EVAPORACION EN UN INGENIO AZUCARERO

Ing. Ada Patricia Barturn Quispe

EVAPORACION

El Jugo claro que procede de los clarificadores poseeaproximadamente 85%agua y 15% de solidos. Con este proceso sebusca eliminar el agua para alcanzar un jarabe cuya composicinoscile alrededor de 58 62% de solidos.

Para este proceso se emplea un mltiple efecto que consiste entomar varios evaporadores y conectarlos de tal manera que laevaporacin producida en el primero sirva de vapor de calefaccin alsegundo evaporador y as sucesivamente, para lo cual es necesariodisminuir la presin de operacin en cada uno de estos en formasucesiva para que se produzca el gradiente en temperatura queproduce la evaporacin.

EVAPORACION DEL JUGO :Operaciones Bsicas en la Evaporacin

Esquema de Evaporacin de agua que contiene el jugo de caa

Evaporador Convencional

La circulacin Chapman aumenta un 25% la eficiencia

del evaporador

Esquema tpicode la salida deljarabe del ltimoefecto de losevaporadores

FORMACION DE INCRUSTACIONES Y REMOCION Desde el punto de vista de la economa del vapor, es necesario

mantener los coeficientes de transferencia de calor en los nivelesms altos posibles.

Por lo tanto la formacin de incrustacin es altamente indeseable.

La formacin de incrustaciones en calentadores y calandriasdepende de la calidad de la caa procesada y de la eficiencia de lapurificacin del jugo.

Como ayuda en el proceso, polielectrolitos son aplicados en algunasfbricas para prevenir la formacin de incrustaciones sobre lassuperficies de calor.

Para la remocin de las incrustaciones existen diferentes mtodos :qumicos y fsicos.

EVAPORACION DEL JUGO

El calor devaporizacin delagua normalmentese requiere en losclculos de unevaporador y est enel rango de 2200 a2370 KJ/kg

EVAPORACION DEL JUGO

Variacin del HTCen funcin delnivel de jugo en lacalandria.

EVAPORACION EN MULTIPLE EFECTO

El punto deebullicin delagua decrececuando la presindecrece.

EVAPORACION DEL JUGO

El evaporador enmltiple efectosigue el principioque se muestra.

EVAPORACION DEL JUGO

LIMITE DE TEMPERATURA

Considerar los limites de temperatura para un evaporador de mltipleefecto es muy importante.

Desde el punto de vista terico la temperatura mas alta es aquella enla cual se descompone la sacarosa, es decir 130C. La temperaturamas baja depende del vaco alcanzado en el ltimo cuerpo, si este esde 12 14kPa la temperatura de ebullicin sera 49 a 53C.

EVAPORACION DEL JUGO Los valores anteriores da un rango terico de 130-49=81C.

Bajo los dos criterios anteriores, debemos tener en cuenta dospuntos :

a) Sera peligroso asumir temperaturas por encima de 130C y comomedida preventiva se recomienda mximo 121C.

b) Niveles de alto vaco incrementan los arrastres.

c) Bajas temperaturas de los jarabes no son deseables para alimentarel tacho, porque se disminuyen los coeficientes de transferencia decalor por efecto de la viscosidad debido a la baja temperatura.

d) Un valor de 55C es deseable como limite inferior de temperatura,indicando que el rango real seria 121.55=66C

TOMAS DE VAPOR

En el caso mas simple, todos los cuerpos en un mltiple efectopueden ser del mismo tamao y cada uno de ellos puede suministrarvapor al cuerpo siguiente.

Si las tomas de vapor se usan para calentar el jugo y para los tachos,esto se traduce en economa de vapor. Si la toma se hace en elltimo cuerpo la economa es completa ya que este vapor es prdidototalmente.

CONSIDERACIONES IMPORTANTES

La evaporacin es una etapa muy importante en la fabricacin delazcar, esta operacin se lleva al mximo tratando de dejar al lquidomadre solo el espacio libre entre los cristales. A la mezcla obtenida,cristales solidos y licor madre viscoso se le da el nombre de masacocida.

La concentracin se realiza en dos etapas :

La evaporacin propiamente dicha se da del jugo al jarabe.

El cocimiento empieza justamente antes de que los granosaparezcan en el jarabe y que continan hasta la concentracinmxima.

CONSIDERACIONES IMPORTANTES

En las fbricas dependiendo de sus parmetros de operacin el jugoclarificado pasa a los pre-calentadores para calentarlo a unatemperatura de 105C, luego pasa a un pre-evaporador a unatemperatura de 115C, luego el jugo pasa a los evaporadores,obtenindose un jarabe de 66Bx que sale del cuarto efecto.

El vapor utilizado para el calentamiento en los pre-calentadoresproviene del pre-evaporador a 115C.

CONSIDERACIONES IMPORTANTES

La concentracin del jugo se verifica a baja temperatura para evitarla caramelizacin e inversin de la sacarosa que se producira atemperaturas elevadas.

Calentando el jugo al vaco, disminuye la presin que sobre el acta ycon ello su punto de ebullicin, por lo tanto se extraen los gases ovapores que se forman al calentarlo, se puede evaporar con rapidez auna temperatura relativamente baja.

La concentracin del jugo al vaco se realiza por medio de unabomba de aire que extrae los gases y vapores producidos paramantener baja presin sobre la superficie del lquido en los distintoscuerpos del evaporador.

CONSIDERACIONES IMPORTANTES

Teniendo en cuenta que lquidos como jugos de caa, tienen unadensidad superior a la unidad, hierven a una temperatura superior ala de sus vapores.

El punto de cristalizacin del jugo de caa se encuentra entre 70 y 80Bx.

En la prctica los tacheros tienen necesidad de una meladura capazde disolver cristales, para el caso en que se formen granos falsos alprincipio de la templa.

CONSIDERACIONES IMPORTANTES En todo evaporador, recipiente o calentador, la resistencia al flujo de

calor se compone de tres parte diferentes : la resistencia que oponela pelcula de vapor, la que opone el metal y la que opone la pelculadel liquido.

La evaporacin en la superficie del liquido tiende a aumentar si se leaplica vapor hasta llegar a formarse burbujas en el interior delliquido, estas suben a la superficie y salen a la atmsfera.

La Resistencia de la pelcula de vapor es la resistencia a la entrada decalor hacia la superficie de los tubos de metal, se entiende que estorepresenta el impedimento que ofrece la pelcula de agua existentedebida a la condensacin del vapor. Esto se agrava si los tubos estncorrodos o si se han formado depsitos de caliche, ya que estoaumenta el espesor de la pelcula de agua.

CONSIDERACIONES IMPORTANTES

Es inevitable la acumulacin de gases incondensables en loscompartimientos de vapor de los evaporadores. Parte de estosgases lo constituye el aire que ha entrado en el sistema de vaco atravs de alguna junta, vlvula, etc.

El gas de cualquier fuente que proceda se acumula y tiene que serextrado continuamente por medio de tuberas de salidadebidamente situadas que finalmente descargan a loscondensadores. Los gases incondensables atacan los tubos yestorban la transmisin eficiente de calor.

CONSIDERACIONES IMPORTANTES

Existen placas de desviacin (diafragma o mmparas), estas placasconectan las placas superiores con las inferiores, se disponen de talforma que dirigen el vapor hacia un punto en el cual se puedenextraer los incondensables. El amoniaco es mas ligero que el vapor ytiende a subir mientras el aire y co2 son mas pesados y tiendenacumulare en la parte inferior.

En cuanto a la temperatura del vapor, si el vapor se produce unrecipiente cerrado su previsin ser proporcional a la temperatura deebullicin del agua, cuando se ha alcanzado este punto fijo no seproduce mas evaporacin mientras no aumenta la temperatura,pus en este caso la presin crecer proporcionalmente, cuando elvapor ha alcanzado este estado se denomina vapor saturado

CONSIDERACIONES IMPORTANTES

Esta presin correspondiente a una presin fija de agua deebullicin, contiene cierta cantidad de agua en forma vapor y elaumento de presin produce la condensacin de una parte de vaporhasta alcanzar el punto de saturacin correspondiente a la nuevapresin y temperatura.

Si el vapor saturado se encierra y se calienta, estar en condicionesde absorber mas calor, siempre que aumente la temperatura y nosiga la relacin con la presin, las propiedades de este vaporrecalentado son similares a las de los gases, la propiedad masimportante y que constituye el principal valor econmico del vaporrecalentado es que se condensa mas lentamente que el vaporsaturado.

CONSIDERACIONES IMPORTANTES

Por lo tanto las fbricas donde se utiliza vapor recalentadoaprovecha el calor de los gases del hogar, se evita la condensacin devapor en los tubos de conduccin de vapor, obtenindose graneconoma en este aspecto.

La resistencia de la pelcula del liquido es el mayor impedimento alflujo de calor, ocurre del lado de la superficie por el cual est elliquido. No es cuestin de la pelcula del liquido, sino del total de laserie de reacciones fsicas que estn involucradas.

PRINCIPIOS BASICOS DEL MULTIPLE EFECTO

Un equipo de evaporacin consiste en dos espacios cerrados,separados por una divisin metlica en forma de tubos serpentines oplacas y cuyas paredes se les llama superficie de calefaccin.

En uno delos espacios entra el vapor a temperatura y presin fija enel que se condensa liberando calor latente y en el otro espacio unasolucin a temperatura y presin menores que absorba el calorliberado por la condensacin del vapor; en un lado se obtiene vaporque se condensa en agua y en el otro lado agua que se evaporatransformada en vapor.

PRINCIPIOS BASICOS DEL MULTIPLE EFECTO

La velocidad de flujo a travs de la superficie de calefaccin esproporcional a la diferencia de temperatura existente en el vapor queest en un lado y el lquido de ebullicin que est en el otro.

Si la temperatura de la solucin entra en el evaporador a unatemperatura mas alta que el punto de ebullicin, se producir unFlash o evaporacin espontnea o auto evaporacin; este flashtambin se produce por el aumento de la presin de vaco por unaumento del nivel del jugo y la cantidad de calor requerido paraevaporar una libra de agua.

PRINCIPIOS BASICOS DEL MULTIPLE EFECTO

Pre-evaporacin : Es de un simple efecto que trabaja antes delmultiple efecto. El pre evaporador es importante desde un puntode vista econmico, porque el vapor que sale al evaporar el jugo seutiliza para los calentadores de jugo clarificado.

PRINCIPIOS BASICOS DEL MULTIPLE EFECTO

Evaporacin:

Se realiza en un efecto que es de forma vertical cerrado, en la parteinferior con un fondo cnico; con un manhold de 50 cm, mirillas paraobservacin y abertura para pase de las tuberas de alimentacin deljugo y vapor; para extraccin de condensado y salida de gases de lacalandria.

La calandria es de forma cilndrica de cuatro a seis pies de altura, conplacas superior e inferior en donde estn insertados un sinnmero detubos que generalmente son de cobre, en el centro se encuentra untubo central, constituyendo todo el conjunto de la superficie decalefaccin.

PRINCIPIOS BASICOS DEL MULTIPLE EFECTO

Evaporacin:

En la calandria el jugo debe cubrir su superficie calrica con lafinalidad de que esta sea bien aprovechada, pero la altura del jugo nodebe sobrepasar la altura de los tubos verticales, porque el volumendel liquido excedente reduce considerablemente la capacidad osuperficie de evaporacin.

Todos los cuerpos o evaporadores deben trabajar a 1/3 de la altura dela calandria y esto se logra por medio de tubos igualadores de nivel,denominados sifones baromtricos que son unas botellas quemantienen el nivel del lquido en el interior de los cuerpos, por lo cualen este sistema de denomina niveladores de botella.

PRINCIPIOS BASICOS DEL MULTIPLE EFECTO

Evaporacin:

En la parte superior se encuentra el domo o cubierta superior con unseparador de gases para atrapar las gotas de jugo que pueda arrastrala corriente de vapor, el principio operante es el cambio de direccin,este cambio hace que las gotas de lquido arrastradas por lacorriente de vapor se desven, salindose de la lnea de movimientode vapores, si al hacerlo chocan con una superficie mojada, sepueden recuperar y devolver al evaporador.

El vapor que sale para pasar a la calandria del siguiente efecto y elseparador del siguiente efecto est conectado al condensador endonde el vapor producido en este cuerpo es arrastrado por el aguadel condensador.

PRINCIPIOS BASICOS DEL MULTIPLE EFECTO

Evaporacin:

El aire se extrae del condensador por medio de una bomba de vaco,el vaco se mantiene con el uso de agua fra de inyeccin.

En la fbrica la altura del jugo de la calandria se mide por medio deun nivel y se controla a travs de vlvulas.

PRINCIPIOS BASICOS DEL MULTIPLE EFECTO

Sistemas de condensados:

El primer cuerpo (pre-evaporador) recibe la presin de vapor deescape, el cual es condensado en la calandria del mencionado cuerpoy, en los otros cuerpos, se condensa el vapor producido por laevaporacin del jugo, las calandrias funcionan como condensadoresde superficie cuyo liquido condensante es el propio jugo queprogresivamente va aumentando de concentracin por la propiaevaporacin, el cual circula por el interior de los tubos y el vapor vapor el exterior de estos de donde es extrada el agua condensada pormedio de una bomba de condensados, esta agua condensada esllevada a los tanques de almacenamiento (tanques negros), estaagua sirve como agua de alimentacin de calderos.

PRINCIPIOS BASICOS DEL MULTIPLE EFECTO

Equipos de vaco:

El mltiple efecto y los tachos deben contar con un apropiado equipode vaco. El vapor producido en el ultimo efecto se condensa en elcondensador baromtrico, en el cual se inyecta agua a temperaturaambiente, la que en contacto con los vapores del ltimo efecto loenfra y condensa.

El vaco se produce en un recipiente cerrado llamado condensadorpor medio de una bomba de vaco. El condensador se comunica conel cuerpo que debe quedar vaco. Por medio de una bomba, semanda agua fra al condensador para condensar el vapor que sale delos tachos o del mltiple efecto. El condensador se coloca a unaaltura suficiente, para que el agua despus de condensar, escurra porgravedad junto con el vapor condensado.

PRINCIPIOS BASICOS DEL MULTIPLE EFECTOEquipos de vaco:

El condensador es entonces, una cmara baromtrica alargada en subase por medio de una columna baromtrica que desahoga a laatmosfera y dentro de un pozo profundo.

Como el vaco se acerca a un vaco perfecto en un 10% y el liquidobaromtrico es agua y no mercurio, la altura tiene que ser del ordende los 11 metros, ya que la presin baromtrica se equilibra con unacolumna de 76 mmHg, pero como el agua es 13,6 veces menosdensa que el mercurio entonces : 13,6*0,76m= 10,33 metros.

Si no se dispone de agua fra en cantidad suficiente, el agua calienteque sale de la columna, se bombea a una cancha de enfriamiento dela cual regresa al condensador a menor temperatura, completandoun ciclo.

PRINCIPIOS BASICOS DEL MULTIPLE EFECTO

Valores habituales de vaco:

Industrialmente es posible tener altos vacos, mayores de 75 cm parauna presin baromtrica de 76. Pero en la fabricacin de azcar decaa, el vaco necesario esta entre 60 y 68 cm.

El vaco solo se puede mantener evacuando constantemente el airemezclado al vapor, que entra a los vasos y tuberas por las fallas quehubieran. Si el aire no se expulsa se acumula rpidamente y hacecaer el vaco.