EVAPORACION

“Tiene por objetivo eliminar vapor formado por ebullición
de una solución líquida de la que se obtiene una solución
más concentrada.”
 La eliminación del
agua proporciona
estabilidad
microbiológica
 Permite reducir los
costes de
almacenamiento y
transporte.
 La evaporación es diferente a la
deshidratación ya que el producto
tratado en el proceso de
evaporación permanece siempre
en estado líquido.
 Es diferente de la destilación ya
que los vapores producidos en la
evaporación no constan de varias
fracciones como ocurre en la
destilación.
Las Propiedades fisicoquímicas de la solución y
del vapor que se separa, tiene efecto considerable
sobre:
 El tipo de evaporador que debe usarse
 La presión de proceso
 La temperatura de proceso
 Por lo general la alimentación es bastante diluida
 Su viscosidad es baja, casi similar al agua
 Opera con coeficientes de calor altos
 Mientras se evapora la viscosidad aumenta y el coeficiente
de transferencia de calor disminuye
 Se requiere de turbulencia adecuada para evitar la
disminución del coeficiente de transferencia de calor
 A medida que se calienta la solución y aumenta la
concentración del soluto, puede excederse el límite de
solubilidad del material en solución y formar cristales.
 La formación de cristales puede limitar la
concentración máxima que podria obtenerse por
evaporación de la solución.
 La cantidad de
degradación esta en
función del tiempo y la
temperatura de proceso.
 La formación de espuma provoca pérdidas del
material al ser arrastrada por el vapor que sale
del evaporador.
 El punto de ebullición de la solución esta
relacionado con la presión del sistema, aumenta
conforme aumenta la presión
 El punto de ebullición aumenta con el incremento
de la concentración, a este fenómeno se le llama
elevación del punto de ebullición.
 En el caso de materiales muy sensibles, es
necesario operar a presiones inferiores a 1 atm.
 Algunas soluciones depositan materiales sólidos
llamados incrustaciones sobre la superficie de
calentamiento.
 Estas incrustaciones pueden formarse por
disminución de la solubilidad o productos de
descomposición.
 El resultado es una reducción del coeficiente de
transferencia de calor, lo que obliga a limpiar el
evaporador.
 La selección de los materiales de construcción del
evaporador tiene importancia en la prevención de la
corrosión.
 Esta en función a:
 La configuración de la superficie para la transferencia de calor
 Los medios utilizados para agitar o circular el líquido
 Algunos tipos son:
 Marmita abierta o artesa
 Evap. de tubos horizontales con circulación natural
 Evap. De tubos verticales con circulación natural
 Evap. Vertical de tubos largos
 Evap de caída de película
 Evap. de circulación forzada
 Evap. de película agitada
1. Ev. discontinuo
2. Ev. de circulación natural
3. Ev. de tubos largos
4. Ev. de circulación forzada
5. Ev. de placas
 Es una marmita, que puede ser abierta o cerrada y
conectada a un sistema de condesado o vacío;
generalmente se encuentra rodeada por una camisa de
vapor.
 El área de transmisión de calor por unidad de volumen
es pequeño, por lo que el tiempo de residencia del
producto es muy alto.
 El calentamiento del producto ocurre por convección
natural, obteniéndose bajos coeficientes de
transmisión de calor.
1.
De tubos cortos horizontales:
 Formados por una cámara en cuya parte inferior está
atravesada por un banco de tubos horizontales (vapor de agua
circula por el interior de los tubos como fluido calefactor).
 Por encima de los tubos existe un espacio que permite la
separación por gravedad de las gotas arrastradas con el vapor
desprendido en la base. Para facilitar la separación y el arrastre
de las gotas, se hallan dispuestas unas láminas de choque.
 Debido al banco de tubos se dificulta la circulación del líquido,
estos evaporadores presentan coeficientes de globales de
transmisión de calor muy bajos, se suelen utilizar en la
concentración de líquidos que posean una viscosidad baja.
2.
De tubos cortos verticales:
 El vapor de calefacción condensa en el exterior de unos tubos que se
encuentran dispuestos verticalmente en el interior de la cámara de
evaporación.
 El conjunto de tubos, denominado calandria, posee un gran tubo
central de retorno, por el que circula un líquido que esta más frío que
el de los tubos calentadores de ascenso, lo que provoca la aparición
de corrientes de circulación natural.
 Las dimensiones de los tubos va como sigue: 0,5 a 2 m de longitud
por 25 a 7,5 cm de diámetro; el tubo central presenta una sección
transversal de 25 a 40 % de la sección total que ocupan los tubos.
 Presentan velocidades de evaporación adecuadas con líquidos de
viscosidad moderada y no corrosivos. Las calandrias pueden ser
desmontables para facilitar la limpieza.
3.
Con Calandria exterior:

El conjunto de tubos se hallan fuera del espacio
separador de vapor.
 Suelen operar a presiones reducidas, siendo muy
fácil el acceso al conjunto de tubos.
 La calandria puede sustituirse por un
intercambiador de calor de placas. El cual es útil en
el caso que se prevea, que pueden formarse costras,
pues son muy fáciles de limpiar y desmontar.
 Son evaporadores que constan de una cámara vertical, provistas de un
intercambiador tubular y de una cámara de separación.
 El líquido diluido es precalentado antes de entrar a los tubos, hasta
prácticamente su temperatura de ebullición. Una vez en el interior de
los tubos empieza a hervir y la expansión debida a la vaporización hace
que se formen burbujas de vapor que circulan a gran velocidad y
arrastran el líquido, que se va concentrando al avanzar en su trayecto.
 La mezcla líquido-vapor pasa a la cámara de separación, en la que
existen placas deflectoras que ayudan a separar el vapor.
 El líquido concentrado que se obtiene puede extraerse directamente, o
bien mezclarse con líquido no concentrado y recircularse, o bien puede
pasar a otro evaporador donde se aumente su concentración.
 Estos tipos de evaporadores
pueden ser :
 De película ascendente
 De película descendente
 De película ascendente-
descendente
 Generalmente los coeficientes
globales de transmisión de
calor son altos.
 En los evaporadores de
película el tiempo de
residencia del líquido en la
zona de calentamiento es
corto, ya que circula a gran
velocidad.
1.
De película ascendente:

El líquido penetra por la parte inferior de los tubos, y
se empiezan a formar burbujas de vapor, que
ascienden por el centro del tubo, creándose así una
fina película en la pared del tubo, que asciende a gran
velocidad.
2.
De película descendente:

La alimentación se realiza por la parte superior de los
tubos, en el que el vapor formado desciende por el
centro de los mismos en forma de chorro a una gran
velocidad.
3.
De película ascendente-descendente:


Cuando se desea conseguir altas velocidades de
evaporación se utiliza evaporadores de película
ascendente/descendente.
Aquí se combina la evaporación de película ascendente,
obteniéndose un líquido de concentración intermedia,
con una viscosidad alta. Este líquido se lleva a
evaporación en tubos por los que circula en forma de
película descendente.
 La circulación se logra mediante bombas que impulsan el alimento
mediante una calandria de tubos, para entrar posteriormente a una
cámara de evaporación, en la que se obtiene la separación del vapor y
del concentrado.
 La bomba hace que el fluido circule a una velocidad de entre 2 a 6
m/s, y cuando pasa por el haz tubular adquiere el calor suficiente
para recalentarlo.
 Están diseñados para que el líquido este sometido a una carga
estática que impide su ebullición en los tubos. Sin embargo cuando
llega a los tubos, existe una evaporación súbita, en la que una
pantalla de choque facilita la separación de la fase líquida del vapor.
 Son capaces de concentrar líquidos viscosos, siempre y cuando la
bomba infiera al líquido la velocidad adecuada.
 Constan de un conjunto de placas, que se distribuyen en unidades,
en los que el vapor condensa en los canales formados entre placas, y
el líquido calentado hierve sobre las superficies de las placas,
ascendiendo y descendiendo en forma de películas sobre las mismas;
la mezcla de líquido y vapor que se forma pasan a un evaporador
centrífugo.
 Son útiles para concentrar productos sensibles al calor, pues se
consiguen altas velocidades de tratamiento lo que permite una
buena transmisión de calor y cortos tiempos de residencia del
producto en el evaporador.
 Ocupan poca superficie en el suelo, son de fácil manejo en la
operación de limpieza, ya que es fácil de montar y desmontar.


Involucra el aprovechamiento de la energía del vapor
desprendido en la cámara de evaporación, con otros
fines. Si bien es cierto que este vapor posee una
temperatura inferior a la del vapor vivo, su calor
latente de condensación es mayor.
MÉTODOS DE APROVECHAMIENTO:
1. Recompresión del vapor
2. Bomba térmica
3. Efecto múltiple
 Compresión mecánica:
 El vapor es comprimido mediante el uso de un
compresor mecánico. Este proceso generalmente es
Isentrópico.
 El vapor obtenido es un vapor recalentado, por lo cual
antes de unirlo al vapor proveniente de la caldera, se
rebaja su temperatura, utilizando una corriente de
recirculación de la salida del vapor de calefacción ya
condensado.
INTERCAMBIADOR
VAPOR
COMPRESOR
ALIMENTACIÓN
SEPARADOR
CONDESADO
PRODUCTO
VAPOR
COMPRESOR
ALIMENTACIÓN
PRODUCTO
CONDENSADO
 Compresión térmica:
 La energía del vapor desprendido se utiliza con la ayuda de un
eyector, que arrastre parte de este vapor y se une al vapor vivo
de la caldera, el eyector es un dispositivo que funciona por
efecto ventura, de tal manera que un chorro de vapor vivo
arrastra parte del vapor desprendido de la cámara de
evaporación.
 El vapor que entra en la cámara de condensación es saturado,
aunque su presión es intermedia entre el vapor vivo y el
desprendido
EYECTOR
VAPOR
ALIMENTACIÓN
PRODUCTO
CONDENSADO
 Se utiliza en productos termolábiles, con este dispositivo se logran




temperaturas de ebullición bajas, lo cual es ventajoso para mantener las
características del producto.
En la instalación se dispone de dos evaporadores, en el primero se alimenta
la cámara de evaporación con el fluido que se desea concentrar
obteniéndose el vapor que será el fluido calefactor del segundo evaporador.
En la cámara de condensación del primer evaporador se alimenta un vapor
que condensa, este líquido sale de la cámara de condensación y se
expansiona en una válvula.
Este líquido sirve como alimento de la cámara de evaporación del otro
evaporador, obteniéndose una corriente de vapor que se alimenta a un
compresor mecánico, con el objeto de elevar su presión, y obtener un vapor
más energético.
Este vapor sirve de vapor de calefacción del primer evaporador. En este
sistema el vapor calefactor va por un circuito cerrado.
VAPOR COMPRIMIDO
VAPOR
ALIMENTACIÓN
COMPRESOR
PRODUCTO
VÁLVULA DE
EXPANSIÓN
CONDENSADO
 Una de las formas más
usuales de
aprovechamiento del
vapor desprendido en la
cámara de evaporación, es
utilizarlo como fluido
calefactor de otro
evaporador
 Sistemas de Evaporadores de efecto simple
 Se utiliza cuando la capacidad es pequeña.
 Se utiliza cuando el costo del vapor es relativamente barato
comparado con el costo del condensador.
 Sistemas de Evaporadores de Efecto Múltiple
 Minimiza los costos de energía
 Se pueden distinguir hasta cuatro formas de alimentar los
evaporadores: Directa, Mixta, en Contracorriente y en
Paralelo
VAPOR
 Sistema en corriente
directa
ALIMENTACIÓN
PRODUCTO
CONDENSADO CONDENSADO CONDENSADO
VAPOR
 Sistema en
contracorriente
PRODUCTO
ALIMENTACIÓN
CONDENSADO CONDENSADO CONDENSADO
VAPOR
 Sistema en
corriente Mixta
PRODUCTO
VAPOR
ALIMENTACIÓN
ALIMENTACIÓN
PRODUCTO
 Sistema en
Paralelo