Evaporacion Clarificador Jarabe

Chiclayo, 23 de Noviembre del 2008

Ingenieros Qumicos Asociados S.A.C.

EVAPORACIONEl jugo claro que procede de los clarificadores posee aproximadamente 85% de agua y 15% de slidos. Con este proceso buscamos eliminar el agua para alcanzar un jarabe cuya composicin oscile alrededor de 58 -62 % de slidos..Para este proceso empleamos un mltiple efecto, que consiste en tomar varios evaporadores y conectarlos de tal manera que la evaporacin producida en el primero sirva de vapor de calefaccin al segundo evaporador y as sucesivamente, para lo cual es necesario disminuir la presin de operacin en cada uno de estos en forma sucesiva para que se produzca el gradiente en temperatura que produce la evaporacin.


EVAPORADORES EN SXTUPLE EFECTO.Escribir aqu la identificacin de los clculos.

0.0 t/h 0.0 t/h 0.0 t/h 0.0 t/h 0.0 t/h

12.5 t/h 12.5 t/h 12.5 t/h 12.5 t/h 12.5 t/h 12.5 t/h

12.5 t/h 12.5 t/h 12.5 t/h 12.5 t/h 12.5 t/h

12.5

t/h

vapor escape

jugo meladura

100.0 t/h 87.5 t/h 75.0 t/h 62.5 t/h 50.0 t/h 37.5 t/h 25.0 t/h

15.00 brix 17.14 brix 20.00 brix 24.00 brix 30.00 brix 40.00 brix 60.00 brix

75.0 t/h agua evaporada

12.5 t/h vapor al condensador

1 2 3 64 5


EVAPORACIN DEL JUGO

OPERACIONES BSICAS EN LA EVAPORACIN.


Esquema de la evaporacin del agua que contiene el jugo de caa


Evaporador convencionalIngenieros Qumicos Asociados S.A.C.

La circulacin Chapman

aumenta un 25% la eficiencia del

evaporador.


Esquema tpico de la salida del jarabe del ltimo efecto de los evaporadores


FORMACIN DE INCRUSTACIONES Y REMOCIN

Desde el punto de vista de la economa del vapor, es necesario mantener los coeficientes de transferencia de calor en los niveles ms altos posibles. Por lo tanto la formacin de incrustacin es altamente indeseable.La formacin de incrustaciones en calentadores y calandrias depende de la calidad de la caa procesada y de la eficiencia de la purificacin del jugo.

Como ayuda en el proceso, polielectrolitos son aplicados en algunas fbricas para prevenir la formacin de incrustaciones sobre las superficies de calor.

Para la remocin de las incrustaciones existen diferente mtodos: qumicos y mecnicos.


EVAPORACIN DEL JUGO

El calor de vaporizacin del agua normalmente se requiere en los clculos de un evaporador y est en el rango de 2200 a 2370

kJ/kg.Ingenieros Qumicos Asociados S.A.C.

VARIACIN DEL HTC EN FUNCIN DEL NIVEL DE JUGO EN LA CALANDRIA-GRFICO


EVAPORACIN EN MLTIPLE EFECTO

El punto de ebullicin del agua decrece cuando la presin decrece. La relacin se indica en la siguiente grfica:


EVAPORACIN DEL JUGO

El evaporador en mltiple efecto sigue el principio que se muestra en la grfica siguiente:


EVAPORACIN DEL JUGO

LIMITES DE TEMPERATURA.

Considerar los lmites de temperatura para un evaporador de mltiple efecto es muy importante. Desde el punto de vista terico la temperatura ms alta es aquella en la cual se descompone la sacarosa, es decir, 130 C. La temperatura ms baja depende del vaco alcanzado en el ultimo cuerpo, si ste es de 12-14 kPa la temperatura de ebullicin sera 49 a 53 C.


EVAPORACIN DEL JUGO

Los valores anteriores da un rango terico de 130-49=81 C. Bajo los dos criterios anteriores , debemos tener en cuenta dos puntos:

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

b)Niveles de alto vaco incrementan los arrastres.


EVAPORACIN DEL JUGO

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

d) Un valor de 55 C es deseable como lmite inferior de temperatura, indicando que el rango real sera 121-55= 66.


EVAPORACIN DEL JUGO

TOMAS DE VAPOR.

En el caso ms simple, todos los cuerpos en un mltiple efecto pueden ser del mismo tamao y cada uno de ellos puede suministrar vapor 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 el ltimo cuerpo la economa es competa ya que este vapor es perdido totalmente.


EVAPORACIN DEL JUGO

Si la toma de vapor se hace con vapor de ms bajatemperatura que el de escape, se requiere un rea msgrande. Obviamente, el vapor no podr elevar latemperatura del material por encima de la de l mismo.Tericamente las tomas de vapor se pueden hacer decualquier cuerpo pero es comn hacerlo del primer efecto(tomando el nombre de vapor 1 o V1) y del segundo(tomando el nombre de vapor 2 o V2).


CLCULO TERICO DE LA ECONOMA DE VAPOR

Todos los clculos indicados hacen referencia al cudruple efecto con tomas de vapor que se muestra en la grfica

siguiente:


EVAPORACIN DEL JUGO

En general para un mltiple efecto la economa de vapor es:

e=1/nP1+2/nP2+3/nP3+.p/nPp+..((n-1)/n)Pn-1+Pn

n= Nmero de efectos.

p=Toma de vapor en efecto No p.

P= toma de vapor.


EVAPORACIN DEL JUGO

En otras palabras lo que esto significa es: que cuando setiene disponible un mltiple efecto de n efectos y serequiera hacer calentamiento en la fbrica, se puedesustituir vapor de escape por toma de vapor del efecto p loque traduce en economa de vapor igual a la fraccin p/n dela cantidad de calor consumida por ese calentamiento.

Generalmente las tomas se hacen del primero y segundoefecto, y en el caso de un cudruple, la economa de vaporsera:

e=1/nP1+2/nP2


EVAPORACIN DEL JUGO

CONDENSADOS.

El vapor transmite calor que corresponde al calor latente de vaporizacin (entalpa de vaporizacin). Todo el vapor usado se transformar en lquido y se denomina condensado. Este condensado contiene energa y se puede recuperar.


EVAPORACIN DEL JUGO

GASES INCONDENSABLES.

El vapor que entra a las calandrias contiene aire y otros gases. Esto tiene su origen en los gases disueltos en el jugo. Las posibles entradas de aire en los vasos tambin originan gases incondensables. Si estos gases no se renueven el evaporador se parar y un tercero o cuarto efecto lo har en cuestin de minutos.

Debe tenerse en cuenta que un poco de aire en la calandria bajar significativamente la temperatura del vapor.


EVAPORACIN DEL JUGO.

SISTEMA DE VACO

Para el evaporador, un sistema de vaco tpico es el siguiente:



CONDENSADORES

El condensador es un equipo en el cual el vapor se condensa en contacto con el agua fra. En la industria del azcar se usan los condensadores de contacto. En este sistema el vapor se condensa por contacto directo con el agua fra. Este tipo de equipo es eficiente y a un costo razonable.

Se clasifican en paralelo y en contracorriente (el vapor en sentido contrario al agua de enfriamiento), siendo este ltimo ms eficiente. La nica ventaja de un condensador en paralelo es la simplicidad en el diseo y de all su bajo costo de construccin.



CONDENSADORES

La cantidad de agua de entrada por kilogramo de vapor se puede calcular as:

W=(624-t2)/(t2-t1)

El grfico asociado es el siguiente:


CLCULO DEL AGUA AL CONDENSADOR BAROMTRICO-GRFICO ASOCIADO.


LA QUMICA DE LA EVAPORACIN.

Aunque la evaporacin es un problema esencialmente de transferencia de calor, existen una serie de procesos qumicos que se llevan a cabo durante sta. Estos son:

Cambios qumicos debido al proceso de concentracin.

La descomposicin de la fructosa y glucosa.

La inversin de la sacarosa.

La qumica de los condensados.


CAMBIOS QUMICOS DEBIDO AL PROCESO DE CONCENTRACIN.

Cuando el jugo claro pasa 13% brix a jarabe de 65% brix, se remueven grandes cantidades de agua, equivalentes al 92%.

Lo anterior trae como consecuencia la concentracin de muchas especies qumicas hasta que ocurre la precipitacin.

Un segundo efecto se debe a la concentracin de la sacarosa que induce a la precipitacin de un nmero de compuestos.

Finalmente hay un efecto de la temperatura ya que el jugo se expone relativamente a altas temperaturas por perodos no despreciables.


CAMBIOS QUMICOS DEBIDO AL PROCESO DE CONCENTRACIN.

El efecto del brix sobre la solubilidad puede ser considerable. El sulfato de calcio a 50 C, tiene una solubilidad de 1400 mg/l de una solucin de 20 brix, a un brix de 60 la solubilidad decrece a 400 mg/l. Similarmente sucede con la slice, a 60 C tiene una solubilidad de 0,023%(masa/masa de solucin) en una solucin de 10 Brix, la cual decrece a 0,020 a 60 brix.



OBSERVACIONES

a) Cuando el jarabe o meladura se diluye al brix del jugo claro, la turbidez normalmente es ms alta que la del jugo claro.

b) Aquellas sustancias que son ms solubles se ha encontrado que precipitan en los ltimos vasos.



c) Los componentes presentes a bajas concentraciones en el jugo claro precipitan en los ltimos vasos.

Alto brix del jarabe tiende a asociarse con ms incrustacin en el evaporador.

d) El pH puede tener un marcado efecto sobre la solubilidad de algunas especies. Estos ocurren por las reacciones qumicas y por la remocin de amonio en la evaporacin del jugo.

Se puede concluir que el factor de concentracin tiene gran impacto en la formacin de incrustacin, aunque no es el nico si es muy importante.



El efecto de la temperatura se investig a pH de 5,95, brix de 22 y t=5minutos, los cuales se indican en la figura junto con el efecto del brix.


EVAPORACIN DEL JUGO

CONCENTRACIN EN EL CONDENSADO DEL CIDO ACTICO.


EVAPORACIN DEL JUGO

PRDIDAS ASOCIADAS EN EVAPORADORES

Pueden ocurrir por:

a)Altas temperaturas.

b)Circulacin del jugo.

c) Inversin.

Con la acidez normal del jugo que circula en el evaporador a mltiple efecto, las prdidas de sacarosa por inversin pueden ser 0,1% por hora a 120 C (248 F).


EVAPORACIN DEL JUGO

PRDIDAS ASOCIADAS EN EVAPORADORES

A temperaturas ms altas, las prdidas aumentan rpidamente. Una prdida de sacarosa de 0,050% en jugo, representa 0,007% en caa y es equivalente a 7 toneladas de azcar por 100000 toneladas de caa.

Claassen evalu las prdidas por inversin de la sacarosa que pueden ocurrir en un evaporador cuando es operado a altas temperaturas.


EVAPORACIN DEL JUGO

PRDIDAS POR INVERSIN SEGN CLAASSEN.

CUERPO PRDIDAS % SACAROSA

EN JUGO

1 0,02

2 0,015

3 0,01

4 0,005

TOTAL 0,05

Las prdidas reportadas fueron las siguientes:


EVAPORACIN DEL JUGO

Contaminacin de los condensados. Tiempo de retencin. Vaco bajo. Niveles de jugo. Arrastres.


EVAPORACIN DEL JUGO

A medida que el vaco aumenta el peligro que representan estas pruebas es mayor. A pesar del uso de separadores de arrastres en los evaporadores, cuando estos no son diseados correctamente o no se mantienen en condiciones eficientes los arrastres en el ultimo cuerpo pueden ser de gran magnitud.

En pruebas realizadas por Noel Deer, encontr que las prdidas por arrastre pueden llegar al 3% del jugo en el evaporador sin separadores y que puede descender a 0,1% si estos aparatos se instalan y operan correctamente.


EVAPORACIN DEL JUGO

PRDIDAS DE AZCAR POR ARRASTRES

CONDICIN Libras de azcar perdida por hora

Antes de la instalacin del separador Webre 240

Depues de la instalacin del separador Webre 60

Despues de la instalacin del control de vaco. 20

Depues de la instalacin del control de niveles 10


EVAPORACIN DEL JUGO

Claire, en Australia, en estudios realizados sobre las prdidas de azcar por arrastres en el ltimo cuerpo del evaporador hacia el agua de los condensadores, reporta que estas fueron del orden de 16,5 libras de azcar por hora como promedio.

Keller, en un programa de investigacin en cooperacin y patrocinado por varios ingenios de Louisiana, report que algunas estaban perdiendo 2000 dlares diarios en el agua de inyeccin de los condensadores.


EVAPORACIN DEL JUGO

Prdidas durante la limpieza y liquidacin.

Salideros o leaks.

Tanques de jarabe.

Estas ocurren por: tiempo de retencin muy largo, niveles altos todo el tiempo, no se liquidan peridicamente y se limpian con agua caliente, por derrames y salideros en vlvulas y tuberas.


EVAPORACIN DEL JUGO

DEFINICIONES E NDICES BSICOS ASOCIADOS A LA EVAPORACIN Y SU INTERPRETACIN

% DE EVAPORACIN

Se calcula as:

% EVAP=(Brix entrada-Brix salida)/(Brix salida)*100

DIFERENCIAL DE PRESIONES

En un cruduple efecto el diferencial de presiones debe ser como sigue:

CUERPO DIFERENCIA

PRESIN (PSIG)

1 5,5-6,3

2 5,5-6,1

1 5,5-5,4

1 5,5-5,2

TOTAL 22,0-23,0 Ingenieros Qumicos Asociados S.A.C.

EVAPORACIN DEL JUGO

DIFERENCIAL DE TEMPERATURAS

Como gua se presenta la siguiente tabla que indica la relacin entre la presin y la temperatura de los vapores:

PRESIN TEMEPRATURA oF.

10 psig 239,4

5 psig 227,4

4 psig 224,5

2 psig 218,5

4 pulg Hg 204,9

10 pulg Hg 192,2

16 pulg Hg 175,9

20 pulg Hg 161,4

24 pulg Hg 140,7

26 pulg Hg 125,3

27 pulg Hg 114,9

RELACIN ENTRE PRESIN Y

TEMPERATURA DE VAPORES


EVAPORACIN DEL JUGO

DISTRIBUCIN DE TEMPERATURA Y PRESIN EN UN CUADRUPLE.

CUERPO PRESIN BRIX T oF. T oC.

O VACO SALIDA EBULLICIN EBULLICIN

1 3,5 psig 19 224 107

2 4 pulg Hg 25 206,5 97

3 15 pulg Hg 36 181,5 83

4 26 pulg Hg 70 135 57

CUADRUPLE EFECTO- DISTRIBUCIN

DE PRESIN Y TEMPERATURA EN FUNCIN DEL BRIX


Salidas gases incondensables

Salidas aguas condensadas

VaporTubo central sellado Chapman

EVAPORADORES ROBERTS

Vapor


RETIROS DE CONDENSADOS POR SIFONES Y FLASHS

Observar las

alturas de

los sifonesDELTA


EVAPORADORES MULTICALANDRIAS

SO JOO (DEDINI)


LIMPIEZA EVAPORADORES MULTICALANDRIAS

SO JOO (DEDINI)


MLTIPLES CALANDRIAS


CLARIFICACION DE JARABE

Proceso empleado en la mayor parte de fbricas productorasde azcar blanco directo. El objetivo es disminuir el color y lasimpurezas que acompaan al jarabe, disminuyendo el color yaumentando la filtrabilidad del azcar.

Principios bsicos:El jarabe que sale de evaporadores contiene buena parte deimpurezas.Para eliminar esas impurezas se les retira ocluyndolas enflculos de sulfito de calcio, y fosfato triclcico. Como stosson muy pesados, se emplea el proceso de flotacin,disminuyendo la densidad de los flculos colocando burbujasde aire en los mismos, y aglomerndolos con floculante.


CLARIFICACION DE JARABE

En este proceso se disminuye al mximo la turbidez deljarabe, por lo menos 50%, consiguiendo adicionalmentedisminuir un 20% del color. Adems se obtiene unareduccin de viscosidad en aprox. 20%, y una disminucinde cenizas en el jarabe tratado.Si pretendemos disminuir un mayor ndice del colordebemos aplicar algunos elementos que ayuden a este fin.stos generalmente aumentan el costo de operacin, ymuchas veces los resultados econmicos no soncompensados.


Salida deespuma

Canal deespuma

Salida de jarabeclarificado

Alimentacin


Esquema tpico de la clarificacin de jarabe


Aditivos para la clarificacin del jarabe

Desempeo promedio esperado del sistema de flotacin de jarabe


Vis

cosi

dad

, cp

sTemperatura = 60C

JarabeCrudo

Jarabe clarificado

Variacin de la viscosidad con el tratamiento del jarabe


Temperatura, C

Vis

cosi

dad

, cp

s

Variacin de la viscosidad del jarabe con la temperatura


Evaporacion Clarificador Jarabe

Documents

Transcript of Evaporacion Clarificador Jarabe