Clase 1 Evaporadores

EVAPORACIÓNEVAPORACIÓN

Dr. Ing. Raúl B. Siche JaraDr. Ing. Raúl B. Siche Jara

Ebullición

Solución liquida

Vapor (generalmente agua)

Solución más concentrada

Ejemplos:

1. Concentración de soluciones acuosas (azúcar, ClNa, gomas, leche y jugos).

2. Obtención agua libre de sólidos (minerales) utilizada para calderas.

3. Obtención de agua potable utilizando agua de mar.

4. Concentración de una solución tal que al enfriarse se formen cristales que pueden separase (Cristalización).

Ingeniería de Alimentos IIIIngeniería de Alimentos III


Factores de Proceso

Concentración en el líquido: Si la alimentación esta diluida (μalimentación ≈ μagua) entonces μ↓. En la evaporación la solución va concentrándose aumentado la μ notablemente, esto produce disminución del U.

Solubilidad: Puede limitar la concentración máxima que puede obtenerse por evaporación de la solución.

Sensibilidad Térmica de los Materiales: Alimentos pueden ser sensibles y degradarse a T°↑ o calentamiento prolongado (degradación = f (T°, θ)).



Factores de Proceso

Formación de Espumas: Algunas soluciones forman espumas durante la ebullición, que puede ser arrastrada por el vapor (pérdida de material).

P y T°: Si ↑Psistema ↑ T°ebullición

T°ebullición↑ cuando ↑ concentración (EPE) para mantener la T°↓ se necesita operar a vacío. Incrustaciones y materiales de construcción: Soluciones depositan sólidos (incrustaciones) sobre superficies de calentamiento. Resultado ↓ Coeficiente transferencia de calor. Selección de material de construcción importante para prevenir la Corrosión.



Equipos de Evaporación

1. Marmita abierta o artesa

Ventajas:• Económicos.• De operación simple.Desventaja:• Gran desperdicio de vapor.• A veces uso de paletas o raspadores para agitar el liquido.




2. Evaporadores de tubos horizontales con circulación natural

• Para líquidos no viscosos con altos coeficientes total de transferencia de calor.

• Para líquidos que no formen incrustaciones.

• Operan en régimen continuo.• Los tubos están en forma de

banco horizontal de tubos de calentamiento similar al banco de tubos de un intercambiador de calor.




3. Evaporación Vertical con circulación natural

• El líquido esta dentro de los tubos por lo que el vapor se condensa en el exterior.

• No útil para líquidos viscosos.

• La ebullición y ↓ densidad, el líquido se eleva x circulación natural ∆ el coeficiente de transferencia de calor.

• Variación: Evaporador de Canasta.




4. Evaporador vertical de tubos largos

• El liquido esta en el interior de los tubos, que por lo general pasa una vez y no recircula.

• Los tiempos de contacto suelen ser bastante breves.

• Si la alimentación es por la parte superior la evaporación se llama de caída de película.

• Este método se usa para concentración de materiales sensibles al calor (jugo de naranja y otros zumos de frutas).




5. Evaporador de circulación forzada

• El U de la película líquida puede aumentarse por bombeo provocando una circulación forzada del líquido en el interior de los tubos.

• Los tubos suelen ser más cortos que los tubos largos del evaporador vertical.

• En otros casos se usa un intercambiador de calor horizontal externo e independiente. Modelo muy útil para líquidos viscosos.



Evaporadorde circulación

forzada

Equipos deEvaporación

6. Evaporador de película agitada

• Agitación mecánica para aumentar la turbulencia de la película.

• Para materiales muy viscosos y sensibles al calor como gelatina, jugo de frutas, etc.

• Alto costo y baja capacidad.

Evaporador depelícula de pasosimple haciaarriba

Otros equipos de evaporación

Evaporador depelícula de pasosimple haciaabajo


Evaporador depelícula de pasodoble


Evaporador decirculación forzadacon bomba interna


Variables conocidas: P1, P3, F, TF ,xF,x3, hf, hL, HV,U1, U2 y U3.

Variables a conocer: A1, A2 , A3

V1, V2, V3

L1, L2, L3 y S.

Cálculo en evaporadores de efecto múltiple (triple efecto)



Pasos:

1. Definir T3 = Tsat. a P3 + EPE3

EPE = Tebullición solución - Tebullición del agua

= f(concentración)EPE = Elevación del punto de ebullición.



Pasos:

1. Definir:T3 = Tsat. a P3 + EPE3



Punto de ebullición del agua (°C)

Pun

to d

e eb

ullic

ión

de la

sol

ució

n (°

C)

Agua

10% en peso Soluto

20% en peso SolutoDiagrama de Duhring

Pasos:

2. Realizar un Balance total de material

Se determina: V1 + V2 + V3

1ra aproximación: V1 = V2 = V3

Luego se realiza también un balance de material en c/efecto

Se determina: L1, L2, L3 y x1, x2, x3



Pasos:

3. Determinar

32131 EPEEPEEPETTsT

321

11

U1

U1

U1

U1

TT Luego

lo mismo para ∆T2 y ∆T3.

Finalmente T1 = TS1 - ∆T1.

T2 = T1 - EPE1 - ∆T2 y Ts2=T1- EPE1

T3 = T2 - EPE2 - ∆T3 y Ts3= T2- EPE2



Pasos:

4. Balance de materia y calor en c/efecto

El objetivo es conocer: L1, L2, L3 y V1, V2, V3

y compararlos con los resultados de la 1ra

aproximación. Si los valores son muy diferentes entonces repetir los pasos 2, 3, 4.



Pasos:

5. Calcular q1=Shs1

q2=V1λs2

q3=V2λs3 Luego:

A1=q1/U1ΔT1

A2=q2/U2ΔT2

A3=q3/U3ΔT3

3

AAAA 321M

Condición para detener el calculo: A1 = A2 = A3



Pasos:

6. Realizar un nuevo balance de sólidos utilizando valores Li y Vi del paso 4.

El resultado son nuevos valores de x1, x2 y x3



Pasos:7. Repetir paso 3, pero con ΔT’1= ΔT1*A1/Am

igual para ΔT’2 y ΔT’3.

∑ ΔT’=∑ ΔT

Entonces EPE1

EPE2 = ∑ ΔTEPE3



Pasos:8. Con nuevos ΔT’ repetir el paso 4 hasta que

A1 = A2 = A3

Adicionalmente al final calcular economía del vapor (EV)

S

VVVEV 321



Clase 1 Evaporadores

Documents

Transcript of Clase 1 Evaporadores