EVAPORADORES DE MULTIPLE EFECTOLa mayoría de los evaporadores se calientan con vapor de agua que condensa sobre tubos metálicos. Generalmente el vapor es de baja presión, inferior a3 atm absolutas, y con frecuencia el líquido que hierve se encuentra a un vacío moderado, de hasta 0,05 atm absolutas. Al reducir la temperatura de ebullición del líquido aumenta la diferencia de temperatura entre el vapor condensante y el líquido de ebullición y, por tanto, aumenta la velocidad de transmisión de calor en el evaporador.El método general para aumentar la evaporación por kilogramo de vapor de agua utilizando una serie de evaporadores entre el suministro de vapor vivo y el condensador recibe el nombre de evaporación en múltiple efecto. En el cual el vapor procedente de uno de los evaporadores se introduce como alimentación en el elemento calefactor de un segundo evaporador, y el vapor procedente de éste se envía al condensador, la operación recibe el nombre de doble efecto. El calor del vapor de agua original es reutilizado 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.El primer efecto de un evaporador de flujo múltiple es aquél en el que se introduce el vapor vivo y en el que la presión en el espacio de vapor es la más elevada. El último efecto es el que tiene la presión mínima en el espacio de vapor.La presión en cada efecto es menor que la del efecto del cual recibe el vapor de agua y superior a la del efecto al cual suministra vapor. Cada efecto, por sí solo, actúa como un evaporador de un solo efecto, y cada uno de ellos tiene una caída de temperatura a través de su superficie decalefacción Correspondiente a la caída de presión en dicho efecto. El acoplamiento de una serie de cuerpos del evaporador en un sistema demúltiple efecto es una cuestión de tuberías de interconexión y no de laestructura de las unidades individuales. La numeración de los efectos esindependiente del orden en el que las disoluciones entren como alimentaciónde los mismos. En figura la alimentación diluida entra en el primer efecto,donde se concentra parcialmente, pasa al segundo efecto para unaconcentración adicional y, por último, en el tercer efecto alcanza laconcentración final. La disolución concentrada se extrae del tercer efectomediante una bomba. En la operación en estado estacionario las velocidadesde flujo y las velocidades de evaporación son tales que tanto el disolventecomo el soluto no se acumulan ni disminuyen en cada efecto. Laconcentración, temperatura y velocidad de flujo de la alimentación estánligadas, las presiones en la entrada del vapor vivo y el condensador están establecidas, y todos los niveles de las disoluciones se mantienen en cada efecto. Por tanto, todas las concentraciones internas, velocidades de flujo,presiones y temperaturas se mantienen automáticamente constantes por símismas durante la operación del proceso. La concentración de la disolución concentrada solamente se puede modificar cambiando la velocidad de flujo de la alimentación. Si la disolución concentrada es demasiado diluida, se reduce la velocidad de alimentación al primer efecto y, contrariamente, se aumenta si es demasiado concentrada. La concentración en el último efecto y de la disolución concentrada que descarga del mismo alcanzaráeventualmente un nuevo estado estacionario para el nivel deseado.

La superficie de calefacción del primer efecto transmitirá por hora una cantidad de calor dado por la ecuación.q1= A1U1 ΔT1

Si la parte de este calor que va a calentar la alimentación hasta el punto deebullición se desprecia por el momento, resulta que todo este calor ha deaparecer como calor latente en el vapor que sale del primer efecto. Latemperatura del condensado que sale del segundo efecto es muy próxima ala temperatura T, de los valores procedentes del líquido que hierve en esteefecto. Por tanto, en la operación en estado estacionario prácticamentetodo el calor consumido en crear vapor en el primer efecto será cedidocuando este mismo vapor condense en el segundo efecto. Sin embargo, elcalor transmitido en el segundo efecto viene dado por la ecuación. Q2= A2U2ΔT 2

Tal como se ha indicado, q1 y q2 son prácticamente iguales, de forma que.A1U1ΔT 1= A2U2ΔT 2

Este mismo razonamiento puede ampliarse, de forma que, aproximadamente.A1U1ΔT 1= A2U2ΔT2= A3U3ΔT3

En la práctica ordinaria las áreas de calefacción de todos los efectos de unevaporador de múltiple efecto son iguales, lo cual conduce a una economíaconstructiva. Por tanto q, = q2 = q3 la ecuación que da de esta manera.

U1ΔT 1= U2ΔT 2= U3ΔT 3= q/A

A partir de aquí se deduce que las caídas de temperatura en un evaporadorde múltiple efecto son, de forma aproximada, inversamente proporcionales alos coeficientes de transmisión de calor.

 

Métodos de alimentación para un evaporador de múltipleEfecto

Para alimentar un evaporador de múltiple efecto existen varias maneras oformas de realizarlo entre están encontramos las siguientes.

Alimentación directa

Alimentación inversa

Alimentación mixta

Alimentación paralela. -Corrientes de disolución; -corrientes de vaporde agua y vapor condensado.

Alimentación en contracorriente

Alimentación directa:

Consiste en introducir mediante una bomba la disolución diluida en el primerefecto y hacerla circular después a través de los demás efectos Laconcentración de la disolución aumenta desde el primer efecto hasta elúltimo. Este modelo de flujo del líquido es el más sencillo. Requiere unabomba para introducir la alimentación en el primer efecto, ya que confrecuencia este efecto está a una presión superior a la atmosférica, y unabomba para extraer la disolución concentrada del último efecto. Sinembargo, el paso de un efecto a otro se realiza sin bombas puesto que elflujo es en el sentido de presiones decrecientes, y todo lo que se requiereson válvulas de control en las líneas de Unión.

Alimentación Directa figura 2

Alimentación inversa:

Método común en el que la alimentación diluida se introduce en el últimoefecto y se bombea después a través de los sucesivos efectos hasta elprimero,Este método requiere una bomba entre cada pareja de efectos, además dela bomba de disolución concentrada, ya que el flujo tiene lugar en el sentidode presiones crecientes.La alimentación inversa conduce con frecuencia a una mayor capacidad quela alimentación directa cuando la disolución es viscosa, pero puede produciruna menor economía que la alimentación directa cuando la alimentación estáfría.

Alimentación inversa figura 3

Alimentación mixta

La disolución diluida entra en un efecto intermedio, circula con alimentacióndirecta hasta el extremo de la serie, y después se bombea hacia atrás a losprimeros efectos para conseguir la concentración final. Esta forma deoperar elimina algunas de las bombas que se requieren en la alimentacióninversa y permite realizar la evaporación final a temperatura más elevada.

Alimentación mixta figura4

Alimentación paralela

En los evaporadores con cristalización, donde se retira una suspensión decristales y aguas madres, la alimentación se introduce directamente en cadaefecto En la alimentación paralela no hay transporte de líquido entre losefectos

Alimentación paralela figura

Ventajas

Gran utilización del vapor la presión se distribuye el mismo vacío hace quefluyan los concentrados.

Inconvenientes

La transmisión de calor está dificultada por: U grande, Ts-T1 grande, la u vaaumentando y U va disminuyendo.

Alimentación en contracorriente:Ventajas Mejora la transmisión de calor, se compensa el gradiente

Inconvenientes Hay que colocar bombas para que fluya el concentrado.

EVAPORADORES DE PELÍCULA ASCENDENTE O RISING FILMS

Estos operan bajo el principio del termo sifón. La alimentación de producto(A) entra por el fondo de los tubos de calentamiento y al ser calentado elvapor comienza a formarse. La fuerza ascendente de este vapor producidodurante la ebullición causa que el líquido y el vapor asciendan en un flujoparalelo. Al mismo tiempo la producción de vapor se incrementa y elproducto es presionado como una película delgada hacia las paredes de lostubos, y el líquido sube hacia arriba. Este movimiento co-corriente haciaarriba en contra de la gravedad tiene el efecto benéfico de crear un altogrado de turbulencia en el líquido. Esto es ventajoso durante la evaporaciónde productos altamente viscosos y productos que tienen una tendencia aensuciar las superficies de calentamiento

A: ProductoB: VaporC: ConcentradoD: Vapor de CalentamientoE: CondensadoEvaporador de Película Ascendente

En este tipo de evaporadores, generalmentedebe haber a un diferencial bastante alto entre las temperaturas de calentamiento y el lado de evaporación. De otra formala energía del flujo de vapor no es suficiente para transportar el líquido yproducir la película ascendente. La longitud de los tubos de ebullicióngeneralmente no excederá de 23ft (7m).

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Planta de evaporación de película descendente de 5efectos para glutamato monosódico, calentado por re-compresión térmica de vapor.La tasa de evaporación es50,000 lbs/hr (~22,690kg/h).

dibujo

Este tipo de evaporador es frecuentemente usado con recirculación deproducto, Dónde parte del concentrado producido es reintroducida a laentrada de la alimentación para producir una carga suficiente de líquidodentro de los tubos de calentamiento. Diferentes diseños han sidodesarrollados usando este principio básico. Un buen ejemplo es elevaporador Roberts, el cual es el más antiguo de los evaporadores del tipode circulación. Este tipo de evaporador tiene un tubo ancho de circulaciónen el centro del paquete de tubos de calefacción por el que concentra elflujo de retorno al fondo del paquete de tubos. El evaporador Roberts aunes ampliamente usado en la industria azucarera.

EVAPORADOR DE PELICULA DESCENDENTE

En los evaporadores de película descendente el producto líquido (A)usualmente entra al evaporador por la parte superior (1) o cabezal delevaporador. En el cabezal, el producto es uniformemente distribuido dentro de los tubos de calentamiento. Una película fina entra a los tubos decalentamiento fluyendo hacia abajo, donde es calentada a temperatura deebullición y así, es parcialmente evaporada. En la mayoría de los casos esusado vapor (D) para calentar el evaporador. El producto y los vahos, ambosfluyen hacia abajo en un flujo paralelo. Este movimiento de gravedadinducida hacia abajo es aumentado cada vez más por el flujo a co-corrientede vapor. La separación del producto concentrado (C) forma su vapor (B) loque se lleva a cabo en la parte baja del intercambiador de calor (3) y en elseparador (5)

A: ProductoB: VaporC: ConcentradoD: Vapor de CalentamientoE: Condensado1: Cabezal2: Calandria3: Parte baja de la Calandria4: Zona de Mezcla5: Separador de VahoDibujo2

Los evaporadores de película descendente pueden ser operados condiferenciales de temperatura muy bajos entre el medio de calentamiento yel líquido a evaporar y además, tienen tiempos de contacto con el productomuy cortos, justo unos cuantos segundos por paso. Estas característicashacen al evaporador de película descendente especialmente adecuado paraproductos sensibles al calor.No obstante, los evaporadores de película descendente deben ser diseñadoscon bastante cuidado para cada combinación de condiciones de operación.Mojar suficientemente la superficie de calentamiento por el líquido(espesor de película de producto), es extremadamente importante para unaoperación de la planta sin problemas. Si la superficie de calentamiento noestá suficientemente mojada, se presentaran parches e incrustaciones deproducto seco, o peor aún, los tubos de calentamiento se atascarán porcompleto. En casos críticos la tasa de mojado puede aumentarseextendiendo o divide los efectos de evaporación, manteniendo las ventajasde un solo paso de operación (no re circulando el producto).El diseño apropiado del sistema distribuidor de producto en el cabezal delevaporador es crítico para alcanzar un mojado completo y uniforme de lostubos.Debido al bajo volumen de líquido contenido en este tipo de unidades, losevaporadores de película descendente pueden ser rápidamente arrancados ycambiados al modo de limpieza u a otro producto fácilmente.Los evaporadores de película descendente son sumamente sensibles amodificaciones de parámetros tales como suministro de energía, vacío, nivelde alimentación, concentraciones, etc.Cuando están equipados con un sistema automático de control bien diseñado,pueden producir un producto concentrado muy consistente.El hecho de que los evaporadores de película descendente pueden seroperados con pequeños diferenciales de temperatura hace posibleemplearlos en configuraciones de múltiples etapas o efectos o con sistemas de compresión mecánica de vapor en las plantas modernas con consumos deenergía verdaderamente bajos. Más información sobre consumo y ahorro deenergía está disponible en la sección: Manejo y Optimización de Energía.

La tendencia actual de la Industria es utilizar equipos del tipo película descendente por las siguientes razones:

Operacionales:

La operación de los equipos de tubos llenos producen concentrado en unrango medio de tiempos de 3-4 hrs, dado el gran volumen de líquido en suinterior, frente a 25-30 minutos en una unidad de película descendente, locual se traduce en una serie de ventajas:

•Se puede iniciar el proceso de adición de concentrado fresco, en unbreve tiempo.

•Se puede concentrar la totalidad del agua de cola, a diferencia del detubos llenos, donde el equipo queda con una carga completa de agua de cola.

•Permite procesar pequeñas cantidades de pesca en forma integral, loque es un fenómeno común a lo largo de un año.

•Mejores rendimientos de proceso, al no tener almacenamientos entredías de proceso.

•Tiempo de limpieza reducido, 2.5 - 3 horas, frente a las 12-18 horasde limpieza que requiere una unidad de tubos llenos.

Calidad de producto

Al utilizar un FF, se obtienen harinas de mejor calidad dado que siempre sepuede agregar concentrado fresco, y presencia de concentrado añejo serámínima. El daño térmico de las proteínas es menor, lo que se refleja en uncolor más claro, debido al menor tiempo de concentración, y menorestemperaturas de operación.

Ahorros de Energía

Los equipos transformados, pueden operar con vahos de secadores a vaporcon los consiguientes ahorros energéticos. Adicionalmente se requieremenor inversión en calderas.

Ambientales

Su recuperación disminuye significativamente los problemas de generaciónde aguas residuales, y elimina casi totalmente los requerimientos de agua decondensación para los vahos residuales, disminuyendo los problemas demalos olores, característicos de la industria.

Ventajas:

Costo moderado en la gran mayoría de los evaporadores.

Calefactores de gran superficie en un solo cuerpo.

Bajo tiempo y volúmenes de residencia.

Ocupan poco espacio.

Bajos tiempos de residencia, lo cual permite concentrar productosextremadamente termo-sensibles

Rápida respuesta a cambios en las condiciones de operación.

Arranques y paradas se efectúan rápidamente

Buenos coeficientes de transferencia de calor a diferencias detemperaturas razonables

Por sus demostradas ventajas, el evaporador de película descendente hareemplazado prácticamente a otro tipo de evaporadores en muchasindustrias. Mientras los evaporadores de circulación natural y de circulación forzada son aun de uso común, los tipos especiales como los evaporadoresde tubo en espiral, en contra corriente o con agitación se utilizan solo paraaplicaciones muy especiales.

Desventajas:

•La mayoría de los evaporadores utilizados poseen gran altura (hasta18 m).

•Por lo general, no son apropiados para soluciones precipitantes oincrustantes.

•Con diferencias de temperaturas pequeñas, sus coeficientes detransferencia de calor son pobres.

•Presentan demasiada sensibilidad hacia el cambio en las condicionesde operación.

http://es.scribd.com/doc/98134802/Evaporadores-de-Multiple-Efecto

http://es.scribd.com/doc/3169438/EVAPORACION-Y-EVAPORADORES-DE-MULTIPLE-EFECTO

http://es.scribd.com/doc/81219220/Evaporador-de-Multiple-Efecto

http://es.scribd.com/doc/73383340/Evaporador-Triple-Efecto