Operaciones Unitarias

“Equipos de Evaporación”

Ximena Elena Inostroza Hoffmann

Profesora

CARLOS ANDRES ARIAS NIEMANN

GIOVANNI FILIPPO CASSUNI FONSECA

MANUEL JESUS HIDALGO ZAMBRANO

2011

ÍNDICE DE CONTENIDOS

CAPÍTULO 1. INTRODUCCION 1

1.1 Objetivo General 2

1.2 Objetivos específicos 2

CAPÍTULO 2. DESARROLLO 3

2.1 Evaporación 4

2.2. Componentes básicos de los equipos de evaporación 4

2.3. Parámetros que intervienen en el diseño de evaporadores. 4

2.3.1. Características del líquido que se concentra 4

2.4. Tipos y selección de evaporadores según las propiedades de las diluciones 6

2.4.1 Evaporadores de circulación natural 6

2.4.2 Evaporadores de circulación forzada 8

2.4.3 Evaporador de tubos largos 9

2.5. Evaporadores de efecto multiple 12

2.5.1 Metodos de alimentacion para un evaporador de multipleefecto 12

CAPÍTULO 3. CONCLUSION 14

Bibliografía 16

CAPÍTULO 1

INTRODUCCIÓN

Son muchos los factores que influyen directamente en la mejor utilización de recursos para un buen funcionamiento de las maquinarias de evaporación que son utilizadas en grandes industrias para obtener ciertos productos que se consumen como jugos de frutas, productos farmacéuticos, etc.

A continuación se analizaran todos los factores y condiciones de diseño que influyen en los equipos de evaporación, los factores que directa o indirectamente influyen en el rendimiento de las maquinarias; como también conocer los diferentes tipos de evaporadores que se utilizan y/o utilizaron en la industria.

Estos equipos utilizan procesos de evaporación que cumplen con ciertos criterios para su completo funcionamiento además de un optimo resultado, utilizan una alimentación determinada, con condiciones de temperatura, concentración, presión, etc. los cuales son distintos para cada proceso, ya que aún utilizando el mismo equipo las condiciones de obtención de algún producto serán características únicas para cada proceso.

1.1 Objetivo General

Investigar el funcionamiento, características y condiciones de operación de los equipos de evaporización.

1.2 Objetivos específicos

• Conocer la variedad de equipos de evaporación de la industria.

• Conocer el funcionamiento de las maquinarias y los diferentes tipos de materias primas que se pueden ingresar a estas maquinarias.

• Conocer las condiciones de operación para cada uno de estas.

CAPÍTULO 2

DESARROLLO

2.1 Evaporación

Es la operación para concentrar una solución a través de la vaporización de un soluto no volátil y un solvente volátil, mediante la eliminación del soluto por ebullición, para producir una disolución concentrada, en la mayoría de las evaporaciones el disolvente es agua.

2.2. Componentes básicos de los equipos de evaporación

- Intercambiador de calor (calandria): para aportar el calor sensible y latente de la evaporación de la alimentación, éste puede ser saturado o sobrecalentado.

- Separador: en el que el vapor se separa de la fase líquida concentrada. En los sistemas que operan a presión atmosférica el separador puede omitirse.

- Condensador: para condensar el vapor y eliminar el condensado del sistema.

2.3. Condiciones de diseño de evaporadores.

2.3.1. Características del líquido que se concentra

• Concentración

Ya que la alimentación que entra al evaporador esta bastante diluida, con respecto al soluto a concentrar, y con una viscosidad muy baja parecida a la del agua, se opera con coeficientes de transferencia de calor muy elevados, a medida que el proceso de evaporación aumenta la viscosidad va creciendo notoriamente, por lo cual ocurre una gran disminución del coeficiente de trasferencia de calor.

• Solubilidad

A medida que aumenta la temperatura de la solución, va aumentando la concentración del soluto, lo que podría llegar a formar cristales si se excede el límite de solubilidad, lo que limita la concentración máxima en la evaporación.

• Sensibilidad térmica

Productos farmacéuticos y biológicos son muy sensibles a la temperatura, en ellos ocurre un proceso de degradación cuando la temperatura aumenta, o es calentamiento es por un tiempo prolongado, como es el caso de algunas proteínas que son sensibles a la temperatura, y en caso de exponerlas a temperaturas elevadas se desnaturalizan. La cantidad de degradación está en función de la temperatura y el tiempo.

• Formación de espumas

Se da en casos donde se opera con algunos alimentos y soluciones de ácidos grasos, donde la espuma es arrastrada por el vapor que sale del evaporador y se producen pérdidas del material.

• Presión y temperatura

Cuanto más elevada es la presión de operación, mayor es la temperatura de ebullición del solvente puro. En algunos casos donde los productos que participan en la evaporación son sensibles a la temperatura, se trabaja en ellos con una temperatura baja, por lo tanto se trabaja con presiones inferiores a 1 atm.

• Formación de costras

En algunos casos hay disoluciones que depositan materiales sólidos sobre las superficies de calefacción, estos materiales se forman por productos de descomposición o por disminución de la solubilidad, esto produce que el coeficiente de transferencia de calor disminuye considerablemente, por lo tanto es necesario eliminar esas costras del evaporador.

• Materiales de construcción del equipo

Para formar un evaporador es necesario elegir bien los materiales de construcción, ya que tiene importancia en la prevención de la corrosión. Siempre que es posible los evaporadores se construyen con algún tipo de acero, pero en algunas ocasiones hay soluciones que atacan a los metales ferrosos y se produce contaminación. Para esos casos se utilizan materiales como: cobre, níquel, aceros inoxidables, aluminio, grafito y plomo; como los materiales son caros, es necesario obtener elevadas velocidades de transferencia de calor, para así minimizar costos.

2.4. Tipos de evaporadores según las propiedades de las diluciones

2.4.1. Evaporadores de circulación natural

• Evaporador abierto

Es la forma más simple de un evaporador y son muy utilizados por su bajo costo. Aunque el depósito de estos evaporadores puede calentarse de forma directa, a veces, tienen una camisa de calentamiento externo o un serpentín que se encuentra sumergido en el líquido a través del cual pasa el medio transferidor de calor.

En éstas unidades las velocidades de evaporación son muy bajas y el desperdicio de calor es demasiado por lo que en algunos se utilizan raspadores o paletas agitadoras de líquido.

• Evaporador con tubos cortos horizontales

Éste equipo relativamente económico es utilizable para líquidos no viscosos, puesto que su circulación no es muy buena con altos coeficientes de transferencia de calor y líquidos que no formen incrustaciones ni espumas.

En la parte inferior de la cámara se encuentra atravesada por un banco de tubos horizontales calentados internamente por vapor. El vapor de agua entra a los tubos y se condensa, el vapor condensado sale por el otro extremo de los tubos. Por encima del calentador existe un amplio espacio para permitir la separación por gravedad de las gotitas liquidas que son arrastradas con el vapor desprendido el liquido de la base. Para reducir aún más el arrastre y facilitar la separación pueden disponerse en el interior de este espacio láminas de choque separadoras.

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Figura 2.1. Evaporador de tubos horizontales

• Evaporador de tubos cortos verticales

En él se condensa sobre la superficie exterior de tubos dispuestos verticalmente y dentro de los tubos se encuentra la disolución. Gracias a la ebullición y disminución de densidad, el líquido se eleva en los tubos por circulación natural, lo que incrementa el coeficiente de transferencia de calor y fluye hacia abajo a través de un espacio grande central abierto; la longitud de los tubos oscila entre 0.5 y 2 m. Cuando se concentran

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