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Operaciones Unitarias II
Ever García Martínez
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EVAPORACIÓN DE MATERIALES BIOLÓGICOS Y CONDENSADORES DE
SUPERFICIE
Los evaporadores de efecto múltiple comúnmente descargan los vapores en el
vacio ya que deben condensarse y en fase liquida a presión atmosférica, para
lograr el condensado se utiliza agua para enfriamiento. Existen distintos tipos de
condensadores, pueden ser de superficie, donde el vapor y el liquido de
enfriamiento esta separados por una pared metálica, también existen los de
contacto directo, que el vapor y el liquido de enfriamiento se mezclan. Los
evaporadores de superficie tienen un uso específico en el cual solamente son
empleados cuando no se desea mezclar el condensado y el agua de enfriamiento;
en una vista general son condensadores de tubos y coraza, atraves de los tubos
fluye el agua de enfriamiento, mientras que por la coraza el vapor circula. El vapor
que circula por lo regular incluye gases no condensables, como dióxido de
carbono y nitrógeno, que pueden haberse agregado en la fuente de alimentación,
también provienen de descomposiciones en la solución.
Cuando el vapor condensado esta a una presión menor que la atmosférica, el
liquido condensado puede ser separado por una bomba común, por otra parte los
gases no condensables por una bomba de vacío. Estos condensadores (de
superficie) son costosos y utilizan mayor cantidad de agua de enfriamiento, no
son empleados en situaciones donde los de contacto directo son adecuados.
Los condensadores de contacto directo, uno de los más comunes es el
barométrico a contracorriente que se muestra en el figura 1.1, el vapor que se
introduce al condensador se condesa conforme sube contra una cortina de gotas
de agua de enfriamiento, este tipo de condensador es barato y ahorra agua, el
condensador se debe colocar a una altura especifica por encima de la descarga
del tubo para que la columna de agua del interior compense la diferencia de
presión entre la presión absoluta baja en el condensador y la atmósfera y así de
esta manera, el agua se descarga por gravedad.
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Ever García Martínez
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Figura 1.1
La evaporación de materiales biológicos es distinta a la evaporación de materiales
inorgánicos como cloruro de sodio e hidróxido de sodio, también difieren de
materia orgánica, como el etanol y acido acético. Algunos ejemplos de materiales
biológicos son: productos farmacéuticos, leche, jugos cítricos y extractos
vegetales, los cuales son sensibles a la aplicación de calor; una desventaja clara
es que tiene problemas por crecimiento bacteriano, por lo que se debe diseñar el
equipo para una fácil limpieza, algunos materiales biológicos en disolución
muestran puntos de ebullición con elevaciones bajas a altas concentraciones,
esto es causado a que contienen sólidos suspendidos en partículas muy finas.
La degradación de materiales biológicos en el proceso de evaporación está
relacionada a la temperatura y al tiempo del proceso, por lo que para mantener
una temperatura baja, la evaporación se debe realizar al vacio, así el punto de
ebullición de la disolución es bajo, para reducir el tiempo de proceso sea corto, el
equipo debe contar con un tiempo bajo de contacto del material que se evapora.
Algunos ejemplos de evaporadores que se utilizan para materiales biológicos, el
evaporador vertical de tubos largos para leche condensada, evaporador de caída
de película utilizado en jugos de frutas, evaporador de película agitada para
gelatina y antibióticos, evaporador de ciclo con bomba de calor que se utiliza para
jugos de frutas, leche o productos farmacéuticos. La evaporación de jugo de
frutas, tal es el caso del zumo de naranja presenta problemas diferentes a la
evaporación de una sal típica, los jugos de frutas son sensibles al calor con lo cual
se requiere una temperatura de operación baja, también presentan mayor
viscosidad conforme se concentra la solución.
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Los jugos contienen materia solida suspendida que se adhiere en la superficie de
calentamiento, lo que provoca un sobrecalentamiento deteriorando el material por
tal motivo las velocidades de circulación deben ser altas en la superficie de
transferencia de calor. Una planta de jugos de frutas usa un evaporador de efecto
simple que emplea vacio para reducir su temperatura de evaporación.
Las soluciones de azúcar, donde el azúcar se obtiene de la caña de azúcar y de
remolacha, el azúcar forma caramelo a temperaturas altas en periodos de tiempo
prolongados, comúnmente se usan evaporadores de circulación natural con tubos
cortos, esto en soluciones de azúcar que se concentran de 10-13 Brix hasta 40-60
Brix. Otro factor a tomar en cuenta es que la alimentación se debe precalentar con
el vapor de agua que sobra del evaporador con uno a seis efectos, el primer efecto
debe de operar a una presión de unos 207KPa (250°F temperatura de saturación)
y el último efecto opera al vacio a 24KPa.
En el proceso de surfacto en la fabricación de pulpa de papel, los trozos de
madera son cocidos y después se lava la pulpa, con lo que se obtiene un licor
negro, esta solución posee mayormente carbonato de sodio y compuestos
orgánicos derivados de azufre, se concentra en todo un sistema de seis efectos.
Bibliografía
Geankoplis, Christie J. Procesos de transporte y operaciones unitarias. Mexico DF:
PRENTICE-Hall, 1995.