Diseño y Rendimiento de Evaporadores y Tradcucido F

Diseo y Rendimiento Evaluacin de evaporacin Barbilla Shu Chen y Ernesto Hernndez

CONTENIDOS 6.1 G eneral Principios 6.1.1 La vaporizacin 6.1.2 Terminologa 6.1.3 Caractersticas lquidos 6.1.3.1 propiedades de concentracin 6.1.3.2 Efectos Temperatura-Tiempo 6.1.3.3 La formacin de espuma 6.1.3.4 Escala 6.1.3.5 Las incrustaciones 6.1.4 Calidad y Recuperacin Sabor 6.2 Sistemas del evaporador y Aplicaciones 6.2.1 Sistemas del evaporador: Single-efecto o mltiple-Effect 6.2.2 Tipos de evaporadores 6.2.2.1 evaporador de tubo corto 6.2.2.2 Caer evaporador 6.2.2.3 evaporador forzado-Circulacin 6.2.2.4 Rising Evaporador de pelcula 6.2.2.5 evaporador Mecnicamente asistida 6.2.2.6 Placa-tipo evaporador 6.2.3 Conservacin de Energa y Vapor recompresin 6.2.4 Aplicaciones 6.2.5 Estabilidad y Control 6.2.6 Seleccin de los evaporadores 6.3 H comer coeficientes de transferencia de Evaporadores 6.3.1 En general Coeficiente de Transferencia de Calor 6.3.2 Boiling Point-Rise 6.3.3 El efecto de ensuciamiento 6.4 D iseo Clculo de Evaporadores 6.4.1 Los balances de materia y energa 6.4.2 Temperatura-Tiempo Relacin 6.4.3 Single-Efecto del evaporador 6.4.4 Los evaporadores de mltiples efectos 6.5 P Evaluacin erformance de un comercial de la fruta ctrica del evaporador 6.6 Economa 6.6.1 Coste y Optimizacin 6.6.2 Mtodos para el Ahorro de Energa 6.6.3 Efectos econmicos de Ahorro de Energa Nomenclatura Referencias
https://translate.googleusercontent.com/translate_f#2https://translate.googleusercontent.com/translate_f#2https://translate.googleusercontent.com/translate_f#2https://translate.googleusercontent.com/translate_f#3https://translate.googleusercontent.com/translate_f#3https://translate.googleusercontent.com/translate_f#4https://translate.googleusercontent.com/translate_f#4https://translate.googleusercontent.com/translate_f#4https://translate.googleusercontent.com/translate_f#4https://translate.googleusercontent.com/translate_f#4https://translate.googleusercontent.com/translate_f#5https://translate.googleusercontent.com/translate_f#5https://translate.googleusercontent.com/translate_f#5https://translate.googleusercontent.com/translate_f#5https://translate.googleusercontent.com/translate_f#6https://translate.googleusercontent.com/translate_f#7https://translate.googleusercontent.com/translate_f#8https://translate.googleusercontent.com/translate_f#8https://translate.googleusercontent.com/translate_f#9https://translate.googleusercontent.com/translate_f#10https://translate.googleusercontent.com/translate_f#10https://translate.googleusercontent.com/translate_f#11https://translate.googleusercontent.com/translate_f#11https://translate.googleusercontent.com/translate_f#14https://translate.googleusercontent.com/translate_f#14https://translate.googleusercontent.com/translate_f#17https://translate.googleusercontent.com/translate_f#18https://translate.googleusercontent.com/translate_f#18https://translate.googleusercontent.com/translate_f#18https://translate.googleusercontent.com/translate_f#21https://translate.googleusercontent.com/translate_f#23https://translate.googleusercontent.com/translate_f#25https://translate.googleusercontent.com/translate_f#28https://translate.googleusercontent.com/translate_f#39https://translate.googleusercontent.com/translate_f#39https://translate.googleusercontent.com/translate_f#40https://translate.googleusercontent.com/translate_f#43https://translate.googleusercontent.com/translate_f#45https://translate.googleusercontent.com/translate_f#46

6.1 PRINCIPIOS GENERALES La evaporacin es una separacin de un lquido voltil de un slido no voltil basada en el principio de la vaporizacin. Cuando el agua est presente en una gran cantidad, es decir, los alimentos lquidos, su eliminacin se realiza generalmente por la evaporacin. El alimento puede contener compuestos de sabor ms voltil que el agua o se puede ser tan viscoso que apenas fluir. Puede depositar escala sobre la superficie de la calefaccin, puede precipitar cristales, puede tender a la espuma o puede tener un relativo alto punto de ebullicin. Esta amplia variedad de caractersticas de lquidos alimentarios ha conducido a una considerable variacin en los tipos de evaporadores utilizados en la industria alimentaria. Experiencias y consideraciones prcticas han influenciado el diseo y operacin de evaporadores para la industria alimentaria varios. Concentracin por evaporacin es generalmente para producir un concentrado que contiene los slidos en la solucin deseados o a veces para eliminar los contaminantes de flujos de residuos. Los principales objetivos de la evaporacin de lquidos alimentarios son reducir el peso y el volumen de los productos y reducir el embalaje, el transporte y los costos de almacenamiento; reducir el consumo energtico durante el secado posterior; y reducir la actividad de agua (aw) para mejorar la estabilidad de almacenamiento. 6.1.1 Vaporizacin. La vaporizacin es un fenmeno natural de cambio de fase de lquido a vapor. Imagine un recipiente cerrado que est aislado trmicamente. El recipiente se llena parcialmente con un lquido y la el aire es evacuado. El lquido se evapora en el espacio de aire evacuado contenido en el recipiente, con ello se desarrolla una presin; en ltima instancia, el espacio alcanza la saturacin en cuyo momento como muchas molculas volver en el lquido en cualquier intervalo de tiempo que lo dejas. Ese equilibrio ISAN condicin en la que se alcanza una presin de vapor constante a una temperatura dada y la red la evaporacin es cero. Sin embargo, si el vapor es evacuado de la vasija, es decir, las molculas dejando que el lquido se retira continuamente sin oportunidad de volver a la capa de lquido, la evaporacin continuar pero el inters de evaporacin disminuir a medida que la Temperatura lquida caer como resultado de la evaporacin. Por el contrario, si un suministro constante de calor se transmite al recipiente para mantener el lquido a la temperatura de ebullicin, la tasa de evaporacin se mantiene a un nivel alto. Sigue que para la evaporacin de proceder de forma continua, se deben cumplir dos condiciones: (1) el calor necesario para la vaporizacin del lquido debe ser suministrado y (2) las molculas del lquido, como se escapan a travs de la capa lmite, debe constantemente ser eliminado (Badger y Banchero, 1955). 6.1.2 TERMINOLOGA Un evaporador es un dispositivo en el que el lquido se evapora a partir de una delgada (de baja densidad) material de alimentacin con el fin de producir un producto ms denso o grueso (concentrado). La alimentacin puede ser una solucin, suspensin, o suspensin de materiales slidos en un lquido. El calor necesario para la vaporizacin es suministrado a travs de la transferencia de calor a travs de superficies metlicas por condensacin de vapor. Por lo tanto, el evaporador operaciones bsicamente implican la transferencia de

energa (calor de vaporizacin y condensacin), la masa transferencia (eliminacin de la humedad), y el flujo de fluido (flujos de alimentacin y vapor). Evaporadores aplicados en las industrias de alimentos y productos lcteos se operan en su mayora a alto vaco. Un evaporador de vaco se compone de tres elementos principales: intercambiador de calor que transfiere calor del vapor a la comida, el separador de vapor-lquido, y productor de vaco por una bomba mecnica o eyector de vapor. Las unidades del sistema de equipos en los que la transferencia de calor se lleva lugar se llaman unidades de calefaccin o calandrias. Los separadores de vapor-lquido son llamados cuerpos, cabezas de vapor, o cmaras de flash. El cuerpo tambin se refiere como el mdulo de construccin bsica de un evaporador que consta de un elemento de calentamiento y una cmara flash. Un efecto es uno o varios organismos que hierven a la misma presin. Se utiliza para indicar la secuencia de vapor o el flujo de vapor a travs del evaporador. Una etapa se utiliza para indicar la secuencia de producto fluir a medida que viaja a travs del evaporador. Un evaporador de efecto mltiple es un sistema de evaporador en la que el vapor de un efecto se utiliza como medio de calentamiento para un efecto subsiguiente para hierve a una temperatura ms baja. Los nmeros para el efecto y la etapa en un efecto mltiple evaporador no tienen que ser la misma. Los evaporadores pueden ser clasificados en dos bases, economa de vapor o de capacidad de evaporacin (Stan- diford, 1973). La economa de vapor de un evaporador se puede medir en el nmero de kilogramos de agua se evaporan por kilogramo de capacidad de vapor suministrado y la evaporacin puede ser medido por el nmero de kilogramos de agua evaporada por hora (o por metro cuadrado por hora). La economa de evaporadores operado bajo vaco es del orden de 0,75 a 0,95 N donde N es el nmero de efecto. Por ejemplo, en un evaporador de simple efecto, la economa es aproximadamente 0,75 a 0,95; y un evaporador de seis efecto es en el rango de 4.5 a 5.7. Las variaciones de economa de vapor se deben a muchos factores tales como temperatura de alimentacin, aislamiento, ventilacin, aspiracin fuga, la edad del evaporador, con o sin diseo de recuperacin de calor, y as sucesivamente. El vapor consumo, en kilogramos por hora, es tambin una medida importante. Es igual a la capacidad dividido por la economa. 6.1.3 CARACTERSTICAS LQUIDO Caractersticas de los alimentos lquidos son los principales factores que afectan a la seleccin de un tipo particular de evaporador. Algunas de las propiedades ms importantes de los alimentos lquidos son los siguientes. 6.1.3.1 propiedades de concentracin Las propiedades trmicas y reolgicas de la mayora de los alimentos lquidos cambian con la temperatura y contenido de slidos (Okos, 1986). En general, el calor especfico de alimentos lquidos disminuye con la mayor se present slidos contenido. A ecuacin tpica de calor especfico de soluciones que contienen azcar por Chen (1993): cp 4.187 1 Xs 0.57 0.0018 T 20 (6.1) Donde cp = El calor especfico (kJ / kg C), T = temperatura ( C) y Xs = Fraccin en peso de slidos solubles.

El gravedad o densidad especfica de alimentos lquidos aumenta con el contenido de slidos. Varias escalas se han desarrollado para relacionar la gravedad especfica o densidad medida a la concentracin de diversas soluciones. Por ejemplo, la escala Quevenne es una escala de gravedad especfica abreviada utilizados principalmente por la industria de la leche; la escala Brix est siendo utilizado por la industria de zumos de frutas en la determinacin del equivalente de sacarosa de slidos solubles en el jugo. El trmino Brix o grados Brix ( B) se utiliza indistintamente con el por ciento o la sacarosa soluble de slidos en peso en zumos de frutas y se determina mediante el uso de medidas de densidad. La viscosidad de la mayora de los alimentos lquidos como jugos de frutas y vegetales aumenta drsticamente con contenido de slidos a temperaturas ms bajas (Chen, en Nagy et al., 1993). Alta viscosidad afecta no slo la tasa de transferencia de calor, pero tambin pueden llegar a ser demasiado viscoso para el flujo. Alimentacin adecuada flujo es una necesidad en la consecucin de una cobertura completa de la superficie de transferencia de calor durante la evaporacin para evitar quemado en local o sobrecalentamiento localizado del producto. La presin de vapor de la mayora de las soluciones acuosas es inferior a la del agua a la misma la temperatura. En consecuencia, para una presin dada del punto de ebullicin de las soluciones es mayor que la del agua pura. El aumento en el punto de ebullicin por encima de la del agua se conoce como el punto de aumento de ebullicin (BPR) de la solucin (McCabe y Smith, 1976). El punto de ebullicin alimentos lquidos tambin puede aumentar considerablemente a medida que aumenta el contenido de los slidos. El aumento del punto de ebullicin debe restarse de la cada de temperatura que se prev a partir de las tablas de vapor de diseo clculos. Efectos 6.1.3.2 Efectos de tiempo y temperatura La mayora de los atributos deseables de calidad alimentaria, tales como sabores, colores, nutrientes, etc., son sensibles al calor que puede ser degradado cuando se calienta a temperaturas moderadas de residencia relativamente corto veces. Se obtiene una ptima calidad en el tratamiento de los tiempos y las temperaturas se mantienen lo ms bajo como sea posible durante la concentracin de los productos. En un corto perodo de tiempo general de alta temperatura (HTST) sistema de evaporacin al vaco se ve favorecida por la temperatura baja mucho tradicional tiempo de residencia sistema de evaporador de vaco. 6.1.3.3 La formacin de espuma Algunos materiales, especialmente los alimentos lquidos que contienen protenas, pueden formar espuma durante la agitacin y vaporizacin. Una espuma estable acompaa el vapor fuera del evaporador, provocando pesada arrastre. En casos extremos, la totalidad de la masa de lquido puede hervir en la salida de vapor y perderse. El uso de agentes antiespumantes puede ser de algn valor, pero su eleccin est limitada a aquellos aceptable para uso alimentario. 6.1.3.4 Escala Algunos escala depsito soluciones en las superficies de calefaccin de evaporadores. La transferencia de calor global coeficiente luego disminuye de forma constante hasta que el evaporador debe ser apagado y la calefaccin superficies limpiadas. La escala tambin puede ser el resultado de burn-en local debido a la operacin incorrecta; y cuando la escala es difcil e insoluble, la limpieza es difcil y caro.

6.1.3.5 Las incrustaciones El ensuciamiento puede ser definido como la formacin de depsitos en las superficies de transferencia de calor que impiden la transferencia de calor y aumentar la resistencia al flujo de fluido. Ensuciamiento de las superficies de transferencia de calor por fluidos biolgicos es un fenmeno complejo. En muchos casos, la cintica qumica son involucradas, as como caractersticas de solubilidad y propiedades de corrosin. Horarios de limpieza debe ser formulado y mantenido para restaurar el rendimiento del evaporador deseado. 6.1.4 RECUPERACIN DE LA CALIDAD Y EL SABOR En aplicaciones alimentarias, el lquido se evapora normalmente contiene sabrosos materiales sensibles al calor en una gran cantidad de agua. Los sabores de agua y voltiles se separan por la adicin de calor a travs del vapor de condensacin. Durante el proceso de evaporacin, muchos de los componentes de sabor o de olor naturales se eliminan con el agua. Sin embargo, la prdida de compuestos voltiles durante la evaporacin de la mayora de los alimentos lquidos, por ejemplo, jugos de frutas o de caf, en la mayora de los casos, son indeseables. Por lo tanto, varios sistemas han sido desarrollados para la recuperacin de voltiles durante los procesos de evaporacin. Los voltiles se recuperaron durante la elaboracin de zumo de fruta concentrado se conocen como esencia. Una unidad de recuperacin de esencia es una combinacin de extraccin, rectificacin, destilacin al vapor y extraccin con disolventes que ocurren simultneamente (Redd y Hendrix, 1993). En la concentracin de la mayora de zumos de fruta, se logra la recuperacin de aroma de voltiles generados en los primeros efectos de un sistema de mltiple efecto. Esta fraccin de vapor se pasa entonces a un sistema de recuperacin tales como destilacin fraccionada. En la destilacin fraccionada, el aroma diluido los compuestos se transmiten a travs de una columna de destilacin donde los compuestos del aroma son con-creados 100 - 200-fold, que puede agregarse al concentrado producido en el ltimo efecto. El trmino "pliegue" es referido como el cociente de reduccin del volumen, por ejemplo, un concentrado de doble cinco ha tenido su volumen reducido en un 80%. Para prevenir el dao por calor y la oxidacin de los compuestos del aroma diluido, se lleva a cabo un proceso de separacin bajo vaco y deseables vapores se condensan a bajas temperaturas. Sistema de recuperacin de voltiles no siempre se necesita en aplicaciones alimentarias. La eliminacin de sustancias voltiles desagradables, por ejemplo, durante la evaporacin de la leche, puede ser una ventaja. 6.2 SISTEMAS Y APLICACIONES DEL EVAPORADOR 6.2.1 SISTEMAS DE EVAPORADOR: EFECTO NICO O MLTIPLE-EFECTO Un evaporador puede estar diseado para su uso como un sistema de simple efecto o varios rganos de evaporador conectados para formar un sistema de efecto mltiple. Ellos pueden ser operados como una vez a travs de o como unidades de recirculacin. La circulacin puede ser inducida por conveccin natural o por medios mecnicos fuerzas. Evaporadores de efecto mltiple son ampliamente utilizados en la operacin grande y los principios son bien conocidos. Dos o ms evaporadores de efecto solo se pueden conectar de manera que el vapor de un efecto sirve como medio de calentamiento para el siguiente efecto y as sucesivamente. Un condensador y aire eyector establecer un vaco en el ltimo efecto no condensable y retirar del sistema. La primera efecto de un evaporador de efecto mltiple es el

efecto a la que se alimenta el vapor vivo y en el cual la presin de vapor es la ms alta. De esta manera, la diferencia de presin entre el vapor y el condensador se extiende a travs de dos o ms efectos en el sistema de efecto mltiple. La presin en cada efecto es menor que en el efecto de la que recibe de vapor y por encima de que el efecto al que suministra vapor. La temperatura del vapor se determina mediante la medicin de la presin en el espacio de vapor y el clculo de la temperatura mediante el uso de tablas de vapor. La temperatura de la ebullicin lquido se determina mediante la medicin de la presin en el espacio de vapor y el clculo de la temperatura del lquido de las tablas de vapor correspondiente. La diferencia de estos dos se conoce como la temperatura aparente gotas. 6.2.2 TIPO DE EVAPORADOR No hay un solo tipo de evaporador que es satisfactorio para todas las condiciones o todo tipo de materiales lquidos alimentarios. Calidad, propiedad de transferencia de calor, energa y costos factores determinan la eleccin de varios tipos de evaporadores para una aplicacin particular. Tanto tubular y plaquetas Se han utilizado tipo de intercambiadores de calor de vapor calentado. Los principales fabricantes de evaporadores son APV Crepaco, Inc. (Chicago, IL), Alfa-Laval, Inc. (Fort Lee, Nueva Jersey), Cook Maquinaria (Dunedin, FL), Dedert Corp. (Olympia, IL), FMC (San Jose, CA), GEA Alimentos y Process Systems Corp. (Columbia, MD), evaporadores Niro, Inc. (Columbia, MD), Signal Swenson Div. (Har- vey, IL), Tito Manzini y Figi SPA (Parma, Italia), etc. Algunos tipos comunes de evaporadores (Milton, 1986; McCabe y Smith, 1976; Standiford, 1973) se describen. 6.2.2.1 Evaporador de tubo corto Este es uno de los primeros evaporadores se haya desarrollado ya menudo se llama evaporador de tubo corto o evaporador calandria (Figura 6.1 ). Se opera a temperaturas ms altas y se usa con productos que no son sensibles al calor, tales como soluciones de azcar. Se utilizan por lo general en sistemas de mltiple efecto. Se compone de un cuerpo vertical con una serie de tubo agrupa a 2,5 3,5 m de largo y 33 a 46 mm de dimetro interior (ID). El lquido se introduce en la parte inferior de la calandria donde empieza a ser calentada y hierve a medida que sube a la parte superior del evaporador, el vapor producido escapes a la parte superior de la cpula donde un deflector separa cualquier arrastrado lquido en el vapor. El concentrado sale por el pozo central y se recircula una o alimentado a un efecto subsiguiente. Tiempos de residencia de alto (10 a 20 min) en estos tipos de sistemas que sean menos adecuados para la alimentacin de lquido sensible al calor. La mayor parte de la concentracin de la caa soluciones de azcar utilizan este tipo de evaporador. Coeficientes globales de transferencia de calor que van desde 1000-1500 W / m2 K se encuentran comnmente.
https://translate.googleusercontent.com/translate_f#6

FIGURA 6.1 Un diagrama esquemtico de un tpico evaporador de tubo corto vertical (Swenson evaporador Co.) (Desde Milton, PE, 1986, Manual de Tecnologa de evaporacin, Noyes Publications, Fairview, NJ. Con el permiso.) 6.2.2.2 evaporador en capa delgada El evaporador (LTV) vertical del tubo largo se encuentra comnmente en la industria alimentaria. Este tipo de evaporador se utiliza para productos sensibles al calor. Los tubos son tpicamente 3.5 a 12 m de largo con 25 a 50 mm ID. En un tipo de pelcula descendente (Figura 6.2), el lquido se introduce en la parte superior de los tubos y cae como una pelcula en el interior las paredes. Como lquido entra en la parte superior de un evaporador de pelcula, una pelcula lquida formada por gravedad fluye hacia abajo de la superficie de transferencia de calor. Durante la evaporacin, el vapor llena el centro del canal y como el impulso deEl acelera vapor el movimiento hacia abajo, la pelcula se vuelve ms delgada. Los tiempos de atracadores son generalmente pequeas (0,5 a 2,0 min) y la temperatura de ebullicin es bsicamente la misma que la cabeza de vapor. Una comn problema encontrado con este tipo de evaporador se taponamiento del sistema de distribucin por suspendido o slidos no disueltos y se requiere una limpieza sistemtica y eficiente. Problemas de distribucin de alimentacin en las paredes de los tubos donde la evaporacin tiene lugar puede ser superar con el uso de boquillas de pulverizacin para alimentar el lquido en cada uno de los tubos. Otro alternativeis el uso OFA placa perforada en la parte superior de El tubos con orificios en la entrada de cada tubo.

Alimentar Lquido Distribuidores En Steam Tubo largo Vapor Fuera Condensado Vapor Cuerpo Concentrarse Fuera FIGURA 6.2 Un diagrama esquemtico de una tpica cada del tipo de pelcula evaporador. (A partir de Milton, PE, 1986, Manual de Tecnologa de evaporacin, Noyes Publications, Fairview, Nueva Jersey. Con el permiso.) Coeficientes globales de transferencia de calor de 2500 W / m2 K se encuentran comnmente en el primer efecto y los valores de 1,000 W / m2 K son tpicos en el ltimo efecto de un sistema de efecto mltiple. Este sistema de evaporacin se usa comnmente en la concentracin de leche y zumos de frutas. 6.2.2.3 Evaporador de circulacin forzada

Este tipo de evaporador (Figura 6.3) se utiliza para lquidos viscosos o para productos con

suspendidos slidos y muestran menos ensuciamiento, descamacin, o salazn de

evaporadores de recirculacin naturales. La lquido puede ser bombeado a travs del

elemento de calentamiento a una velocidad constante independientemente de la tasa de

evaporacin; esto hace que sea ms fcil analizar y control. Velocidades del fluido en los tubos

puede exceder de 5 m / s. Este sistema se disea generalmente para que el lquido recircula a

travs del elemento de calentamiento bajo presin; no de ebullicin se lleva a cabo hasta que

el producto llega a la separacin cmara donde se produce parpadeo vapor. El elemento de

calentamiento puede ser externo o interno y vertical u horizontal dependiendo del uso

previsto. Los alimentos lquidos viscosos, es decir, productos derivados del tomate,

comnmente se evaporan con este tipo de sistema. Se han reportado coeficientes de

transferencia de calor promedio por encima de 2000 W/m2K. Evaporadores de circulacin

forzada normalmente son ms caro que evaporadores de pelcula debido a la necesidad de

tuberas de gran dimetro en circulacin y bombas de recirculacin de gran tamao. Los

costos de operacin de una unidad de este tipo tambin son considerablemente ms altos.

Recyorculuntyoon VaporFuera El arrastre Desactivacin Espacio Pinzamiento Deflector En Steam Concentrarse Fuera Condensado Alimentar Circulante Bomba FIGURA 6.3 Un diagrama esquemtico de un tipo de tubo largo evaporador forzada (Swenson Evaporador Co.) (A partir de Milton, PE, 1986, Manual de Tecnologa de evaporacin, Noyes Publications, Fairview, Nueva Jersey. Con el permiso.) 6.2.2.4 Levantamiento del evaporador de pelcula Estos evaporadores son tambin el tipo de tubo largo y operar a alto vaco (Figura 6.4). Pueden ser utilizados en sistemas de recirculacin o de un solo paso y en los modos de accin simple o mltiple efecto. Ellos se utilizan comnmente para la evaporacin de jugos de tomate y frutales. Evaporadores tpicos tienen tubos de acero inoxidable vertical de 6 a 12 m de largo. En este sistema, el lquido se bombea a la parte inferior del evaporador y se eleva a travs de los tubos al vaco. Dos zonas se identifican en el tubos, una zona donde el lquido de alimentacin se est levantando y una zona de ebullicin en la parte superior del evaporador donde un flujo de dos fases se lleva a cabo. Por lo tanto, las diferencias de temperatura y calor en general coeficientes de transferencia pueden ser bastante diferentes en la parte inferior y la parte superior del evaporador. Porque puntos de ebullicin de cabeza esttico y de cada de presin aumentan en la parte inferior del evaporador por 5 a 10 C y atracadores tiempos varan entre 2 a 3 min. Promedio de los coeficientes de transferencia de calor de hasta 1.800 W / m2 K han sido reportados.
https://translate.googleusercontent.com/translate_f#9https://translate.googleusercontent.com/translate_f#9

6.2.2.5 Evaporador mecnicamente asistida Evaporadores de pelcula agitados tales como el tipo de superficie raspada se utilizan para concentrar lquidos que son sensibles al calor y viscoso y donde la formacin de espuma de la evaporacin del lquido puede ser una problema. Se compone de un tubo con camisa de vapor de gran dimetro, por lo general vertical. El lquido es normalmente alimentado a la parte superior y se extiende sobre las paredes en una pelcula delgada por cuchillas giratorias. La Vapor Fuera Pinzamiento Deflector En Steam Tubo largo Alimentar Concentrarse Fuera FIGURA 6.4 Un diagrama esquemtico de un tpico evaporador largo tubo vertical (Swenson evaporador Co.) (De Milton, P.E., 1986, manual de la tecnologa de la evaporacin, publicaciones Noyes, Fairview, NJ. Con permiso.) Producto concentrado sale en la parte inferior de los evaporadores en una cmara de separacin equipada con un deflector donde el vapor se separa del producto concentrado y fluye hacia un condensador. Velocidades del rotor en el orden de 10 a 15 m / s se encuentran normalmente. Los tiempos de residencia de slo unos pocos segundos permiten el uso de las diferencias de alta temperatura. Este tipo de evaporador por lo general se hace funcionar en un modo de simple efecto. La construccin costosa y de alto mantenimiento costo de reducir el uso de este tipo de evaporador a unas pocas aplicaciones para la concentracin de calor lquidos sensibles. Este evaporador se utiliza para concentrar los alimentos lquidos sensibles al calor con slidos en suspensin con viscosidades de hasta 20.000 mPa s. Coeficientes globales de transferencia de calor de hasta 4.000 W / m2 K han sido reportados. 6.2.2.6 evaporador de placas Otras variaciones de las unidades descritas anteriormente se utilizan en la industria alimentaria tal como la placa evaporadores donde la alimentacin se hace circular la fuerza a travs de un intercambiador de calor de placas y luego se brill en una cmara de separacin. Evaporadores de placa inicialmente fueron desarrollados por la APV en 1957 para proporcionar una alternativa a los sistemas tubulares. El evaporador de la placa puede proporcionar capacidad flexible simplemente aadiendo ms unidades de placa y un diseo ms compacto con los requisitos de baja altura.

6.2.3 RECOMPRESIN DE CONSERVACIN DE ENERGA Y VAPOR La evaporacin consume una gran cantidad de energa en las industrias de procesamiento de alimentos lquidos (Schwartzberg, 1977). Aproximadamente 3,5 kJ se gastan en la generacin de 1 kJ de energa elctrica y la cantidad de energa requerida para evaporar 1 kg de agua puede estimarse a partir de la calor latente de vaporizacin del agua (2257,1 kJ / kg a 100 C). La conversin de combustible en vapor por lo general se realiza en aproximadamente el 80% de eficiencia, debido a las prdidas de energa. Prevenir la degradacin trmica de alimentos lquidos y reducir los requisitos de energa, un vaco en el equipo para reducir el punto de ebullicin que le permite a uno volver a utilizar el vapor para conservacin de la energa trmica necesaria para la evaporacin mediante el uso de un diseo de efecto mltiple. Para intermedia a grandes aplicaciones tamao del evaporador, es comn elegir un efecto mltiple sistema - por lo general uno con dos a siete efectos. El vapor que sale del evaporador contiene valor de calentamiento significativo como calor latente de vaporizacin. Esta energa se puede recuperar mediante tcnicas de recuperacin de calor, es decir, incorporando precalentadores entre etapas y recalentadores en el diseo de un sistema de mltiples etapas de efecto mltiple (Chen, 1982a). Los otros mtodos para la reutilizacin de una fraccin de este vapor son por el vapor de reco- compresin (Anon., 1977): recompresin de vapor trmica (TVR) recompresin mecnica de vapor (MVR) De los dos mtodos de vapor-recompresin, TVR requiere menos capital pero produce menor recuperacin de calor que hace MVR. La adicin de un compresor trmico proporcionar una economa mejorada vapor aproximadamente equivalente a la adicin de un efecto adicional pero a un costo menor consi-erably. Un eyector de chorro de vapor se utiliza para comprimir una fraccin del vapor que sale del evaporador de manera que se elevan la presin y la temperatura. TVR se aplica normalmente a la primer efecto en evaporadores existentes o donde las condiciones son adecuadas para la aplicacin en unidades de efecto nico. En la mayora de las operaciones de compresin mecnica, todo el vapor que sale del evaporador es comprimido. Compresin eleva la temperatura de presin y la saturacin del vapor de modo que puede ser devuelto al pecho sistema de evaporador para ser utilizado como calefaccin de vapor. Bajo ptima condiciones, el equivalente de hasta 20 efectos puede ser alcanzado por MVR. Esta alta energa recuperacin debe equilibrarse con la capital, el mantenimiento y los costos de energa elctrica para el compresor. El vapor que sale del compresor es sper calentado, pero esto generalmente no tiene efecto apreciable sobre las tasas de transferencia de calor. 6.2.4 APLICACIONES Los evaporadores con superficies de calentamiento tubulares son los ms ampliamente utilizados en los campos de los alimentos. Inoxidable superficies de acero se utilizan para el contacto con alimentos casi exclusivamente. La alimentacin puede ser de una sola pasada o recirculado. Circulacin del lquido ms all de la superficie puede ser inducida por ebullicin (naturales circulacin) o por mtodos mecnicos (circulacin forzada). En circulacin forzada, de ebullicin puede o no puede ocurrir en la superficie de calentamiento. En algunas situaciones, es conveniente utilizar una combinacin de los evaporadores se acaban de describir. Por ejemplo, para la produccin de pasta de tomate, es comn el uso de

un evaporador de recirculacin concentrar a alrededor de 20% de slidos, seguido por agitacin mecnica para producir pasta de tomate ms de 30% de slidos. La industria de procesamiento de jugo de fruta es una de las principales empresas de base agrcola del mundo. El desarrollo moderno de las industrias de elaboracin de zumos de frutas ha evolucionado con la produccin de jugo de frutas y concentrados esencia como valiosos productos semiacabados (Nagy et al., 1993). El comercio mundial de zumos concentrados de frutas aument casi cuatro veces entre 1977 y 1988, alcanzando los US $ 4 mil millones (Olesen, 1990). Concentrado de jugo de naranja producida por la evaporacin es el concentrado de jugo de fruta dominante comercializa a escala mundial. Instalaciones del evaporador en los ctricos industria de procesamiento son muy grandes; seis y cincuenta y cinco evaporadores de efecto son comnmente instalados. Un tipo especial de evaporador, que incorpora una seccin de intercambiador de calor de pasteurizacin antes de la evaporacin y tambin incluye una unidad de destilacin para la recuperacin esencia de vapor evaporado en un diseo completo del sistema, se desarroll en la dcada de 1960 y com- comercialmente instalado en la industria de procesamiento de ctricos (Chen, 1982b). Estos evaporadores emplean los principios HTST con cualquiera de las superficies de calor tubulares o de placas. La temperatura ms alta jugo rgimen en el sistema de evaporador se encuentra en el intervalo de 95 hasta 105 C durante 10 s. con la residencia tiempo de 6 a 10 min. El evaporador de ctricos ms utilizado se llama SABOR que es un acrnimo de Trmicamente acelerado a corto plazo. El sistema del gusto pueden ser generalmente se describe como, de un solo paso continuo, LTV cada del tipo de pelcula, de mltiple efecto mltiples etapas, de alta aspiradora sin recompresin de vapor, HTST evaporador. Los sistemas TASTE son desarrollados por RW Cocinero del cocinero Maquinaria en FL (Dunedin, Florida) y se ensamblan en pilas y instalado sin estructura cubierta. Un sistema tpico sabor instalado en una procesadora de ctricos planta se muestra en la Figura 6.5. capacidad de evaporacin de una planta de ctricos es concentrado promedio aproximadamente 40 a 50 ton / h con dos o tres evaporadores instalados. Un nuevo sistema de evaporador HTST para la concentracin de jugo de ctricos fue introducido en Brasil en 1990 por GEA Food and Process Systems Corp. (Columbia, MD). Este nuevo sistema es conocido como GEA Wiegand evaporador (Wiegand, 1992). Una unidad 5-efecto tpico con TVR es se muestra en la Figura 6.6. Su capacidad es de aproximadamente tasa de evaporacin de 26.500 kg / h de agua para la de produccin de un 65 B (es decir,% de slidos solubles en peso) de concentrado de jugo en una salida cada hora tasa de 4.500 kg / h y su economa de vapor es 6.44: 1, que es equivalente a una convencional 7-efecto evaporador TASTE sin recompresin de vapor. El evaporador GEA Wiegand TVR puede ser descrito generalmente como un paso continuo, nico, LTV cada del tipo de pelcula, de efectos mltiples mltiples etapas, alto vaco con TVR, HTST evaporador. 6.2.5 Control de estabilidad Mltiple-efecto sistemas de evaporador son sensibles a los cambios en las condiciones de funcionamiento, que es Por eso la mayora de ellos son difciles de controlar. Diversas estrategias de control de retroalimentacin simple de mandos avanzados ms compleja de alimentacin se han aplicado a los sistemas de control del evaporador (Shin-skey, 1978). El objetivo principal de control de evaporador es uno de ajustar la carga de calor para lograr una concentracin de producto deseado a pesar de los cambios en las variables de entrada o la eficiencia del equipo.

Hay un tiempo de residencia medible entre una entrada de alimentacin fina y gruesa partida producto el evaporador. Este retraso complica el problema de control utilizando tcnicas estndar, como lo hace el hecho de que la transferencia de masa responde mucho ms rpidamente a los cambios en la demanda de energa hace transferencia. Tcnicas de control de realimentacin se han aplicado para el control de efecto mltiple comercial sistemas de evaporador de ctricos (Chen et al., 1981). 6.2.6 SELECCIN DE EVAPORADORES Sistemas de evaporador son grandes piezas de equipo de proceso y, a menudo se compran en un total base responsabilidad. La tarea del comprador es definir el proceso, la calidad y mecnica limitaciones con precisin para permitir a los proveedores para disear sistemas econmicos y adecuados para el deber previsto. La oferta de la seleccin y comparacin de proveedores de un evaporador deben incluir el siguientes consideraciones (Minton, 1986) 1. Compare el costo de capital inicial y los costos de operacin 2. Compruebe que se han cumplido las especificaciones. Algunas importantes especificaciones consideraciones son

FIGURA 6.5 Tpico evaporador TASTE ctricos mostrando apilados diseo (Cortesa de Alcoma Embalaje Co., Lake Wales, FL). a. Capacidad de operacin b. La viscosidad del producto, los slidos en suspensin y la densidad (es decir, como porcentaje del contenido de slidos por peso c. El perfil de temperatura-tiempo en relacin con la calidad del producto d. La temperatura del agua de refrigeracin

FIGURA 6.6 GEA Wiegand ctricos evaporador- una recompresin de vapor trmica (TVR) evaporador. (GEA Food and Process Systems, Columbia, MD) (De Nagy, S., Chen, CS, y Shaw, PE, Eds., 1993, Tecnologa de Procesamiento de Frutas Jugo, Agscience, Auburndale, FL. Con el permiso.) e. Niveles y requisitos de vapor f. Materiales de construccin g. Tipo de condensador h. Los requisitos de recuperacin de

voltiles i. Requisitos de espacio para la cabeza

(por ejemplo, de interior o al aire libre)

j. Cualquier requisito especial 3. Consideraciones de mantenimiento a. Control automtico Manual vs. b. La fiabilidad y la sencillez de

operacin c. Saneamiento, facilidad de limpieza y

limpieza de ciclo d. Requisitos de seguridad 4. El servicio despus de la venta y las garantas a. Poner en marcha la asistencia b. Disponibilidad de recambios c. Experiencia en ingeniera y la respuesta a los problemas d. Capacitacin del personal Los tipos tpicos de evaporadores utilizados en la industria alimentaria se enumeran en la Tabla 6.1 y pueden estar utilizado como una gua para la seleccin (Dinnage, 1972). 6.3 COEFICIENTES DE TRANSFERENCIA DE CALOR EN EVAPORADORES 6.3.1 COEFICIENTE GLOBAL DE TRANSFERENCIA DE CALOR Una presentacin prctica de los principios fundamentales de transferencia de calor que subyace evaporacin bsica mtodo y equipo racin se ha dado por Badger y Banchero (1955). La general ecuacin del calor que describe transferido desde el vapor de calentamiento a travs de la pared de metal al producto que se evapora es

Q Vo s UA Ts T UA T (6,2) donde Q = tasa de transferencia de calor, Vo = Tasa de vapor condensado, s = Calor latente de vaporizacin de vapor a la temperatura de condensacin, U = coeficiente global de transferencia de calor, A = superficie de calefaccin estn en s = Temperatura de condensacin de vapor, la temperatura T = producto de evaporacin, T = Ts - T, descenso de la temperatura. El coeficiente global de transferencia de calor para la condensacin de vapor a travs de una superficie de calentamiento para alimentos lquidos pueden ser escritos como 1 UA 1/ hs Las x /kAm 1/ hF LaF (6.3) donde un m = El rea media para el vapor y productos lados de la superficie de intercambio de calor, As = del lado del vapor rea de transferencia de calor, hs = Lado vapor coeficiente de transferencia de calor, k = conductividad trmica del material de pared, x = espesor de la pared, hF = Lado del lquido coeficiente de transferencia de calor, y un F = Lado del lquido rea de transferencia de calor. En el clculo de la transferencia de calor comercial equipo cin, la pregunta surge a menudo en cuanto a si el interior, el exterior, o en la zona media de la superficie del tubo debe ser utilizado como una base para el diseo. Se sugiere que la ecuacin 6.3 puede utilizar para calcular la longitud total del tubo requerido. Para evaporadores tubulares, la ecuacin 6.3 se convierte en: donde do = Dimetro del tubo de transferencia de calor exterior y d yo = Dimetro interior del tubo de transferencia de calor. Coeficientes de transferencia de calor local se expresan generalmente como parmetros adimensionales, h* = hd / k, por lo general en funcin del Reynolds (Re) y Prandtl nmeros (Pr), h * un Rb Prc (6,5) donde a, b, y c = constantes experimentales.

CUADRO 6.2 Tabla 6.2 muestra algunas ecuaciones para h* para diferentes aplicaciones y tipos de evaporadores. En la mayora de los casos, en aplicaciones de alimentos, el trmino medio en el lado derecho de la ecuacin 6.3 es demasiado pequeo para ser de importancia prctica. Adems, la transferencia de calor del lado de vapor coeficiente es mucho ms alto que el coeficiente de transferencia de calor del lado de lquido que el ltimo es esencialmente igual al coeficiente global de transferencia de calor. En tales casos, el razonamiento basado en el coeficiente global de transferencia de calor es tan satisfactoria como si la transferencia de calor del lado del lquido COEFICIENTE s estaban disponibles. Por lo tanto, en la prctica, se utiliza el coeficiente global de transferencia de calor TABLA 6.3 en el clculo de diseo. Tabla 6.3 muestra los coeficientes de transferencia de calor tpicas para con- evaporativo centracin de alimentos lquidos (Schwartzberg, 1977).

6.3.2 punto de ebullicin El BPR causada por un slido no voltil en soluciones de alimentos sigue la teora solucin bien conocida. Para las soluciones de los alimentos, el BPR puede ser predicha por la siguiente relacin (Chen, 1993) Tb K Kv/MwEn una w (6.6) donde Tb= T - Tb, Aumento del punto de ebullicin; Tb = Punto de agua hirviendo, T = temperatura de ebullicin del lquido; Kv = 512 kg K / kg-mol, una constante de punto de ebullicin aumento; Mw = 18, molecular peso de agua; un w = Actividad de agua de soluciones de alimentacin (0 un w 1) que es una funcin de contenido de slidos solubles. Una ecuacin emprica para el BPR de soluciones de azcar expresado como funcin del contenido en slidos se da como Tb C 0.33 exp 4 Xs ; 0.1 Xs 0. (6.7) donde Xs = Fraccin en peso de slidos solubles. Tablas de Duhring se utilizan comnmente para estimar punto de ebullicin aumento debido a los solutos disueltos y funcionan bastante bien para soluciones sencillas de azcar y sales (McCabe y Smith, 1976).

6.3.3 EL EFECTO DE LA SUCIEDAD (FOULING) Uno de los problemas en el proceso de evaporacin de alimentos es el efecto de ensuciamiento o la formacin de incrustaciones sobre la tasa de transferencia de calor. El ensuciamiento de los tubos del evaporador por materiales alimenticios sensibles al calor es observaron cuando lquidos viscosos reciben calor mientras que fluye dentro de los tubos del evaporador. Pro- tasas de produccin y la calidad del producto pueden verse afectados notablemente por la acumulacin de desnaturalizado material sobre la superficie de los tubos. El efecto de las incrustaciones en la tasa de transferencia de calor con tiempo se representa por la ecuacin (Kern, 1950) 1 U2 un b (6,8) donde U = coeficiente de transferencia de calor en cualquier momento, = tiempo (horas) en funcionamiento, a y b = Constantes. El efecto de ensuciamiento tambin se puede expresar como una resistencia inducida ensuciamiento como RF 1 1 (6.9) U U donde RF = La resistencia ensuciamiento, Uo = El coeficiente global de transferencia de calor para un tubo limpio. 6.4 DISEO CLCULO DE EVAPORADORES Clculos del evaporador y el anlisis se requieren a menudo en el diseo y en la evaluacin de evaporador rendimiento. Las condiciones en las que la evaporacin se lleva a cabo en la prctica son ampliamente variada. Dos tipos de anlisis se pueden realizar en un sistema evaporador: dinmica y anlisis de estado estacionario. El anlisis dinmico puede llevar al desarrollo de modelos para predecir el comportamiento dinmico del sistema a un trastorno en cualquiera de las variables de funcionamiento que es til en el funcionamiento en estado inestable. Sin embargo, una condicin de estado estacionario es normalmente alcanzado dentro de un corto perodo de tiempo en las operaciones del evaporador. Cuando un efecto mltiple sistema de evaporador est en funcionamiento en estado estacionario, la presin (y por lo tanto la temperatura) del vapor a la primera efecto se puede ajustar, y la presin (y por lo tanto la temperatura) de el vapor que sale del ltimo efecto se determina por la temperatura del agua de refrigeracin disponible. Por lo tanto, el disponible T se prcticamente fijo en un rango predeterminado. Es importante admite ni reconoce el hecho de que no hay control externo de la distribucin de la temperatura entre los efectos. Anlisis en estado estacionario son ampliamente utilizados en los clculos del evaporador que se describen en este seccin (Kern, 1950; Holanda, 1975). 6.4.1 LOS SALDOS DE MATERIAL Y ENERGA Un diagrama esquemtico de un tpico evaporador de simple efecto que ilustra la energa y materiales flujos se muestra en la Figura 6.7. La velocidad de flujo de vapor y de condensado es V kg / h; la de la alimentar (licor fino) es F kg / h; y la del concentrado (licor de espesor) es L kg / h. La tasa de flujo de vapor al condensador, suponiendo que no hay slidos precipitan a partir del licor, es V = (F - L) kg / h. Tambin, sea Ts ser la temperatura de condensacin del

vapor, T la temperatura de ebullicin del lquido en el evaporador, y TF la temperatura de la alimentacin, todo en grados centgrados. Los balances de materia y de energa pueden ser desarrollados para describir este nico efecto evaporador de la siguiente manera. Balances de materiales de componentes en los solutos (slidos) y el disolvente (agua) son FXF LXp (6,10) F 1 XF V L 1 Xp (6,11) donde XF = Fraccin en peso del soluto en la alimentacin y Xp = Fraccin en peso del soluto en el lquido espeso. Un balance de materia total viene dada por F V L (6,12) El clculo de la cantidad de evaporacin es fundamental en cualquier problema de evaporacin y es fcil de demostrar que la cantidad de evaporacin en la concentracin de una solucin de 5 hasta 10% de slidos totales es la misma que la concentracin de una solucin del 30 al 60%. Una frmula para este clculo se puede derivar de las ecuaciones 6.11 y 6.12 Tasa de evaporacin V F1 XFXp (6,13) Avance F V 1 XFXp (6,14) Tabla 6.4 da la cantidad de evaporacin de kilogramos de agua evaporada por 1000 kg de alimentar a composiciones que varan por ciento, cuando se concentra a densidades ms altas. El balance de energa se puede escribir en trminos de calor latente de vaporizacin y especfica calor de la siguiente Q Vos F L Fcp T TF (6,15) donde V o = Tasa de vapor (kg / h) y cp = Calor especfico de alimentacin. Por lo tanto, el requisito de vapor es Vo F L Fcp T TFs (6,16) La economa de vapor (E) es E kg evaporacin / kg de vapor = V / Vo (6,17) La ecuacin 6.13 se puede extender a un evaporador de efecto mltiple para el anlisis de sensibilidad de variacin de la concentracin del producto debido a la fluctuacin de vapor o de alimentacin (Shinskey, 1978) como sigue Vyo F 1 XFXn (6,18)

donde i = 1,2, ..., n efectos. Esta ecuacin puede resolverse para la calidad del producto xn x F 1 VyoF (6,19) Diferenciando con respecto a Vi/ F producir la sensibilidad de la concentracin de producto a la relacin vapor-feed dXn/d Vi/F XF / 1 Vyo/F 2 X2/X (6,20) Ecuacin 6.20 facilita la comparacin de las sensibilidades para diversas condiciones de funcionamiento. Una relacin adicional es la de convertir el denominador en una relacin de vapor de alimentacin fraccionada. Traccin trasera van Ecuacin 6.18 rendimientos Vyo F Xn XFXn (6,21) De las ecuaciones 6.20 y 6.21, se puede obtener

dXn d VyoF VyoF Xn Xn XFXF (6,22) Los calores especficos para soluciones de azcar y calores latentes de vaporizacin del vapor saturadas se ampliamente disponible. Los valores de calor especfico de jugo de naranja se presentan en la Tabla 6.5 que puede tambin se puede utilizar para la mayora de los zumos de frutas y vegetales. Los calores latentes de vaporizacin del saturados EXAMPLE6.1 Un evaporador concentra una alimentacin de 10% de slidos a 70%. Calcula el efecto de la variacin del 1% en flujo de vapor o velocidad de alimentacin de la concentracin de producto. Solucin dXn d VyoF VyoF0.70.7 0.10.1 4.2 Un cambio de 1% en el vapor o la velocidad de alimentacin puede provocar la concentracin de producto se desve 4,2% a partir de la especificacin 70%.

6.4.2 RELACIN DE TIEMPO Y TEMPERATURA Para evitar la degradacin de los materiales sensibles al calor durante el proceso, que ha sido durante mucho tiempo reco-cieron que una baja temperatura de funcionamiento y un tiempo de residencia de corta son esenciales. La residencia tiempo logrado en cualquier evaporador puede calcularse a partir de la siguiente ecuacin (Milton, 1986): EF 1 Exp r (6.23) donde FF = Fraccin de alimentacin eliminado, = tiempo de residencia, y r = relacin de volumen a la celebracin velocidad de descarga (tiempo). Se ha reconocido que el factor tiempo es ms importante que el nivel de temperatura en la relacin tiempo-temperatura, por lo que el nfasis anterior en mantener baja operativo

Figura 6.7 un diagrama esquemtico de un tpico evaporador de simple efecto que muestra la energa y material de flujos. temperaturas en evaporadores se ha desplazado hacia el control preciso de los tiempos de residencia y bajo temperaturas de funcionamiento relativamente altas (Chen, 1982b; Chen et al., 1981). Esto se ha traducido no slo en mejores productos, sino de inversin y operacin de abaratamiento de costes. 6.4.3 SOLO EFECTO EVAPORADOR Uno de los evaporadores simples es una caldera de vapor con camisa de haber conectado su salida de vapora un condensador, con o sin equipo de vaco. Su uso est limitado a lote o semi-lotelas operaciones con productos viscosos tales como mermelada, jalea, y varios jarabes. Incluso en estos aplicaciones, sin embargo, est siendo sustituida gradualmente por evaporadores continuos de efecto nico. EXAMPLE6.2 Se desea preconcentrar una solucin que contiene azcar de 5 a 30% de slidos en una sola evaporador de efecto (vase la Figura 6.7). El vapor es disponible a presin atmosfrica (100 C). Un vaco de 12,5 kPa se ha de mantener en el espacio de vapor y esta presin corresponde a vapor de agua a 50 C. La alimentacin al evaporador es 5000 kg / h. El condensado sale del evaporador a 75 C y la solucin tiene una elevacin insignificante en el punto de ebullicin. Calcular el requerimiento de vapor y la economa de vapor si la temperatura de la alimentacin es (a) 20 C y (b) 80 C. Solucin a. Solucin de alimentacin entra a 20 C - el balance de materiales es Tasa de evaporacin = 5000 (1-0,05 / 0,30) = 4166,7 kg / h Desde T vapor capaz ( Tabla 6.6 ), s 2257,1 kJ kg @ 100 C 2382,7 kJ kg @ 50 C

El calor especfico de soluciones que contienen azcar puede calcularse a partir de la Ecuacin 6.1 o Tabla 6.5 cp 4,05 kJ kg C El balance de calor es: 2257.1 Vo 4.166,7 2.382,7 5000 4.05 50 20 El requisito de vapor es Vo 4667.3 kg hr de vapor La economa de vapor es: E VVo 4.166,7 4.667,3 0,89 kg de agua evaporada kg de vapor b. Solucin de alimentacin entra a 80 C - El balance de materia se ha modificado. El balance de calor es: 2257.1 Vo 4.166,7 2.382,7 5000 4.0550 80 El requisito de vapor es Vo 4129 kg hr de vapor La economa de vapor es E VVo 4166.7 4129 1,01 kg de agua evaporada/ kg de vapor Discusin En la parte A, la temperatura del licor fino alimentado al evaporador es inferior a la de ebullicin temperatura por lo que parte de la energa de vapor se usa para calentar la alimentacin a la temperatura de ebullicin. Esta cantidad de calor es la carga de calentamiento. En la parte B, la temperatura de la alimentacin es mayor que la temperatura de ebullicin. El requisito de vapor se reduce ya algo de calor se pone en el alimentar encima de su punto de ebullicin en el evaporador. Esta cantidad de calor es la evaporacin flash. EXAMPLE6.3 Calcule las superficies de calefaccin por ejemplo 6.2 Si el aparente total calor transferencia coefi-ciente puede tomarse como 3000 W/m2 C. Solucin Superficie de calentamiento - Esto se calcula mediante la Ecuacin 6.2, una ecuacin de velocidad. A QU T 2.257,1 4667.3 3000100 50

(A) A 2257,1 4667.3 3000 100 50 70.2m2 (B) A 2.257,1 4129 3000 100 50 62.1m2 Discusin Uno de los problemas que surgen en el uso de la ecuacin de velocidad est en el valor que se utilizar para T. En el Ejemplo 6.2, el vapor se condensa a 100 C y el condensado sale a 75C. El lquido es alimentado a 20 C y se est precalentado hasta el punto de ebullicin a 50C. El calor da hasta 2257,1 kJ / kg FIGURA 6.8 Un diagrama esquemtico de un sencillo evaporador de triple efecto con alimentacin hacia adelante. en condensacin a 100 C y 4.187 (100 - 75) kJ / kg en el enfriamiento a 75 C. El calor entregado en condensacin es tan grande en comparacin con el calor que en el condensado de refrigeracin que la ltima cantidad por lo general se omite en el clculo de las cadas de temperatura. En el diseo del evaporador, las reas de superficie de transferencia de calor se calculan mediante el uso de la diferencia de temperatura entre condensacin de vapor y lquido en ebullicin. 6.4.4 EVAPORADORES DE MLTIPLE EFECTO Un evaporador de efecto mltiple puede funcionar con alimentacin hacia adelante, alimentacin hacia atrs, o mixto alimentacin. Las comparaciones de los diferentes planes de alimentacin han sido presentadas por Coulson y Rich- ardson (1978). Un diagrama esquemtico de un sencillo evaporador de triple efecto con el flujo hacia adelante se muestra en la Figura 6.8. El flujo de vapor eliminado en el primer efecto est relacionado con el flujo de vapor a la primera efecto y su economa de vapor, E V1 H1 EVo Ho (6.24) Del mismo modo, el vapor retirado de la segunda efecto est relacionado con la tasa de vapor primera efecto V H EV H E2V H (6,25)

La secuencia se puede continuar a N-efectos y luego el vapor de flujos individuales resumi Vyo Vo Ho E H1 E2 H2E Hn (6.26) La ecuacin 6.26 se puede utilizar para calcular los coeficientes de vapor-vapor vs. nmero de efectos para una determinada E valor y las condiciones de presin del evaporador y la temperatura (Shinskey, 1978). La entalpa H yo adquirida por el vapor de ebullicin en un efecto dado no es exactamente igual a su calor latente de vaporizacin. En alimentacin hacia adelante, la solucin viene de un efecto ascendente voluntad estar por encima de su punto debido a la reduccin en la presin de ebullicin. Sin embargo, el vapor expulsado de cada efecto es sobrecalentado por la elevacin del punto de ebullicin de la solucin. Desde el punto de vista de un balance de calor en general, estos factores suelen ser descuidados. Si calores latentes se utilizan para cada H en la ecuacin 6.26, la relacin vapor-vapor de agua se puede calcular fcilmente para cualquier evaporador. EXAMPLE6.4 Calcular la relacin vapor-vapor para un evaporador de triple efecto de la diferencia de temperatura entre 25 y 100 C, a partir de 25 C en el ltimo efecto, y suponiendo una temperatura diferencia de 25 C por efecto y E = 0,92. Solucin De vapor Tabla 6.6 De la tabla de vapor 6, o 1 2 3 La relacin vapor-vapor para un evaporador de triple efecto en trminos del calor latente de vaporizacin es: Vi/Vo o E 1 E 2 E 3 2257.1 0,92 2.285,8 0.92 20.92 32442.4 2.432382.7 Los clculos en el Ejemplo 6.2 demuestran tres fuentes de calor pueden ser reutilizados o recuperado para mejorar la eficiencia energtica. El vapor puede ser reutilizado en calentar el lquido a una temperatura de ebullicin inferior bajo un vaco parcial, la alimentacin tal vez precalentado en un interetapas precalentador y el calor en el condensado pueden ser recuperados por el parpadeo a una temperatura ms baja. Estos ahorros potenciales de energa se han incorporado en los clculos de diseo de los modernos evaporadores de mltiple efecto como se comenta por Chen (1982a). Para los alimentos sensibles al calor, la operacin de avance es el ms comnmente utilizado. Aqu la alimentacin se introduce en el primer efecto y desemboca en el siguiente efecto paralela al flujo de vapor. El precalentamiento es generalmente necesario con este tipo de operacin y de vaco es mayor requerida en la ltima etapa ya que la temperatura del ltimo efecto es el ms bajo en el sistema.

En la operacin de alimentacin hacia atrs, la alimentacin se introduce en el ltimo efecto y se descarga en la primera unidad, donde la temperatura ms alta de la evaporacin se lleva a cabo. Este sistema es comnmente utilizado con alimentos lquidos viscosos o donde un sabor cocido, tal como en la pasta de tomate, se desea. Ejemplo 6.5 EL CLCULO DE RECOMPRESIN MECNICA Es deseable aumentar la capacidad de calentamiento de vapor por recompresin mecnica para una de simple efecto evaporador (vase la Figura 6.9 ) que se concentra soluciones que contienen azcar de 10 a 55% de slidos. Dado Alimente F 5040 kg hr Producto F1 2.240 kg hr CpF 3,95 kJ kg C cp1 2,78 kJ kg C Tabla 5 FIGURA 6.9 Un diagrama esquemtico de un evaporador de simple efecto con un recompresor mecnica. El vapor del evaporador V1 hr 2800kg, TF 100 C, P1 101,3 kPa Se requiere para comprimirlo a P2 = 150 kPa. Si vapor saturado a 120 C est disponible para el maquillaje (Asumir la eficiencia de compresin del 78%), calcular (a) trabajo de compresin y (b) de vapor de maquillaje requerido. Solucin El vapor comprimido a una presin superior se convierte en super-calentado. Tericamente la cantidad de la energa requerida para comprimir el vapor es igual a la diferencia entre la entalpa (H) a los puntos de succin y descarga, en una entropa vapor constante (S). Cambio de entropa para la compresin isoentrpico se puede encontrar desde una mesa de vapor (Keenan et al. 1969) H1 2676 kJ kg para sat. vapor a 100 C S1 S2 7.355kJkg.K H2 2744 kJ kg desde super - calentado Tablas de Vapor para S2 De energa por kg de vapor requerida para la compresin W H2 H10.78 2744 26760.78 87,18 kJ kg a. Trabajo de compresin = (87,18 kJ / kg) (2.800 kg / h) = 2,441 105kJ / h. Balance global de calor en el evaporador FcpF TF 0 VsHs WV1 F1cp1 T1 0 Vs V1hc

donde Vs es vapor de maquillaje; Hs es la entalpa de vapor de agua saturado de maquillaje; hc es la entalpa del vapor condensado. 50403.9570 0 Vs270687.18280022402.78100 0Vs 2800419 b. Maquillaje vapor requerido = Vs = 69 kg / h 6.5 EVALUACIN DEL DESEMPEO DE UN EVAPORADOR DE FRUTA CTRICO COMERCIAL La concentracin de los jugos de ctricos es una aplicacin tpica de la tecnologa en el evaporador industria de procesamiento de alimentos. En las operaciones comerciales, el rendimiento medio de jugo de naranjas vara desde 43 hasta 55% y el contenido de slidos es del 9 al 15% que se concentr hasta 60 a 65% por evaporacin. El diseo ms popular de evaporadores de ctricos es conocido como el Evaporador TASTE. Se han descrito varios ensayos de campo en evaporadores sabor ctrico. La prueba de campo de un diseo tpico de principios comerciales de efecto mltiple ctricos evaporador era presentada por Chen (1982a). Clculos de calor y de balance de masa para evapo- comercial de ctricos sistemas orador son bastante complejos. En muchos casos, la informacin de diseo es deficiente y algunas estimaciones se tienen que hacer para los clculos de calor y de balance de masa para el desempeo en campo evaluacin. Ejemplo 6.6 EVALUACIN DE CAMPO DE UN EVAPORADOR DE FRUTA CTRICO COMERCIAL Un evaporador tpico GUSTO, 4 efecto, de 7 etapas, diseado para 18.144 kg / h capacidad de evaporacin y actualizado a 5 efecto de 8 etapas, se muestra esquemticamente en la Figura 6.10 . Para efectos mltiples evaporadores, un anlisis del sistema actual pueden llevar a cabo mediante la imposicin de un balance de calor a travs de cada efecto individual y un balance de masas para todo el sistema. Las prdidas de calor a la prdidas de medio ambiente y energa debido a la ventilacin de vapor para eliminar condensables fueron se supone que es insignificante. En referencia a la figura 6.10, las ecuaciones de balance de calor y de masas puede ser escrito en trminos de calor especfico y el calor latente de vaporizacin base (aproximada de entalpa base) de la siguiente Primero Efecto-segunda etapa Balance trmico Voo Q6 F1C1 Tf6 T2 V22 (6.27a) Q6 F1C1 Tf6 Tf5 (6.27b) Balance de masa V2 F1 1 X1X2 (6.27c) Coeficientes de transferencia de calor Por evaporacin U2 VoHo Q6 /A2 Ts T2 B2 (6.27d)

Para precalentador (# 6) U *6 Q6 A *6LMTD FIGURA 6.10 Un diagrama esquemtico de un 5-efecto tpico sistema de evaporador de ctricos TASTE de 8 etapas. (Golfo Maquinaria Corp, Dunedin, FL.) (De Nagy, S., Chen, CS, y Shaw, PE, Eds., Tecnologa de Procesamiento de Jugo de Frutas, Agscience, Auburndale, FL. Con el permiso.) Segundo Efecto-tercera etapa Balance trmico V22 Q5 F1 V2C 2 T2 T3 V33 (6.28a) Q5 F1C1 Tf5 Tf 4 (6.28b) Balance de masa V3F1 V21 x2x3 (6.28c) Coeficientes de transferencia de calor Para evaporador U3V22 Q5La3T2 T3 B3 (6.28d) Para precalentador (# 5) U *5 Q5 A *5 LMTD (6.28e) Tercero Efecto-cuarta etapa Balance trmico V33 Q4 F1 V2 V3 C3 T3 T4 V2C T3 T4 V44 (6.29a) Q4 F1C1 Tf4 Tf3 (6.29b) Balance de masa V4 F1 V2 V31 X3X4 (6.29c) Coeficientes de transferencia de calor Para evaporador U4 V33 Q4A4T3 T4B4 (6.29d) Para precalentador (# 4)

U *4 Q4A *4LMTD (6.29e) Efecto cuarto-quinto Etapa comer equilibrio V44 Q3 F1 V2 V3 V4 C4 T4 T5V2 V3 C T4 T5 V55 (6.30a) Q3 F1C1 Tf3 Tf2 (6.30b) Balance de masa V5 F1 V2 V3 V41 X4X5 (6.30c) Coeficientes de transferencia de calor Para evaporador U5 V44 Q3A5 T4 T5 B5 (6.30d) Para precalentador (# 3) U *3 Q3A *3 LMTD (6.30e) Quinto Efecto-sexta etapa Balance trmico M1 V55 Q2 Qrl Qr8 F1 V2 V3 V4 V5 C5 (6.31a) T5 T6 V2 V3 V4 C T5 T6 V66 (6.31b) Q2 F1C1 Tf2 Tr1 (6.31c) Qrl FoCo Tr1 Tf1 (6.31d) Qr 7 F1 V2 V3 V4 V5 V6 C6 T6 Tr7 (6.31e) Qr8 F1 V2 V3 V4 V5 V6 V7 C7 T7 Tr8 Balance de masa V6 F1 V2 V3 V4 V5 1 X5/X6 (6.31f) Coeficientes de transferencia de calor Para evaporador U6 M1 V55 Q2 Qr1 Qr7 Qr8/A6 T5 T6 B6 (6.31g)

Para precalentador # 2 U *2 Q2 A *2 LMTD (6.31h) Para recalentador para la Etapa 1 U1* Qr1A1* LMTD (6.31i) Para recalentador para la Etapa 7 U7Qr7A *7 LMTD (6.31j) Para recalentador para la Etapa 8 U *8 Qr8A *8 LMTD (6.31k) Quinto Efecto-sptima etapa Balance trmico M2 V55 F1 V2 V3 V4 V5 V6C6Tr7 T7 V77 (6.32a) Balance de masa V7 F1 V2 V3 V4 V5 V61 X6X7 (6.32b) Coeficiente de transferencia de calor Para evaporador U7 M2 V55A7 T5 T7 B7 (6.32c) Quinto Efecto-octava etapa Balance trmico M3 V55 F1 V2 V3 V4 V5 V6 V7C7Tr8 T8 V88 (6.33a) Balance de masa V8 F1 V2 V3 V4 V5 V6 V7 1 X7X8 (6.33b) Coeficiente de transferencia de calor Para evaporador U8 M3 V55A8 T5 T8 B8 (6.33c) Quinto Efecto-primera etapa Balance trmico M4 V45 FoCoTr1 T1 V11 (6.34a)

Balance de masa V1 Fo 1 XoX1 Fo F1 (6.34b) M1 M2 M3 M4 1 (6.34c) Coeficiente de transferencia de calor Para evaporador U1 M4 V55La1 T5 T1 B1 (6.34d) Recuperacin de calor de escape de efecto 5 Q1 FoCoTf1 Tfo (6.35a) Coeficiente de transferencia de calor Para precalentador (# 1) U1* Q1La1* LMTD (6.35b) Balance de masa general V V1 V2 V8 (6.36) Requisito RSS Fo V1 XoX8 (6.37) Enfriador de flash V9 Fo VC8T9 T99 (6,38) Las ecuaciones anteriores se usaron para calcular los balances de calor y de masas. Procedimientos de clculo Puesto que hay 50 variables y 27 ecuaciones para el clculo de balances de calor y de masas, 23 de las variables se deben especificar para resolver las ecuaciones para obtener las variables restantes. Ya Est son 17 variables y 17 ecuaciones de coeficientes de transferencia de calor; que se pueden resolver fcilmente. Se midieron las 23 variables siguientes y se utilizan en el clculo: Ts, Trl, Tfo, Tr7, Tr8,Tf1 a travs de Tf6, T1 a travs de T8, Vo, Fo, XoY X8. Un siete variables adicionales eran tambin mide y se utiliza para estimar la prdida de energa y para comprobar la validez de los resultados calculados. Eran X3 a travs de X7, X9, Y t9. El calor latente de vaporizacin se calcula a partir de la mesa de vapor por la siguiente ecuacin 2499Exp 0.001016T (6,39)

El calor especfico se calcula a partir de la Ecuacin 6.1 C Cp 4.1871 Xs0.57 0.0018T 20 (6,40) Punto de ebullicin aumento se calcula a partir de la ecuacin emprica para BPR soluciones de sacarosa B 0,33 Exp4Xs (6,41) El valor de Xs es la fraccin en peso de slidos solubles y T y B en grados Celsius en las ecuaciones 6.39 a travs de 6,41. Economa de vapor esperado se calcula a partir del perfil de temperatura medido y Brix datos por suponiendo que no hay prdida de calor. La economa real se calcul utilizando el vapor medido tarifa. La diferencia entre los dos mtodos de clculo se atribuy a la prdida de calor agrupado. Los resultados experimentales durante el funcionamiento normal de una planta de procesamiento, junto con un anlisis de calor y de masa saldos para el 5-efecto de 8 etapas SABOR evaporador se muestran en la Tabla 6.7 . Esta unidad era un viejo diseo del evaporador TASTE ctricos. En la capacidad de evaporacin diseado, la eficiencia de vapor se encontr que era 0.74N donde N es el nmero de efectos. Un gran prdida de energa porcentaje se encuentra principalmente debido a las fugas de aire y / o de ventilacin de vapor excesivo a la atmsfera. Por lo tanto, es importante mantener hermtico al aire en un mltiplo de efecto alto vaco sistema y evitar el venteo de vapor excesivo. Las eficiencias de vapor de sistemas de sabor ctrico similares y comparables del tipo de placa de ctricos Se encontraron evaporadores de ms reciente diseo para ser 0.85N y 0.82N, respectivamente (Filho et al.,1984). 6.6 ECONOMA La evaporacin es uno de los altos costos y energa unidad intensiva operaciones de capital. Durante la poca de los costos de energa baja, el criterio principal de seleccin se bas en el equipo inicial bajo costo. Sin embargo, en las ltimas dos dcadas, los costos de energa han aumentado radicalmente en comparacin con los costos de equipo inicial. Por lejos, la energa es el mayor costo en las operaciones del evaporador (Standiford, 1963). Como resultado, los diseos ms eficientes han ganado favor para instalaciones nuevas. 6.6.1 COSTO Y OPTIMIZACIN El costo de instalacin de un sistema de evaporacin de mltiple efecto suele estar relacionada con la transferencia de calor rea de evaporacin elevado a una potencia m (King, 1980): El costo instalado = KAm Am Am (6.42) 1 2 N Donde A es el rea de transferencia de calor del evaporador; m es una constante dependiendo del tipo de evaporador generalmente < 1; K es el costo por unidad de rea. El clculo de la cantidad ptima de efectos implica equilibrio entre operativo costos y gastos de bienes de capital. Los gastos de explotacin incluyen el costo de vapor y mantenimiento.

Bienes de equipo implica costo inicial del equipo y los gastos fijos anuales. Cuando las reas de transferencia de calor son los mismos para todos los efectos, la siguiente expresin simplificada Sion se puede utilizar para estimar los efectos nmero ptimo Costo Steam CsVT/ NE (6,43) Costo fijo CeNAm (6,44) Costo total CsVT C NAm (6.45) NE donde Cs es el costo de vapor de agua por kilogramo; VT es kilogramos totales de vapor; N es el nmero de efecto; E es la economa de vapor; Ce es el costo unidad de evaporador; Vs es kilogramos de vapor vivo. Diferenciando Ecuacin 6.44 e igualando a cero, podemos obtener los efectos nmero ptimo (Noptar) Noptar Cs/CeVsAm1/ 2 (6.46) En general, los efectos nmero ptimo aumentar con el costo de vapor, la transferencia de calor coeficientes, y las diferencias de temperatura y disminuirn con mayores costos del evaporador. La ecuacin anterior ya no es vlida cuando las reas de transferencia de calor de los efectos no son iguales. Como resultado, la determinacin del Nopt se convierte en un problema de optimizacin. Deben considerarse otros factores en el costo fijo como depreciacin y las tasas de inters. La determinacin del costo del vapor tambin debe tomar en cuenta el tipo de alimento utilizado, es decir, la economa de vapor de alimentacin hacia adelante generalmente se asume que es 10% menor que para alimentar al revs. Los vapores utilizados en la evaporacin se generan predominantemente mediante el uso de cualquiera de los aceites combustibles o gases naturales. Los costos de aumento de vapor con la subida de los precios de los combustibles (Rebeck, 1976). Ejemplo 7. CLCULO DEL COSTE DE VAPOR Costos de calderas - Bases y supuestos 560 kW caldera = $ 95,000.00 instalado incluyendo tuberas, losa, habitacin, etc. Combustible de la caldera = 3256 kJ / kg de agua evaporada Horas de funcionamiento anuales = 4.000 h / ao Mantenimiento y compuestos = $ 2,500.00 / ao Costos De Operacin Depreciacin $ 95.000 @ 5 aos 4.000 h / ao $ 4.75 / h Mantenimiento y compuestos $ 2500.00 / 4000 h $ 0.63 / h

Electricidad 18,8 kW $ 0,055 / kWh $ 1.03 / h Combustible (Bunker C) 6.800 kg / h 3130 kJ / kg $ 120 / m3 $ 63,85 / h 40000000 k3J / m Total $ 70,26 / h Costos de vapor 70.26$ / Hr 1000 $ 10.33 / kg de vapor 1000 6.800 kg / h No incluidos los salarios, impuestos, intereses, etc. 6.6.2 MTODOS PARA EL AHORRO DE ENERGA Muchos sistemas de evaporador existentes fueron diseados con la minimizacin de los costos de capital durante la era de los bajos costos de energa. Como consecuencia de la escalada de los precios del petrleo, una considerable econmica los beneficios pueden obtenerse en la mejora de los sistemas de evaporador existentes para reducir los costos de energa para la evaporacin. Hay tres reas generales para la modificacin de evaporadores existentes para la energa ahorros (Anon., 1977) 1. Ajuste fino evaporador existente. Estas mejoras de bajo de inversin no lo hacen cambiar el diseo bsico del evaporador (por ejemplo, mejoras en la ventilacin y adicionales aislamiento, mantenimiento mejorado y una mayor atencin a la prevencin o el agua fugas de vaco). 2. La modificacin de hardware auxiliar . Normalmente estos cambios de inversin moderada pueden ser autorizados a nivel de planta (por ejemplo, recuperacin de calor mejorada de condensados y flujos de producto). 3. Las principales modificaciones de hardware . Estos cambios de alta inversin normalmente requieren aprobacin a nivel corporativo (por ejemplo, la instalacin de efectos adicionales o aadir una vaporizacin unidad de recompresin). El ahorro de energa tpicos de diversos mtodos se muestran en la Tabla 6.8. La energa real el ahorro y la reduccin de costos de operacin dependern de las condiciones de operacin de la existente sistema de evaporador. 6.6.3 EFECTOS ECONMICOS DE AHORRO DE ENERGA Desde la crisis de energa en la dcada de 1970, han efectuado esfuerzos considerables en las industrias de procesamiento de alimentos para identificar principales operaciones unitarias

para el consumo de energa en las plantas procesadoras y encontrar formas de ahorro de energa. La evaporacin es una de las operaciones de la unidad de ms intensiva en energa utilizadas por el industria (Anon., 1977) de procesamiento de alimentos. Energa varias opciones de ahorro para evaporacin han sido evaluados y demostr. Se han reportado ejemplos concretos de ahorro de energa mediante la adicin de efecto y control automtico. Se determin que el consumo de energa en un evaporador de gusto 4-efecto, 7 etapas con una capacidad de evaporacin de 18.140 kg H2O/h, entre 836 y 1000 kJ/kg de agua evaporada. Mediante la adicin de un efecto, es decir, una etapa despus de la cuarta etapa, el consumo de energa se redujo a la gama de 565 a 640 kJ/kg de agua evaporada (Chen et al., 1979). FIGURA 6.11 Inversin y periodo de recuperacin para el control del ordenador de un ctricos TASTE 5-efecto evaporador (Datos de Chen, CS et al 1981, Trans Citrus Ing Conf Florida, Sec ASME, 27:...... 58-80) Tcnicas asistidas por ordenador se han aplicado en el control automtico de evaporadores para mejorar la eficiencia energtica de las operaciones del evaporador. Por ejemplo, el control tradicional sistema para los evaporadores TASTE de mltiple efecto consta de dos vlvulas de control neumticas, uno para control de vapor y la otra para controlar el flujo de zumo de alimentacin. Bajo la operacin manual del flujo de vapor se fija generalmente a presin constante y el flujo de alimentacin se ajusta manualmente de acuerdo a la concentracin de slidos deseada del producto (bomba de salida de valor Brix). El vapor de agua a presin atmosfrica vara con la altitud; la presin del vapor que sale del ltimo efecto est determinado por el agua de refrigeracin. Cuando el sistema est en funcionamiento, una distribucin de se establece la temperatura entre los efectos, y se alcanza un funcionamiento estable despus de un cierto tiempo transcurrido. Esta condicin de estado estacionario para producir la bomba de salida deseada es el objetivo de los operadores del evaporador. Desafortunadamente, el Brix de bombeo deseado puede aumentar o disminuir varios grados en pocos minutos sin necesidad de cambiar cualquier operacin ajustes debido a fluctuacin en alimentar Brix, alimentar, tasa de vapor o cambios en las condiciones ambientales, es decir, temperamento-atures, velocidad del viento, o lluvia cae, etc., pero cualquier intento de corregir la desviacin puede requerir varios cambios de velocidad de alimentacin y / o la velocidad de vapor por mtodos de ensayo y error. Desviacin prolongada del valor deseado puede resultar no slo en un producto fuera de especificacin, sino tambin en la prdida de energa til. La prdida de energa puede ser debido a un exceso de ventilacin de vapor a la atmsfera. El ahorro de energa se pueden lograr mediante la conversin manual para con- automtica asistida por ordenador trol. Se ha demostrado que las relaciones de la economa de vapor de un gusto evaporador de seis efectos fueron 4,63 y 4,94 para el manual y el control automtico, respectivamente, que muestran que la energa ahorros que pueden conseguirse mediante tcnicas de control automtico fueron aproximadamente 6,7% para este par-sistema par-. Reduccin del consumo de energa para la evaporacin depende de varios factores, tales como capacidad de evaporacin, el nmero de efectos, eficiencia de operacin, y las horas de operacin anuales. Ahorro de costes y retorno de la inversin dependen de los costos del sistema de control contra el costo de combustible y energa ahorros. Las estimaciones de inversin y amortizacin perodo para el control automtico de un cinco-efecto evaporador en 1980 se muestra en la Figura 6.11 (Chen et al., 1981).

NOMENCLATURA A, Ai rea de transferencia de calor del evaporador (m2) Aw La actividad de agua B, Bi, Tb Punto de ebullicin subida ( C) Ce Costo unitario del evaporador ($) Cs Costo de vapor por kg ($ / kg) C, Ci, Cp El calor especfico de alimentacin o concentrado (kJ / kg C) D Dimetro del tubo de transferencia de calor (m) E Economa Steam F, Fi El caudal de alimentacin (kg / h) H, Hi, H entalpa (kJ / kg) H Coeficiente de transferencia de calor (W / m2K) K Costo por rea de transferencia de calor de la unidad ($ / m2) Kv Una constante de punto de ebullicin subida (kg K / kg-mol) k La conductividad trmica (W / mK) L, Li Caudal de lquido (kg / h) Mj Fraccin de distribucin de vapor en etapas paralelas N, n Nmero de efectos P, p Presin (Pa) Q Tasa de transferencia de calor (kJ / h) Qi Tasa de calor para el precalentamiento (kJ / h) QRI Tasa de calor para recalentar (kJ / h) S Entropa (kJ / kg.K) T Temperatura; temperatura del lquido ( C) Ti Temperatura de ebullicin de lquido en las etapas 1 a n ( C) Ts La temperatura del vapor ( C) Tfo Temperatura de la alimentacin inicial ( C) Tfi Temperatura de alimentacin en la salida del precalentador ITH ( C) TR I Temperatura de alimentacin en la salida del recalentador ( C) T, Ui Coeficiente global de transferencia de calor para la etapa i-sima (W / m2/ C) V El total de agua retirado; tasa de evaporacin total (kg / h) Vo Tasa de vapor (kg / h) Vi Velocidad de flujo de vapor (kg / h) Vs Kilogramo de vapor vivo (kg) VT Kg totales de vapor (kg) W Trabajo de compresin por kg de vapor (kJ / kg) Xi Contenido de slidos ( Brix) Xs Fraccin en peso de slidos solubles; contenido de slidos ( Brix) Calor latente de vaporizacin (kJ / kg) El tiempo de residencia (h) Suma

ABREVIATURAS BPR Punto de ebullicin subida ( C) LMTD Diferencia de temperatura media logartmica ( C) P / H Precalentador R / H Recalentador Subndices b Ebullicin f Lquido i o j 1,2,3, ... n, Nmero de efectos o etapas o nmero precalentador; dentro m Significar o Inicial; vapor; fuera p Producto s Del lado del vapor; vapor; slidos solubles v Vapor Superndices * Precalentador ** Recalentador

Diseño y Rendimiento de Evaporadores y Tradcucido F

Documents

Transcript of Diseño y Rendimiento de Evaporadores y Tradcucido F