evaporadores

EVAPORADORES DE PROCESOS

INTRODUCCIÓN Aplicaciones ƒ Refrigeración ƒ Concentración de un sólido en solución ƒ Separación de un líquido de una solución líquida ƒ Calderas (generadores de vapor)

Curso: Transferencia de Calor y Masa 2 Dpto. Operaciones Unitarias Ing. J. Martínez Garreiro, MSc

1

EVAPORADORES DE PROCESO CLASIFICACIÓN

Dpto. Operaciones Unitarias Ing. J. Martínez Garreiro, MSc

2

Evaporadores con circulación natural

ƒ Evaporadores con circulación natural

ƒ Evaporadores de tubos verticales cortos(ETC)

ƒ Evaporadores con circulación forzada

ƒ Evaporadores de tubos verticales largos(ETL)

ƒ Evaporadores especiales

ƒ Evaporadores de tubos horizontales

Dpto. Operaciones Unitarias Ing. J. Martínez Garreiro, MSc

3

Dpto. Operaciones Unitarias Ing. J. Martínez Garreiro, MSc

4

1

Evaporadores de tubos verticales cortos (ETC)

Evaporadores de tubos verticales cortos (ETC) TUBOS: diámetro de 2” a 3”

• Sin canal central. Circula por el ánulo

Largo: de 4 a 6 ft

•La cesta no forma parte del cuerpo del evaporador (retiro para manteniminto)

•Calandria: unión con platina •Velocidad V l id d 1 a 3 ft/ ft/s (depende de viscosidad de la solución y altura de liq sobre la placa (menor a L/2) •Canal central: igual sección que suma de tubos Dpto. Operaciones Unitarias Evaporador de calandria Ing. J. Martínez Garreiro, MSc

5

Dpto. Operaciones Unitarias Ing. J. Martínez Garreiro, MSc

6

Evaporadores de tubos verticales cortos (ETC)

Evaporadores de tubos verticales cortos (ETC)

Ventajas ƒ Presentan elevados coeficientes de transferencia (150 – 500 UI), para bajas viscosidades

DESVENTAJAS ƒ No aptos para soluciones viscosas ƒ Alto tiempo de residencia de la solución en el evaporador

ƒ Fácil de limpiar

ƒ Si la diferencia de temperatura es baja, los coeficientes de transferencia son bajos

ƒ Relativo bajo costo Dpto. Operaciones Unitarias Ing. J. Martínez Garreiro, MSc

CESTA

7

Dpto. Operaciones Unitarias Ing. J. Martínez Garreiro, MSc

8

2

Evaporadores de tubos verticales largos (ETL)

Evaporadores de tubos verticales largos (ETL) Doble efecto, film descendente

Film descendente Film ascendente Dpto. Operaciones Unitarias Ing. J. Martínez Garreiro, MSc

9

Evaporadores de tubos verticales largos (ETL)

Dpto. Operaciones Unitarias Ing. J. Martínez Garreiro, MSc

10

Características ETL

Características ƒ Un solo pase o con recirculación

ƒ En un pase: int camisa y tubos 11-1, con cámara de descarga – Film ascendente: cámara con placa deflectora

ƒ Film ascendente o descendente

ƒ Tiempo de residencia de algunos segundos

– Ascendente: ƒ Distintos coeficientes a lo largo del tubo ƒ Influye la presión estática de la columna de líquido

ƒ Diámetros de tubos de 2” a 10” y longitudes de 20 a 40 ft

– Descendente ƒ Coeficiente prácticamente constante a lo largo del tubo ƒ No influye la presión estática ƒ Formación del film: desborde, spray u orificios Dpto. Operaciones Unitarias Ing. J. Martínez Garreiro, MSc

ƒ Coeficientes de 200 a 600 UI 11

Dpto. Operaciones Unitarias Ing. J. Martínez Garreiro, MSc

12

3

ETL: ventajas

ETL: desventajas

ƒ Es más barato por unidad de capacidad ƒ Adecuado para líquidos agresivos (fácil recambio de tubos) ƒ Bajo holdhold-up (adecuado para soluciones termosensibles) ƒ Coeficientes (U) buenos:

ƒ Los tubos son altos y requieren edificios especiales ƒ Ascentente: bajos U si Δ T es bajo

ƒ Film ascendente: para razonables Δ T ƒ Film descendente: para bajos Δ T (sol temosensible) Dpto. Operaciones Unitarias Ing. J. Martínez Garreiro, MSc

13

ƒ Para evaporaciones significativas se debe recircular Dpto. Operaciones Unitarias Ing. J. Martínez Garreiro, MSc

14

Evaporadores de tubos horizontales (ETH)

ETL: aplicaciones ƒ Se emplean para soluciones que no separen sólidos (incrustaciones) ƒ Film descendente: industria alimentarias (prod termosensibles termosensibles--saboressabores-aromas), productos viscosos ƒ Film ascentente: concentración NaOH (hasta 50%), licor negro (industria celulosa) Dpto. Operaciones Unitarias Ing. J. Martínez Garreiro, MSc

15

Dpto. Operaciones Unitarias Ing. J. Martínez Garreiro, MSc

16

4

ETH: características ƒ Poco usado en la industria de proceso ƒ Se emplea en la producción de agua destilada para alimentar calderas de alta presión ƒ Pueden tener tubos en U ƒ Tubos de ¾ a 1 ½” y longitudes de 6 a 8 ft ƒ Limpieza: tubos separados, calentamiento y agua fría ƒ Se construyen ETH con cuerpo horizontal , con tubos en “U” Dpto. Operaciones Unitarias Ing. J. Martínez Garreiro, MSc

17

ETH: ventajas ƒ Son soluciones económicas para bajas capacidades ƒ No requieren cámaras altas para evitar arrastres t ƒ Coeficiente aceptables ƒ Tubos fáciles de cambiar

Dpto. Operaciones Unitarias Ing. J. Martínez Garreiro, MSc

18

EVAPORADORES DE CIRCULACIÓN FORZADA

ETH: desventajas ƒ Se presentan problemas cuando se deposita sólido en la superficie

Dpto. Operaciones Unitarias Ing. J. Martínez Garreiro, MSc

19

Dpto. Operaciones Unitarias Ing. J. Martínez Garreiro, MSc

20

5

EVAPORADORES DE CIRCULACIÓN FORZADA

EVAPORADORES DE CIRCULACIÓN FORZADA

ƒ Una bomba circula la solución por los tubos (horizontales o verticales) del calefactor

ƒ Para altas velocidades, la solución se sobrecalienta y flashea en la cámara

ƒ El calefactor puede ser un intercambiador externo t

ƒ Potenciales problemas de cavitación del impulsor

ƒ La bomba permite circular la solución a alta velocidad , mejorando los coeficientes

ƒ Buenos coeficientes: 400 a 2000 UI ƒ Tiempos de retención bajos: 1 a 3 seg

ƒ Velocidades entre 4 a 16 ft/s . Dpto. Operaciones Unitarias Ing. J. Martínez Garreiro, MSc

21

ECF: ventajas

22

ECF: desventajas

ƒ Altos coeficientes inclusive para bajas diferencias de temperatura (prod temosensibles)

ƒ Alto costo, especialmente el operativo (bomba)

ƒ La circulación a alta velocidad tiende a evitar depósitos y disminuir la influencia de la viscosidad

Dpto. Operaciones Unitarias Ing. J. Martínez Garreiro, MSc

Dpto. Operaciones Unitarias Ing. J. Martínez Garreiro, MSc

23

ƒ Cuando se usan como cristalizador, es necesario un gran holdhold-up (invesión inicial importante)

Dpto. Operaciones Unitarias Ing. J. Martínez Garreiro, MSc

24

6

Film agitado

EVAPORADORES ESPECIALEAS Recipiente con camisa o serpentín ƒ Camisa: facilidad de limpieza ƒ Bajo costo ƒ Coef 50 – 300 UI ƒ Alto holdhold-up

Distancia rotor – estator: 1 a 2 mm Viscosidades: 1 a 1 1.000 000 cp

Coeficientes: 200 a 400 UI

Tiempo retención: 5 a 7 seg. Dpto. Operaciones Unitarias Ing. J. Martínez Garreiro, MSc

Dpto. Operaciones Unitarias Ing. J. Martínez Garreiro, MSc

25

26

Film agitado ƒ Ventajas – Bajo tiempo de residencia – Apto para trabajar con soluciones viscosas – Condiciones óptimas para la transferencia de calor

ƒ Desventajas – Partes mecánicas – Alto costo – Baja superficie de TC ( 5 m2 aprox.) Dpto. Operaciones Unitarias Ing. J. Martínez Garreiro, MSc

27

Dpto. Operaciones Unitarias Ing. J. Martínez Garreiro, MSc

28

7

Otros evaporadores

Economía Térmica

ƒ Evaporadores de placas * Capacidades de evaporación de agua de hasta 27.000 Kg/h. * Necesidades de ampliaciones futuras. p en altura limitada * Espacio

Dpto. Operaciones Unitarias Ing. J. Martínez Garreiro, MSc

29

Dpto. Operaciones Unitarias Ing. J. Martínez Garreiro, MSc

30

8