Desalacion 6 Procesos de Destilacion Sevilla

Colegio Oficial de Ingenieros Industriales de Andalucía Occidental

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6.1- Procesos de Destilación. MSF

66-- Procesos de DestilaciProcesos de Destilacióón n


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Evaporación Súbita Multi-Etapa (MSF)


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Principio de Operación.


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Principio de Operación.



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Equipos



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Evaporación Súbita Multi-Etapa (MSF). Parámetros de diseño.

Relación de recirculación. relación entre el caudal de salmuera

recirculada y el caudal de producto:

Donde:

Qr = Caudal de salmuera recirculada en el evaporador (m3/h).

Qp = Caudal de producto (m3/h).

hfg = Calor de evaporación (KJ/Kg)

∆F = Intervalo de temperaturas en el que tiene lugar la evaporación súbita (ºK)

El caudal de salmuera que ha de recircular a través de las distintas

etapas, y en condiciones óptimas suele alcanzar valores de entre 8 y 10

veces el caudal de producto.

12

fgr

p

hQQ c F

= +∆i



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Parámetros de diseño.

Relación de Economía: Cantidad de agua producto que puede obtenerse

por unidad de vapor utilizado, lo cual es una medida de eficiencia

energética.

Este parámetro sirve para todos los procesos que utilicen vapor:

Donde:

q = Velocidad de transferencia de calor en el intercambiador.

p

fg

QRE q

h

=



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Para el caso de la MSF, la relación de economía tiene una forma

aproximadamente igual a:

Donde:

∆T = Intervalo de temperaturas de salmuera entre la entrada y la salida del recalentador de salmuera.

La economía depende del rango de evaporación, y no del número de

etapas. Esto es particularmente relevante, pues indica que la eficiencia

energética del proceso radica en aumentar al máximo la temperatura de la

salmuera.

( )12p fg fg

q T c TRE m h F h

∆= = + ∆

∆



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Número de Etapas: El número de etapas suele estar en un compromiso

entre 2 a 3 veces el valor de RE.

Donde:

n = Número de etapas total del evaporador.

nj = Número de etapas del recuperador de calor.

1jnn RE=



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Evaporación Súbita Multi-Etapa (MSF). Parámetros de Operación

Agua de Alimentación y producto:

• El sistema es insensible a la salinidad del agua de alimentación.

• La necesidad de energía es la misma para cualquier índice de

salinidad.

• No tiene mucho sentido utilizar esta tecnología para aguas salobres,

dado que los costes mediante membranas son mucho más bajos.

• El agua de mar considerada en zonas cálidas como Canarias puede

llegar a 37.000 – 38.000 ppm, y en zonas como el golfo Pérsico, la

salinidad puede llegar a los 42.000 ppm STD.

• El agua producto es destilada, de muy buena calidad, con menos de 50

ppm.



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Presión y Temperatura:

• Dos rangos de temperatura. Los de alta temperatura, con temperatura máxima de salmuera de 115 o 120 ºC, mientras que la mínima es de 10 ºC por encima de la del mar.

• El pretratamiento es mediante ácido, o antiincrustante de alta temperatura. La alta temperatura favorece la economía, pero aumenta el peligro de corrosión e incrustaciones.

• Desde la temperatura máxima, la salmuera se va enfriando hasta unos 10 ºC por encima del agua del mar, es decir, hasta unos 30 – 32 ºC.

• La gama de presiones va desde 2,00 bar para 120 ºC (0,71 bar para 90ºC), hasta 0,04 bar absolutos. Esto hace que la mayor parte de laevaporación súbita se produce en condiciones de vacío, lo cual exige la utilización de eyectores de vapor para producirlo.



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Conversión:

• Por razones de las incrustaciones, hay una limitación en el factor de concentración, y por tanto en la conversión, que es típicamente de 50%.



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Consumo Energético

• El consumo de vapor es relativamente alto, puesto que la relación de economía no puede aumentarse indefinidamente.

• La relación de economía no está relacionada con el número de etapas, sino con la temperatura máxima de la salmuera. Aumentando ésta, se pueden alcanzar valores para la relación de economía de 10-11 Kg.agua/Kg.vapor en algunos casos, aunque lo habitual es entre 8 y 10.

• Además del vapor de calefacción en baja presión, hay que añadir la energía eléctrica para las bombas (3 a 5 KWh/m3), y el vapor de media presión para los eyectores de producción de vacío.



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Durabilidad y materiales

• Para trabajar a altas temperaturas, existen serios problemas de

corrosión y de incrustaciones, lo cual exige utilizar materiales de alta

calidad en calderería, y un mantenimiento cuidadoso.



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Evaporación Súbita Multi-Etapa (MSF). Resultados de Operación

• Tienen una alta fiabilidad.

• No están especialmente adaptadas para proporcionar un caudal de

producto variable en el tiempo.

• Son poco flexibles en cuanto a modulación de cargas, y esto es debido

a la dificultad de alcanzar el delicado equilibrio termodinámico que

debe alcanzarse en las cámaras de evaporación.

• Las unidades deben trabajar a carga constante con un caudal estable

en le tiempo y una variación admisible máxima de ± 10%.



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6.2- Procesos de Destilación. MED

Principio de Funcionamiento


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Equipos

Principales elementos:

• evaporador.

• eyectores de vapor para generar las condiciones de vacío

necesarias,

• las bombas de circulación de salmuera interfectos, para mover el

agua de mar cada tres o cuatro efectos.

• equipos para el pretramiento: dosificación de antiincrustantes,

biocidas en su caso.

Dada las temperaturas de trabajo, por debajo de 100ºC, no es habitual

el uso de ácido.


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Parámetros de Diseño

Relación de Economía

Donde:

n = número de efectos del evaporador.

Qa = caudal de alimentación de agua de mar.

Tn = temperatura de evaporación del agua de mar en el efecto mas caliente.

Tm = temperatura del agua de mar en la entrada al efecto mas caliente.

Esto indica que en ME la economía va ligada al número de efectos, y dadas los valores habituales del resto de parámetros, se deduce que RE es algo menor que n. (RE ≤ n)

( )1 1 n ma

p fg

c T TQRE n Q h

−= +


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Parámetros de Operación.

Agua de alimentación y de producto

• es insensible a la salinidad de la alimentación, no tiene sentido utilizar

este proceso para aguas salobres. El agua producida en MED también

es agua destilada.


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Presión y temperatura

• al ser la relación de economía independiente de la temperatura

máxima, esta se ha reducido y hoy día suele oscilar alrededor de 65 ~

75 °C.

• los problemas de incrustación se reducen considerablemente. El

pretratamiento es más sencillo, solo con antiincrustante.

• La gama de presiones correspondientes a este rango de temperaturas

va desde 0,5 hasta 0,04 bares absolutos, siempre en condiciones de

vacío, por lo que también se requieren eyectores de vapor.


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Conversión

• Por razón de las incrustaciones, hay una limitación en el factor de

concentración, y por tanto en la conversión, que es típicamente del

50%, al igual que en MSF.


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Consumo Energético.

• Algo menor que en MSF.

• La relación de economía esta casi directamente relacionada con el

número de efectos. Aumentando el numero de efectos, se pueden

alcanzar relaciones de economía de hasta 13 y 14 kg.agua/kg.vapor en

algunos casos, aunque lo habitual es entre 10 y 12.

• De nuevo hay que considerar no solo el vapor de calefacción, sino

también la electricidad auxiliar necesaria para bombeo (entre 2 y 3

kWh/m3), y el vapor de media presión para los eyectores de producción

de vacío.


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Durabilidad de los materiales

• Por trabajar a temperaturas moderadas, existen todavía algunos

problemas de corrosión y de incrustaciones, aunque menores que en

MSF.

• Exige materiales de calidad en calderería (aluminio, inoxidables,

revestimientos para los aceros, p.e. pinturas epoxi), y un

mantenimiento cuidadoso.


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Experiencia de Utilización

• Este proceso es hasta el momento uno de los menos extendidos para

la desalación en el mundo.

• Hay poca capacidad instalada en el mundo, y por tanto hay

relativamente poca experiencia de operación.

• En España hay hasta ahora dos plantas de este tipo, una de ellas en la

refinería de Tenerife, y la segunda en Gran Canaria, con los

evaporadores de mayor capacidad unitaria construidos hasta ahora en

tecnología MED (dos unidades de 17 500 m3/d c/u).


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Campo de aplicación

• Plantas de unidades medias (mínimo de unos 2.000 m3/día y máximo

de unos 20.000 m3/d por unidad).

• El proceso es adecuado para agua de mar y no para aguas salobres.

• Agua producto de alta calidad (destilada).

• El sistema requiere vapor de baja presión,

• Implica calderería de gran envergadura, en espacios amplios, al aire

libre.

• Cada uno de los evaporadores de 17 500 m3/d en Las Palmas tienen

una longitud de aproximadamente 100 m, anchura de 11 m y altura de

14 m. La figura siguiente muestra una vista general de estas unidades.


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Resultados Operativos

• Las unidades MED están adaptadas para proporcionar un caudal de

producto variable en el tiempo.

• Son más flexibles en cuanto a modulación de carga, puesto que el

efecto del equilibrio flash es menos relevante. Las variaciones

admisibles en el caudal de producto son de hasta un 30%.

• La energía representa un coste estimado de aproximadamente 0,52

$/m3, en relación con un coste total de 0,85 $/m3 según estimaciones

recientes para MED.

• Debe notarse, sin embargo, que estas cifras están estimadas para la

Península Arábiga, por lo que los costes de energía, mano de obra y

otros, pueden ser muy diferentes a las españolas.


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6.3- Procesos de Destilación. CV

Principio de funcionamiento


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Componentes Fundamentales

• Los componentes principales del sistema son el evaporador-

condensador y el compresor.

• El evaporador es habitualmente de tubos horizontales, aunque hay

algunos diseños de tubos verticales. El evaporador en si puede ser de

sección circular o de rectangular, y la carcasa o virola es de acero. Los

tubos de intercambio de calor son de aleación de aluminio o de titanio

en los casos de alta temperatura.

• Por su parte, el compresor mecánico suele ser de tipo centrífugo,

aunque en algunos casos se han ensayado compresores rotativos (tipo

Roots). Los alabes son de titanio.


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Componentes Fundamentales


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Principales parámetros de diseño y operación.

Agua de alimentación y de producto

• proceso es insensible a la salinidad de la alimentación,

• no tiene sentido utilizar este proceso para aguas salobres.

• el agua producida en CV también es agua destilada, normalmente por

debajo de los 20 mg/L STD, aunque se pueden alcanzar valores más

altos si hay fallos en los tubos, o fugas da agua salada.


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Presión y Temperatura

• suele oscilar alrededor de 65-75°C.

• los problemas de incrustación se reducen considerablemente,

• el pretratamiento es sencillo, solo con antiincrustante,

• la gama de presiones correspondientes a este rango de temperaturas

va desde 0,5 hasta 0,04 bar absolutos, siempre en condiciones de

vacío, por lo que se requieren bombas mecánica de vacío.


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Conversión

• Por razón de las incrustaciones, hay una limitación en el factor de

concentración, y por tanto en la conversión, que es típicamente del

50%, al igual que en MSF y ME.


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Consumo Energético

• no tiene sentido referirse a la relación de economía, ya que no hay

utilización de vapor externo.

• consumo específico de energía, es decir la energía eléctrica necesaria

para la unidad de producto.

• El consumo de energía depende de la relación de compresión (salto de

presión que haya de darse en el compresor), así como de la

temperatura del vapor (a través de su volumen especifico),

• de 8 - 9 kWh/m3, referido al propio compresor, a lo que hay que añadir

alrededor de 1 kWh/m3 para consumos auxiliares.


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Durabilidad de los materiales.

• Por trabajar a temperaturas moderadas, los problemas de corrosión y

de incrustaciones son menos relevantes

• se exigen materiales de calidad en calderería (aluminio, inoxidables,

revestimientos para los aceros, p.e. pinturas epoxy),

• los alabes del compresor, incluyen titanio,

• Los tubos de intercambio de calor son de aleación de aluminio, y en

otros casos de cuproniquel.


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Experiencia de Utilización.

• Este proceso esta muy poco extendido en el mundo. Hay poca

capacidad instalada en el mundo , y por tanto hay relativamente poca

experiencia de operación.

• una de las zonas donde más se ha utilizado es en Canarias, además

de países del Caribe.

• En las islas existen cerca de 50 unidades CV de todo tamaño, desde

las de 50 m3/d, basta las de 1500, como por ejemplo la instalada en

Roque Prieto, Guia (Gran Canaria).


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Campo de Aplicación

• propia en plantas de unidades pequeñas (mínimo de unos 500 m3/d y

máximo de unos 2.000 a 3.000 m3/d por unidad).

• adecuado para agua de mar.

• Agua producto de alta calidad (destilada).

• no requiere vapor externo, y por tanto no se utiliza en plantas duales.

• Las aplicaciones típicas son el suministro de agua a establecimientos o

zonas turísticas.

• También para abastecimiento publico en poblaciones de mediano

tamaño.


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Resultados operativos

• son sencillas de explotar, puesto que son robustas y se pueden

automatizar en un alto grado.

• Presentan una cierta inercia en el arranque y parada, por trabajar a

media temperatura. La calidad del agua producto es muy buena.

• Respecto a los resultados de tipo económico, hay que insistir en que

los costes energéticos son algo elevados, debido al alto consumo

específico.

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