Evaporación:

Tras separar el sulfato cálcico del ácido cítrico quedará una disolución de baja concentración de éste debido a la gran cantidad de agua usada durante la separación. Antes de proceder a cristalizar el producto se hace necesario concentrarlo para que, posteriormente, puedan formarse los cristales. El objetivo será alcanzar una concentración en ácido cítrico en torno al 67%, que es la que se utiliza en la industria como alimentación del cristalizador, partiendo de una concentración aproximada del 10% obtenida tras la reacción de descomposición del citrato cálcico.

Para esta tarea la opción más empleada industrialmente es la evaporación, que consiste en la separación de un disolvente volátil de un soluto no volátil por vaporización del disolvente, agua en este caso. El calor necesario lo aportará un vapor condensante procedente de la caldera.

Existen varios tipos de evaporadores en el mercado, la elección de uno u otro vendrá determinada por una serie de consideraciones:

Concentración de la alimentación: debido a la baja concentración de la corriente de alimentación objetiva, la viscosidad será muy similar a la del agua lo que dará coeficientes de transferencia de calor bastante altos. Se debe elegir un tipo de evaporador en el que el líquido circule a alta velocidad o con alta turbulencia ya que al evaporarse se pierde transferencia de calor al aumentar la viscosidad por aumento de la concentración.

Solubilidad: mientras avanza la evaporación la concentración del líquido va aumentando y se puede alcanzar el límite de solubilidad y darse precipitación. Como la solubilidad aumenta con la temperatura, ésta debe permanecer elevada dentro del evaporador.

Descomposición térmica: el producto puede descomponerse si sufre un cambio brusco de temperatura o un calentamiento prolongado, de manera que el evaporador debe garantizar un corto tiempo de residencia del líquido para minimizar este efecto. Tanto este factor como el del anterior punto pueden dar lugar a incrustaciones que disminuyan el coeficiente de transferencia de calor, por lo que la limpieza del aparato adquiere más importancia.

Presión y temperatura: a menor presión o vacío en el evaporador, menor será el punto de ebullición, que además irá aumentando conforme aumente la concentración, lo que se conoce como elevación del punto de ebullición. Para la disolución que se está tratando esta elevación se puede despreciar.

Se ha elegido un evaporador de tipo película descendente, que es, por otra parte, el más común en la industria de la alimentación. Las razones de esta elección son las siguientes:

� Evaporación poco agresiva con cortos tiempos de residencia, minimizando así la descomposición térmica del producto.

� Alta eficiencia energética debido a la distribución tubular y la posibilidad de acoplar múltiples efectos.

� Son de fácil manejo y se ajustan rápidamente a variaciones de las condiciones del proceso, facilitando la obtención de un concentrado uniforme. Tienen, generalmente, un arranque rápido y fácil.

� Dan una gran facilidad de limpieza, ya que una vez acabado el proceso se pueden configurar rápidamente en modo limpieza, de forma que ésta coincida con las paradas, ahorrando tiempo y manteniendo el equipo en estado óptimo. La limpieza es muy importante para mantener el coeficiente de transferencia de calor del equipo en su valor real.

El evaporador de película descendente está formado por un intercambiador de calor de tubos verticales y un separador de fases. La alimentación se introduce por la parte superior y se distribuye homogéneamente por el interior de los tubos generándose una película descendente igual para todos los tubos.

La distribución uniforme es crucial, ya que si hay tubos con mojado insuficiente aparecen problemas de rendimiento y ensuciamiento. Dentro de los tubos el producto cae y se evapora parcialmente cayendo el concentrado por la parte inferior del evaporador, mientras que el vapor condensado se envía o bien a un condensador o bien como vapor vivo a otro evaporador.

Configuración del evaporador:

Para un evaporador de simple efecto, y si la alimentación entra a la temperatura de ebullición, con un kilogramo de vapor vivo se obtiene un kilogramo de agua evaporada. Pero si el evaporador es de doble efecto, por cada kilogramo de vapor vivo se obtiene un kilogramo de agua evaporada por cada efecto, esto quiere decir que a mayor número de efectos mejor rendimiento se obtiene del vapor utilizado.

Sin embargo, un número de efectos mayor acarrea también un mayor coste de inmovilizado y de control. Para este caso, la solución más usual industrialmente es un doble efecto, por lo que se usará esta configuración.

Existen varios sistemas de alimentación al evaporador, estos son:

Alimentación directa: la dirección del vapor y del líquido de alimentación coinciden y el condensado circula a presiones decrecientes.

Contracorriente: la dirección de la alimentación es opuesta a la del vapor vivo, la alimentación entra al último efecto.

Paralelo: la alimentación entra simultáneamente a todos los efectos.

Aunque la alimentación en contracorriente da mejores resultados de transferencia de calor y eficiencia energética, disminuyendo el área de transferencia necesaria, se ha de bombear la corriente de un efecto a otro, lo que acarrea un inmovilizado mayor. Se ha optado por una alimentación directa que, además, es más respetuosa con el producto.

Por último, la alimentación entrará a 40ºC, no entrará a la temperatura de ebullición, ya que, aunque se ahorre en área de transferencia, habría que introducir un intercambiador de calor para aumentar la temperatura de la alimentación hasta cerca de su ebullición, aumentando el coste y control del inmovilizado.