vaporador de película descendente (FF)

Principio de operación

En un evaporador de película descendente, la solución a evaporar fluye rápidamente como una fina película hacia abajo y hacia dentro de la pared del tubo vertical. La vaporización se produce dentro de los tubos por el calentamiento externo de los tubos. El evaporado fluye hacia abajo en paralelo al flujo líquido. El evaporado y el líquido concentrado se separan en la cámara inferior de la calandria y en el cabezal de vapor, donde el vapor y el líquido son segregados por gravedad y/o por fuerza centrífuga.

Ventajas

Poco tiempo de retención Excelente separación de gotas Buena capacidad de transmisión de calor con baja ΔT Rango de capacidad del 0 al 100% Viscosidades líquidas hasta 500 cP Menos energía de circulación que en el caso de circulación forzada Acepta cierta cantidad de sólidos

Aplicaciones

Líquidos sensibles al calor Líquidos contaminantes puros o moderados Soluciones con viscosidad bastante alta

Ejemplos típicos de líquidos aptos para evaporadores de película

descendente

Soluciones diluidas de ácido sulfúrico Ácidos fosfóricos puros Ácidos y aguas residuales Líquidos de fertilizantes diluídos Sosa cáustica Azúcar y derivados del azúcar Melazas y vinazas

Evaporador de Película Descendente (Falling Film)

Los evaporadores de película descendente o "falling film" son del tipo carcasa y

tubos, en los que el producto circula por el interior de los tubos y el vapor por la

carcasa, calentando las paredes externas de los mismos.

El líquido entra por la parte superior y cae de manera uniforme por los tubos por

acción de la gravedad, formando una delgada capa que es calentada por contacto

con la pared interior de los mismos. En los evaporadores falling film el producto

pasa por los tubos de un efecto y luego es transportado al siguiente efecto hasta

que es extraído del equipo.

Los líquidos generalmente disminuyen su viscosidad por aumento de la

temperatura, lo cual permite aumentar la velocidad de caída y esto da como

resultado un equipo que trabaja con bajos tiempos de residencia, factor de

importancia al concentrar líquidos extremadamente termosensibles. Esta

propiedad es utilizada para determinar el correcto flujo del producto entre los

cuerpos evaporadores, ya que en muchas ocasiones conviene evaporar el

producto concentrado en el primer cuerpo para facilitar el flujo y generar un mejor

coeficiente de transferencia debido a la menor viscosidad a altas temperaturas.

La alta velocidad de circulación del producto en los evaporadores falling film

permite responder rápidamente a los cambios en las condiciones de operación y

reducir los tiempos de arranque y parada del equipo.

En los concentradores de película descendente, la capa de producto debe ser lo

suficientemente delgada para permitir un alto coeficiente de transferencia térmica

pero se debe evitar la incrustación del producto en los tubos debido a una capa de

poco espesor.

En algunas configuraciones, dependiendo del producto y la aplicación, el líquido

puede ser recirculado al mismo efecto mediante bombas de alto caudal para

optimizar aún más la transferencia térmica por la alta turbulencia del producto

dentro de los tubos y mejorar el cubrimiento de los tubos evitando el quemado de

producto o la formación de incrustaciones.

Para evitar esto, el diseño de la olla de distribución del producto, ubicada a la

cabeza de cada cuerpo evaporador, es un punto crítico y esencial para el correcto

funcionamiento del equipo y la obtención de un producto final de primera calidad.

Esto se combina con la utilización de tubos largos de hasta 13 metros de longitud,

aumentando el caudal de líquido por tubo ya que así se puede conseguir la misma

superficie de intercambio con una menor cantidad de tubos gracias a su mayor

longitud.

El evaporador "falling film" además permite trabajar con bajas diferencias de

temperatura debido a los altos coeficientes de transferencia térmica que se

consiguen. Esto es de particular importancia en los equipos de múltiples efectos,

ya que un bajo coeficiente de transferencia implicaría la utilización de mayor

superficie de intercambio, agrandando los equipos y aumentando la inversión de

capital.

Características Principales

1. Altos coeficientes de transferencia de calor

2. Operación con bajas diferencias de temperatura

3. Bajos tiempos de residencia

4. Rápida respuesta a cambios en las condiciones de operación

5. Arranques y paradas del equipo se efectúan rápidamente

Evaporador de película descendiente

Estos tipos de evaporadores son los más difundidos en la industria alimenticia, por

las ventajas peracionales y económicas que los mismos poseen. Estas ventajas se

pueden resumir de la siguiente forma:

Alta eficiencia, economía y rendimiento.

Alta flexibilidad operativa.

Altos coeficientes de transferencias térmicos.

Capacidad de trabajar con productos termosensibles o que puedan sufrir deterioro

parcial o total de sus propiedades.

Limpieza rápida y sencilla (CIP)

En estos evaporadores la alimentación es introducida por la parte superior del

equipo, la cual ha sido normalmente precalentada a la temperatura de ebullición

del primer efecto, mediante intercambiadores de calor adecuados al producto. Se

produce una distribución homogénea del producto dentro de los tubos en la parte

superior del evaporador, generando una película descendente de iguales

características en la totalidad de los tubos. Este punto es de suma importancia, ya

que una insuficiente mojabilidad de los tubos trae aparejado posibles sitios en

donde el proceso no se desarrolla correctamente, lo cual lleva a bajos

rendimientos de evaporación, ensuciamiento prematuro de los tubos, o

eventualmente al taponamiento de los mismos. Dentro de los tubos se produce la

evaporación parcial, y el producto que esta siendo concentrado, permanece en

íntimo contacto con el vapor que se genera. Los dos fluidos, tanto el producto

como su vapor, tienen igual sentido de flujo, por lo que la salida de ambos es por

la parte inferior de los tubos.

En la parte inferior del evaporador se produce la separación de estas dos fases. El

concentrado es tomado por bombas y el vapor se envía al condensador (simple

efecto), mientras que los sistemas múltiefecto utilizan como medio calefactor, el

vapor generado en el efecto anterior, y por lo tanto el vapor generado en el último

cuerpo es el que se envía al condensador. A modo de ejemplo, si alimentamos

con 1 kilogramo de vapor vivo un evaporador simple efecto, obtendremos

aproximadamente 1 kilogramo de agua evaporada, mientras que si alimentamos

un evaporador doble efecto con la misma cantidad de vapor, o sea 1 kilogramo,

obtendremos 2 kilogramos de agua evaporada, uno por cada efecto. Se concluye

entonces, que a mayor cantidad de efectos, mayor será el rendimiento de

evaporación, lográndose estupendas relaciones de vapor vivo consumido por

kilogramo de líquido evaporado (ver figura 1) Otra posibilidad de aumentar el

rendimiento del evaporador es instalando un sistema de termocompresión de

vapores; este proceso constituye un recurso muy utilizado en la actualidad, en

donde el vapor generado es comprimido por vapor de alta presión, lográndose un

aumento significativo del poder calorífico del vapor resultante o mediante

compresión mecánica (para altas capacidades de evaporación). El reuso de vapor

permite obtener excelentes economías durante la operación.(ver figura 2) .

La evaporación de película descendente

En evaporador de película descendente de la solución a evaporar fluye dentro de los tubos de unos tubos dispuestos verticalmente desde la

parte superior. Un sistema de distribución de alimentación en la parte

superior asegura una alimentación igual a cada tubo y se asegura de que incluso una película de líquido que se obtiene en la circunferencia de

cada tubo. El flujo de líquido por el tubo que se llama la tasa de

humectación. Las concentraciones más altas de alimentación requieren mayores tasas de humectación para prevenir el ensuciamiento. El fluido

de calentamiento para la evaporación se introduce fuera de los tubos del

lado de la carcasa. Fluido de calentamiento es generalmente vapor de agua o vapor. El vapor generado por la evaporación se separa del

líquido concentrado en la parte inferior del recipiente y pasa a través de un separador de gotas que puede ser integrado en la carcasa del

evaporador o separados con una conexión de vapor y una entrada del ciclón de alta eficiencia. Este tipo está bien adaptado para fluidos

termosensibles.

La circulación forzada evaporación

Evaporadores de circulación forzada se utilizan si la ebullición del

producto en las superficies de calentamiento debe ser evitada debido a las características de ensuciamiento del producto, o para evitar la

cristalización. La velocidad de flujo en los tubos debe ser alta, y alta capacidad bombas son necesarias para la circulación de fluido.

El sistema de circulación forzada es una combinación de un

intercambiador de calor y un recipiente de vaporización instantánea. Una bomba de alto flujo circula la solución que se evapora en el interior

del calentador donde se calienta unos pocos grados por encima de la temperatura de ebullición por vapor u otro fluido de calentamiento. La

solución calentada se evapora mediante el parpadeo en el recipiente.

Evaporadores de película fina agitado

Estos tipos de evaporadores son atractivos para la concentración,

destilación, extracción o la desodorización de líquidos en una amplia variedad de industrias de procesos químicos en los que las corrientes de

proceso son sensibles a la temperatura, tienen sólo una breve exposición al calor, viscoso o tienden a ensuciar o espuma,

La vertical evaporador de capa delgada constan de dos conjuntos principales: un cuerpo caliente y un rotor aclaramiento cierre. El fluido

de proceso entra en la unidad general tangencialmente por encima de la

zona calentada. La alimentación se distribuye sobre la superficie calentada del

evaporador para formar una película delgada uniforme con la ayuda de rotor adecuados / cuchillas. El medio de calentamiento es vapor o vapor

que calienta la alimentación a través de la chaqueta. El componente volátil o el componente con menor punto de ebullición se evapora y es

aspirado fuera del evaporador, mientras que el componente con mayor punto de ebullición fluye hacia abajo por la pared y se recoge en la parte

inferior. Los vapores se pasan a través de un condensador y se recoge

por separado. En los últimos años, se han impuesto en las industrias lácteas los evaporadores de película descendente y los demás tipos solo se utilizan a pequeña escala y en situaciones especiales. Las ventajas de los evaporadores de película descendente son su construcción sencilla que suponen una inversión de capital relativamente baja, la menor alteración térmica del producto y su mayor eficacia de funcionamiento. La pequeña capacidad de líquido de los evaporadores de película descendente hace que se puedan modificar con facilidad sus condiciones de funcionamiento con pequeñas variaciones en los parámetros de la planta, como el suministro de energía, el vacio y el caudal de alimentación. Esto significa que la planta se puede controlar fácilmente y permite un funcionamiento totalmente automatizado utilizando los sistemas apropiados de realimentación e informatización. El evaporador de película descendente consiste en una serie de tubos a través de los cuales desciende el flujo de la leche. Los tubos están rodeados por una camisa de calentamiento por vapor y se mantienen a vacio. Normalmente los tubos miden entre 4 y 10 m de altura, aunque con frecuencia pueden alcanzar hasta los 15 m, con un diámetro de 25-80mm. La leche se distribuye uniformemente sobre las superficies de calentamiento, pasando a través de una placa perforada o distribuidor de válvula de doble cono. Durante la operación, la leche fluye por gravedad hacia la parte inferior de los tubos. Es importante mantener una alta velocidad de vapor, que depende de la longitud y diámetro de los tubos, la diferencia de temperatura y el nivel de vacio. Las velocidades altas reducen las alteraciones que el calor produce sobre la leche, ya que aseguran un tiempo de permanencia corto y también aumentan el coeficiente de transmisión de calor y por lo tanto la eficacia térmica del evaporador.

Evaporador de pelicula descendente.

En los evaporadores de película descendente, el grado de concentración necesario se consigue normalmente en un único pase por el evaporador. Sin embargo, los evaporadores convencionales de un solo efecto tienen un elevadísimo consumo de vapor y de agua fría, por ello, durante muchos años se han instalado evaporadores de múltiples efectos en los que el vapor de una unidad de evaporación (efecto) se utiliza para calentar un segundo efecto.

Evaporador de Película Ascendente (Rising Film)

Los evaporadores de película ascendente o "rising film" son del tipo carcasa y

tubos, en los que el producto circula por el interior de los tubos y el vapor por la

carcasa, calentando las paredes externas de los mismos y fueron los primeros

equipos evaporadores que se diseñaron. En la actualidad son utilizados en pocas

aplicaciones, ya que los avances tecnológicos permitieron encontrar

configuraciones más adecuadas y eficientes, como los evaporadores falling film.

El principio de funcionamiento de los evaporadores rising film es mediante

termosifón, en el que el líquido asciende por las paredes de los tubos impulsado

por la propia fuerza ascensional producida por la diferencia de densidad del liquído

caliente y el vapor que se genera al entrar en contacto con las paredes calientes

de los tubos.

Contrariamente a los evaporadores falling film, el líquido en estos equipos entra

por la parte inferior y sube uniformemente por los tubos hasta una olla de

separación ubicada en la parte superior del equipo, donde se separan los vahos

del líquido concentrado.

El líquido concentrado puede entonces ser enviado en su totalidad al siguiente

efecto o recircular una fracción en el mismo efecto y enviar al siguiente efecto el

resto.

En los evaporadores rising film se debe contemplar una diferencia de temperatura

grande entre el vapor y el líquido para favorecer una evaporación intensa y

aumentar la turbulencia y velocidad ascensional, de lo contrario el coeficiente de

transferencia sería muy bajo. Además, el largo de los tubos utilizados es menor

que en los evaporadores falling film, rondando los 6 o 7 metros de longitud.

Estos equipos cuentan con la ventaja de no requerir del uso de bombas para

trasvasar el líquido de un efecto a otro, pero en detrimento se consiguen

velocidades de circulación más lentas y turbulencia baja, lo que impide tener

coeficientes de transferencia altos y favorece la formación de incrustaciones.

Principio de operación

En un evaporador de película ascendente, el líquido se desplaza por circulación natural de abajo arriba en los tubos. La vaporización se produce dentro de los tubos.

Ventajas

Diseño sencillo Menor inversión y menores costes operativos que con película descendente o

circulación forzada No se necesita electricidad No se necesita control de nivel

Aplicaciones

Soluciones diluídas no incrustantes Soluciones no cristalizantes Líquidos viscosos

Ejemplos típicos de líquidos aptos para evaporadores de película

ascendente

Soluciones débiles de ácido sulfúrico Soluciones de sales inorgánicas Azúcar y derivados del azúcar Efluentes de la industria alimentaria Melazas y vinazas