliente que proviene de un evaporador puede presentarse una cristalizacin. Sensibilidad trmica de los materiales: Muchos productos, en especial los alimentos y otros Materiales biolgicos, son sensibles a la temperatura y se degradan cuando sta sube o el calentamiento es muy prolongado. Entre ellos estn los materiales farmacuticos; productos alimenticios como leche, jugo de naranja y extractos vegetales; y materiales qumicos orgnicos delicados. La cantidad de degradacin est en funcin de la temperatura y del tiempo. Formacin de espumas: En algunos casos, los materiales constituidos por soluciones custicas, soluciones de alimentos como leche desnatada y algunas soluciones de cidos grasos, forman espuma durante la ebullicin. Esta espuma es arrastrada por el vapor que sale del evaporador y puede producir prdidas de material. Presin y temperatura: El punto de ebullicin de la solucin est relacionado con la presin del sistema. Cuanto ms elevada sea la presin de operacin del evaporador, mayor ser la temperatura de ebullicin. Adems, la temperatura de ebullicin tambin se eleva a medida que aumenta la concentracin del material disuelto por la accin de la evaporacin. Para mantener a un nivel bajo la temperatura de los materiales termosensibles suele ser necesario operar a presiones inferiores a 1 atm, esto es, al vaco.

Formacin de incrustaciones y materiales de construccin: Algunas soluciones depositan materiales solidos llamados incrustaciones sobre las superficies de calentamiento. Estas incrustaciones se forman a causa de los productos de descomposicin o por disminucin de la solubilidad. El resultado es una reduccin del coeficiente de transferencia de calor, lo que obliga a limpiar el evaporador. La seleccin de los materiales de construccin del evaporador tiene importancia en la prevencin de la corrosin.

Tipos de evaporadores Marmita abierta o artesa: La forma ms simple de un evaporador es una marmita abierta o artesa en la cual se hierve el lquido. El suministro de calor proviene de la condensacin de vapor de agua en una chaqueta o en serpentines sumergidos en el lquido. En algunos casos, la marmita se calienta a fuego directo. Estos evaporadores son econmicos y de operacin simple, pero el desperdicio de calor es excesivo. En ciertos equipos se usan paletas o raspadores para agitar el lquido.

Evaporador de tubos horizontales con circulacin natural: El banco horizontal de tubos de calentamiento es similar al banco de tubos de un intercambiador de calor. El vapor de agua entra a los tubos y se condensa; el condensado sale por el otro extremo de los tubos. La solucin a ebullicin est por fuera de ellos. El vapor se desprende de la superficie lquida; despus, casi siempre se hace pasar por dispositivos de tipo deflector para impedir el arrastre de gotas de lquido y sale por la parte superior. Este equipo, relativamente econmico, puede utilizarse para lquidos no viscosos con altos coeficientes de transferencia de calor y para lquidos que no formen incrustaciones. Puesto que la circulacin del lquido no es muy buena, son poco adecuados para materiales viscosos. En casi todos los casos se operan con rgimen continuo, con alimentacin a velocidad constante y salida de concentrado a velocidad constante. Evaporador vertical con circulacin natural: En este tipo de evaporador se usan tubos verticales en lugar de horizontales y el lquido est dentro de los tubos, por lo que el vapor se condensa en el exterior. Debido a la ebullicin y a la disminucin de densidad, el lquido se eleva en los tubos por circulacin natural y fluye hacia abajo a travs de un espacio central abierto grande, o bajada. Esta circulacin natural incrementa el coeficiente de transferencia de calor. No es til con lquidos viscosos. Este equipo se llama con frecuencia evaporador de tubos cortos. Una variacin de este modelo es el evaporador de canasta, que usa tubos verticales, pero el elemento de calentamiento se cuelga en el cuerpo, de tal manera que haya un espacio anular que sirva de bajada. El modelo de canasta difiere del evaporador vertical de circulacin natural, pues ste tiene un espacio central en vez del anular como bajada. Este tipo se usa con frecuencia en las industrias del azcar, la sal y la sosa custica.

Evaporador de tubos largos verticales

Evaporador de circulacin forzada

Evaporacin mediante recompresin de vapor En el evaporador de un solo efecto, el vapor que proviene de la unidad generalmente se condensa y se descarta. En el evaporador de efecto mltiple, la presin de cada efecto sucesivo va disminuyendo de modo que el punto de ebullicin del lquido desciende en cada efecto. Por consiguiente, existe una diferencia de temperatura creada para que el vapor de un efecto se condense en el efecto siguiente y haga hervir el lquido para formar vapor. En el evaporador de recompresin de vapor de un solo efecto (recompresin llamada a veces compresin de vapor) el vapor se comprime hasta que aumenta su temperatura de condensacin o de saturacin. Este vapor comprimido se devuelve al calentador de la caja de vapor y se condensa, de modo que el vapor se forma en el evaporador. De esta manera, el calor latente del vapor se utiliza y no se desperdicia. Los dos tipos de unidades de recompresin de vapor son la de tipo mecnico y la de tipo trmico. Evaporador mecnico de recompresin de vapor En un evaporador mecnico de recompresin de vapor se utiliza un evaporador convencional de un solo efecto. La alimentacin fra se precalienta por intercambio con el producto lquido caliente .de la salida y luego fluye hacia la unidad. El vapor que se eleva no va hacia un condensador, sino que se enva a un compresor centrfugo o de desplazamiento positivo impulsado por un motor elctrico o por vapor. Este vapor comprimido se enva de nuevo al intercambiador de calor o caja de vapor. El vapor comprimido se condensa a una mayor temperatura que el punto de ebullicin del lquido caliente en el efecto, y se establece una diferencia de temperatura. De nuevo se genera vapor y el ciclo se repite. En ocasiones es necesario agregar una pequea cantidad de vapor de apoyo a la lnea de vapor antes del compresor. Adems, puede aadirse una pequea cantidad, de condensado al vapor comprimido para eliminar cualquier sobrecalentamiento que pudiera haber.

Evaporador trmico de recompresin de vapor Un chorro de vapor tambin se puede usar para comprimir el vapor en una unidad trmica de recompresin de vapor. Las desventajas principales son la baja eficiencia del chorro de vapor, que hace necesaria la eliminacin de este exceso de calor, y la poca flexibilidad a los cambios en las variables de proceso. Los chorros de vapor son ms econmicos y ms durables que los compresores mecnicos y manejan con ms facilidad grandes volmenes de vapor a baja presin. Bibliografa

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Resumen y adaptacin: M.I. Leticia Judith Moreno Mendoza