SIMULA CION DINA MICA DE TREN DE EK4YORADORES

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1 UNIVER9IDA II AUTONOMA METROPOLIT.4 NA UNIDA D IZTAPALA PA DIVISION CBI DEPARTAMENTO DE I.P.H. AREA DE RECURSOS EVEñGETICOS I,iCENCIA TURA INGENIERIA EN ENERCIA / SIMULA CION DINA MICA DE TREN DE EK4YORADORES P / Enrique Z(wmríi Pano. Aiurnno e la licenciritmn (le Ingenierín en Energin Mírtrícuia: J México, D. F., Noviembre de 193.

2 Serriintirio de proyectos. h nrique Zamora Pano. Universidad Autónoma Metropolitana, Iztapalapa. Alumno de la licenciatura de Ingeniería en Energía. Alejandro Torres Aldaco. Universidad Autónoma Met copolitana, Iztapalapa. Asesor, Profesor Investigador. UAM-Mapa 1 ap a División de Ciencias Básicas e Ingenierta Are a de Ingenie ría en Recursos Energéticos Departamento de Ingenierta de Procesos e Hidráulica México, D.F

3 ~ -- Tema: Indice+ Prologo. Capitulo 1. Evaporación Introduccion Objetivo Evaporación... 2 Pag. Capitulo 11. Tipos de evaporadores y accesorios. 11.1, Generalidades de los evaporadores Tipos de evaporadores Evaporador de tubos horizontale 6 II.2.2. Evaporador de tubos verticales Evaporador de película agitada Accesorios de los evaporadores I. Condensadores II.3.2. Purgadores... I4 Capitulo 111. Capacidad y ecom inía de un evaporador. ILL 1. Capacidad de un evapordor... TII.l.l. Diferencia de temperatura... HI Elevación del punto de ebullición TII Coeficiente de transmisión de calor III.1.4. Coeficiente de la película del vapor IIL1.5. Coeficientes del lado del líquido,,. HI Coeficientes globales Economía de un evaporador Capitulo 1V. Evaporador de simple efecto. IV. 1. Evaporador de simple efecto lv.2. Balances de entalpía de un evaporador de simple efecto Capitulo V. Evaporador con múltiples efectos. V. 1. Evaporador de múltiples efectos... V.l.l. Funcionamiento de un múltiple efecto... V Capacidad de evaporación y superficie de V.1.3. Métodos de alimentación... V.2. Capacidad y economía de evapo V.3. Cálculo de un múltiple efecto... V.4. Número óptimo de efectos......

4 Capituio VI. Elevación de la temperatura de ebullición. VI. 1, Efecto de la carga del líquido y de la elevación de la tempertura. I de ebullicion Capitulo VIL Recompresión del vapor. VI1.1. Recompresión del vapor VII.l.l. Recompresión mecánica VII.1.2. Recompresion., térmica Capitulo VIII. Metodología de Simulación. VIII. 1. Introduccion., VIII.2. Método de Newton VIII.3, Implementación al código de simula.ción VIII.4. Aplicación y ejemplos Conclusiones. Bibliografía. Anexo A. Código de simulación de tren de evaporadores. Anexo B. Propiedades termodinámicas del va.por de agua.

5 A la memoria de: José Luis Zcrmorn Hernandez. Dicen que a través de los hijos es coiiio se obtiene la inmortalidad, no sé realmente si esto sea cierto, pero en lo que a mí respecta vives en mi corazón y te llevo siempre en mis recuerdos. Y por más que deseo encontrar, no existe palabra o frase que pueda expresar por sí misma lo que realmente siento, sin embargo, quiero expresarte mi gratitud por todo lo que lograste hacer de mí y por lo que nunca me hizo falta aún en la disiancia, un Padre y un Amigo.

6 Este libro pretende introducir al tema de ewprndoores a aquellas personas que por primera vez abordan el tema, y para estudiantes di: ingeniería dar un breve resumen de la importancia de los evaporadores como parte i i:egral de las operaciones unitarias. Un objetivo más especifico en esta obra es presentar un código de simulación de trenes de evaporadores para facilitar todo cálculo matemático relacionado con las variables del sistema. Esta obra abarca sohrnente en su contexto a lcls evaporadores, lo que facilita su et:tudio con el marco tebrico y aplicación con el código de simulación. En principio se presentan un concepto fundamental de la evaporación como proceso físico pasando a la cisscripción de equipos de evaporación existentes y sus accesorios como conjunto y sistema, posteriormente se describen los arreglos posibles y número de etapas; así como capacidad y economía de los evaporadores, y por último el código de simulación del tren de evaporadores. Se ha logrado en este texto darle un seguimiento según las necesidades 3. un tema dentro de un curso de operaciones unitarias o de fenómenos de transporte, los requerimientos míninios para la compresión total es derivado de cursos de ecuaciones diferenciales que pueden llevar no solo estudiantes de ingeniería en energía, sino tambi6n estudiantes de ingeniería química. Los ejemplos que se anexan en el capítulo VIII, se dan corno apoyo para la introducción en el uso de el simulador; en éste mismo capitulo se comparan métodos algebraicos con métodos nurnericos implementados al programa de simulación En las últimas hojas se anexan tablas termodinámicas de las propiedades físicas del vapor y un diagrama de Mollier, que nos servirán para un manejo mucho más cómodo del programa de simulación. Quiero agradecer sinceramente a compañeros estudiantes que por sus valiosos consejos y sugerencias aportaron ideas oportunas para la realizacion de esta obra, también agradezco a mi profesor asesor por sus comentarios precisos que lograron darle profundidad y seriedad a esta obra. E. Zamora Pano.

7 _I_-. Cnpítrtlo I Evap o ración. O bj et ivo. Preseiitar iin marco tedrico del concepío de eixporacióli y lit) pchornmn general de los problemas típicos que se preseir~nri debido n la evaporación.

8 Capitulo I I. 1. INTRUDUCCION. La evaporación de líquidos, como proceso fisico, es solo un aspecto particular de la transmisión de calor. Se utiliza este proceso para la separación, por ebullición, de una parte del líquido contenido en una disolución o suspensión. El calor necesario para ello puede proceder de: cualquier medio de calefacción. Cuando este medio es el vapor de ag::a condensante, el aparato se llama evaporudor, y la evaporación se estudia separadamente como operación básico,. La clasificación de la evaporación dentro de la ingeniería química responde al empleo de aparatos especiales y métodos particulares. En una operación de evaporación se concentra una solución al eliminar disolvente por ebullición. Por lo general, el producto deseacio es la solución concentrada, pero en algunns ocasiones, el producto principal es el disalvente evaporado. Us posible continuar la concemtración hasta la saturación de la solucion y más aun, hasta que el soluto precipita como un sólido cristalino. En este caso, Iü operación se conoce con frecuencia como cristnlizrrcióri. En realidad, el proceso de evaporación es equivalente a una separación en una sola etapa. Sin embargo, los componentes se separan en forma tan definida que con frecuencia se olvida la composición del equilibrio. En aquellas aplicaciones en las que la fase vapor constituye un producto valioso, este equilibrio puede ser importante. A pesar de la multitud de procesos de velocidad que ocurren, el ingeniero interesado en estas operaciones casi siempre puede considerar el proceso comp'ieto en términos de transferencia de calor del calentador a la solución. Este paso controla la velocidad total y se analiza con mayor facilidad. Las contribuciones de los otros procesos de transferencia tienen un efecto menor sobre la operación total. Además, se conoc(: tan poco, fuera de las escasas compañías que coristniyen evaporadores, de la mayor parte de los detalles en el diseiio, que no existe razón para tratar aquí más que los balances de caior y material, y la formulación simple de la velocidad de transferencia de calor a través de la superficie de calentamiento. En el capítulo Último de éste trabajo se describe como se logra adaptar la simulación a la evaporación en una y múltiples etapas mediante un código desarrollado para encontrar variables propias del sistema. 1

9 Copittilo I. Evaporación. I. 2. OIIJETIVO. El objetivo de la evaporación es concentrar una disolución consistente en un soluto no volátil y un disolvente volátil. E11 la mayor parte de las evaporaciones el disolvente es agua. La evaporación se realiza vaporizando una paite del disolvente para prodi zir una soluciún concentrada. La evaporación difiere del secado en que el residuo es un líquido (a veces altamente viscoso) en vez de un sólido; difere de la destilación en que el vapor es generalmente un solo componente y, aun cuando el vapor sea una mezcla, en la evaporación no se intenta separar ei vapor en fracciones; difiere de la cristalización en que su interés reside en concentrar una disolución y no en formar y obtener cristales. Normalmente, en evaporación el producto valioso es el :íquido concentrado mientras que el vapor se condensa y se desecha. Sin embargo, en algún caso concreto puede ocurrir lo contrario. El agua salubre se evapora con frecuencia para obtener un producto exento de sólido para la alimentación de calderas, para procesos con requerimientos especial,:s o para el consumo humano. Esta técnica se conoce con frecuencia con el nombre de destiícrción de clgrrn, pero se trata en realidad de evaporación. Se han desarrollado procesos de evaporación a gran escala utilizándose para la recuperación de agua potable a partir de agua de mar. En este caso el agua condensada es el producto deseado. Solamente se recupera una fracción del agua contenida en la alimentación, mientras que el resto se devuelve al mar. La evaporación por cualquier otro procedimiento puede estudiarse h tro de la tranmisión de calor, siempre que no presente aspectos fundamentales que justifiquen un tratamiento independiente. I. 3. E VA POW CION. Como se analizó con anterioridad, la evaporación es la operación de concentrar una solución mediante la eliminación de di:jolvente por ebullición. Por lo general la concentración se detiene antes que el soluto comience a precipitarse de la solución. En consecuencia, un evaporador debe consistir básicamente de un intercambiador de calor capaz de hervir la solución y un dispositivo para separar la fase vapor del líquido en ebullición. En su forma más simple, puede ser una charola de líquido colocada sobre una placa caliente. La superficie de la placa caliente es un intercambiador de calor simple y el vapor se desprende en la gran área para flu)o de vapor y su consecuente baja velocidad de flujo. En la operación industrial, por lo ger,eral el equipo se construye para una operación continua, la superficie de intercambio de calor se incrementa de un modo notable, la ebullición es sensiblemente más violenta y la evolución del vapor es rápida. Se encuentran problemas tales como formación de espuma, incrustación, sensibilidad al calor, corrosión y limitaciones de espacio, Estos problemas han resultado en variaciones y refinamientos del diseño de evaporadores para lograr diferentes combinaciones de propiedades de la solución y condiciones económicas. 2

10 Capi[irlo I. Evariorncion. Para poder entender los problemas que se presentan dentro de la evaporación estudiemos de manera general aquellas limitaciones que posteriormente servirán como antecedente para la correcta elección de cualquier tipo de evaporador y SLI correcto funcionamiento. Cnrncteríslicns del líquido. La solución práctica a un problema de evaporacibn está profundamente afectada por el carácter del líquido que se quiere concentrar. Precisamente es la gran varier! id de caracteristicds de dicho:; líquidos (que demanda criterio y experiencia en el diseño y operación de evaporadores) lo que amplía esta operación desde una sencilla transmisión de calor hahta algo mucho más; complicado. Más adelante mencionaremos algunas propiedades de los líquidos que se eviipn'an. Concentración. Aunque la disolución que entra como alimentación de un evaporador puede ser suficientemente diluida teniendo riuchas de las propiedades físicas del agua, a medida que aumenta la concentración de la cíisolución adquiere cada vez un carácter más particular. La densidad y la viscosidad aumentan con el contenido de sólido hasta que la disolución o bien se transforma en saturada o resulta inadecuada p< ra una transmisión de calor adecuada. La ebullición continua de una dísulución saturada da lugar a la formación de cristales, que es preciso separar pues de lo contrario obstruyen los tubos. La temperatura de ebullición de la disolución puede también aumentar considerablemente al aumentar el contenido del sólido, de forma que la temperatura de ebullición de una disolución concentrada puede ser mayor que la del agua a la misma presión. Formación de esplima. Algunos materiales, especialmente sustancias orgánicas, forman espuma durante la vaporización. Una espuma estable acompaña al vapor que sale del evaporador dando lugar a un importante arrastre. En casos extremos toda la masa de líquido puede salir con el vapor y perderse. Sensihilidad a fa temperdim. Muchos productos químicos finos, farmacéuticos y alimenticios se dañan cuando se calientan a temperaturas moderadas durante tiempos relativamente cortos. En la concentración de estos materiales se' necesitan técnicas especiales para reducir tanto la temperatura del líquido como el tiempo del calentamiento. Formación de costras. Algunas disoluciones depositan costras sobre las superficies de calefacción. En estos casos el coeficiente global diminuye progresivamente hasta que llega un momento en que es preciso interrumpir la operación y limpiar los tubos. Cuando las costras son duras e insolubles, la limpieza resulta dificil y costosa. Materiales de construcción. Siempre que c:s posible, los evaporadores se construyen con algún tipo de acero. Sin embargo, muchas disoluciones atacan a los metales férreos y se produce contaminación. En estos casos se utilizan materiales especiales tales como cobre, níquel, acero inoxidable, grafito y plomo. Puesto que estos materiales son caros, resulta especialmente deseable obtener elevadas velocidades de transmisión de calor con el fin de minimizar el costo del equipo. Estos problemas y propiedades de los líquidos son de los más importantes a considerar, entre otros están la corrosión, incrustación y cristalización de solidos. 3

11 Iplwos de evmorndores v accesorios. Objetivo. Coriocer los difrentes tipos de evoporadores más comunes y comerciales que existen, así como las cnrclcterísiicas principales que ellos poseen. Además de conocer así mismo el uso y fitnciones de los accesorios que cotifienen.

12 IT.1. GENERALIDADES DE LOS EVAPOKADORES. Los componentes esenciales de un evaporador son: la cámara de calefacción y la cámara de evaporación, separadas por una superficie de calefacción. La forma y disposición de ambas cámaras, diseñadas para lograr un funcionamiento eficaz y un valor máximo del coeficiente de calos, varían de unos a otros tipos de evaporadores. El evaporador más sencillo está formado por una cámara de calefacción (camisa de vapor) que rodea el recipiente donde se efectúa la evaporación. La superficie de transmisión de calor tiene aquí un Sirea muy limitada, y el di;positivo sólo sirve para evaporaciones en pequeña escala.!zn caso contrario, hemos de recurrir a la superficie de calefacción tubular, que permite incluir un área de transmisión de calor muy extensa en un aparato de dimensiones mínimas. Los evaporadores pueden operar bien como unidades con un paso a través o con circulación. En la operación de un paso a trivés, el líquido de alimentación pasa una sola vez d través de los tubos, desprende el vapor y sale de la unidad como disolución concentrada. Toda la evaporación tiene lugar en un solo paso. La relación de evaporación a alimentación está limitada en una unidad de un solo paso, por tanto, estos evaporadores se: adaptan bien a la operación en mzíltiple efecto, don de la concentración total puede conseguirse en varios efectos. Los evaporadores de película agitada operan siempre con un paso a través; los evaporadores de película ascendente y de película descendente pueden también operar de esta forma. Los evaporadores con un solo paso a través son especialmente Útiles para materiales sensibles al calor. Operando a vacío elevado se puede mantener baja la temperatura del líquido. Con un solo paso rápido a través de los tubos de la disolución concentrada está a la temperatura de evaporación, pero solamente en cuanto sale del evaporador. En los evaporadores con circulación se ma.ntiene una masa líquida dentro del equipo. La alimentación que entra se mezcla con la masa del líquido y después pasa a través de los tubos. El líquido no evaporado descarga de los tubos y retorna al equipo, de forma que en cada paso solamente ocurre una parte de la evaporación total. Todos los evaporadores de

13 Capitulo II. Epos de Evaporadores y accesorios. circulación forzada operan en esta forma; los evaporadores de película ascendente son generalmente unidades de circulación. La disolución concentrada procedente de un evaporador con circulación se retira de la masa del líquido. Por tanto, ésta ha de tener la máxima concentración, Puesto que el líquido que entra en los tubos puede contener varias partes de disolución concentrada por cada parte de alimentación, su concentración, densidad, viscosidad y temperatura de ebullición son próximas al valor máximo. En consecuencia, el coeficietice de transmisión de calor tiende a ser bajo. Los evaporadores de circulación no son muy adecuados para concentrar líquidos sensibles al calor. Con un vacío razonablemente bueno la temperatura de la masa de líquido puede ser no destructiva, pero el líquido está repetidamente expuesto al contacto con los tubos calientes; por consiguiente, algo del líquido puede calentarse a una temperatura excesivamente elevada. Aunque el tiempo de residencia del líquido en la zona de calentamiento puede ser corto, parte del líquido está retenido en el evaporador un tienipo considerable, y el calentamiento prolongado de aun una pequeña parte de un material sensible al calor, tal como lo son los productos alimenticios, puede atropear todo el producto. Sin embargo, los evaporadores de circulacion pueden operar en un elevado intervalo de concentración entre alimentación y la disolución concentrada utilizando solo una unidad, adaptándose bien a la evaporación de un solo efecto. Pueden operar indistintamente con circulacibn natural, con flujo a través de los lubos inducido por la diferencia de densidades, o con circulación forzada, promoviendo el flujo mediante una bomba. II. 2. TIPOS DE E VA POR4 DORES. Los principales tipos de evaporadores tubuliires calentados con vapor de agua actualmente utilizados son: 1. Evaporadores de tubos horizontales 2. Evaporadores de tubos verticales. a) Flujo ascendente (película ascendente). b) Flujo descendente (película descendente). c) Circulación forzada. 3. Evaporadores de película agitada. En el desarrollo histórico de los evaporadores de tubo han surgido varios tipos diferentes, que siguen empleándose en la actualidad. La rzón de la existencia de los diversos tipos hay que buscarla más en la costumbre de cada industria que en un criterio de utilización racional. 5

14 - Capitulo 11. Tipos de Evopormiores y accesorios. II.2.1. Eiwporatlor de tubos horizontnles. El primer tipo construido, el evaporador de hibos horizontales con vapor por el interiv, respondía a la necesidad de la superficie di: calefacción contenido el un aparato de volumen limitado. Posteriormente, y siempre por la tendencia a aumentar la capacidad de evaporación, se ha tratado de mejorar la-, condiciones de transmisión de calor desde el vapor condensante hasta el líquido en ebullición, consiguiéndose a igualdad de superficie una mayor capacidad de evaroración. Para ello es necesario aumentar el coeficiente de coiwección en el lado del líquido hirviente, haciendo que sea éste, y no el vapor, el que circule por el interior de los tubos, mientras que el vapor condensa en el exterior. Los distintos modelos de evaporador difieren en el modo en que se ha activado esta circulación; si en unos de ellos es superior la capacidad dl2 evaporación por unidad de superficie, para lograrlo ha sido necesario introducir complicaciones mecánicas que pueden no ser compensadas por aquel aumento. Lus tubos horizontales interfieren con la circu'lación natural del líquido en ebullición y, por tanto, minimizan la agitación del líquido. Como resultado, el coeficiente total de transferencia de calor es menor que en otra; formas de evaporadores, en especial si la solución es viscosa. No tiene aditamentos para romper la espuma que se presenta debido a la acción de la ebullición. Además, la incrustación originada por la evaporación de la solución se acumula en el exterior de los tubos de donde no puede eliminarse con facilidad como sería en el interior de los tubos. Fig.IT. 1. Evaporador de tubos horizontales. 6

15 Capitulo II. Tipos de Evaporadores y accesorios. El tipo normal de evaporadores de tubos horizontales es el representado en la Fig.II.1. La cirniii-a de evaporación está formada por un cuerpo cilíndrico vertical, cerrado en sus dos bases, con salidas para el vapor en la parte superior y para la solución concentrada por el fondo. Esta Última puede ser cónica o tener hrma apropiada para la recogida de cristales, cuando la evaporavijn dé lugar a una cristalización. La parte inferior atravesada por un haz de tubos insertados en dos chapas colectoras que forman las dos caras internas de las cajas de vapor. El vapor entra por una trubería de conexión y se condensa a lo largo de los tubos, arrastrando las pequeñas cantidades de gases ciondensables que puede contener hacia el otro extremo, donde se ha colocado el grifo de purga de aire. Este evaporador se construye de chapa de acero o hierro fundido. Se emplea con preferencia para soluciones no viscosas que no depositen cristales o impurezas en la cristalización, ya que la operación de limpieza de las superficies es relativamente dificil. El evaporador Yaryan responde a una conisepción bastante diferente, ya que el vapor condensa en el exterior de los tubos. Consta de dos cuerpos cilíndricos horizontales: el primero contiene un haz de tubos que es atravesado por la disolución a concentrar, y el segundo haz (:s una cámara de separación con tabiques deflectores contra los que choca la mezcla del líquido concentrado y el vapor que sale de los tubos. El funcionamiento de este evaporador se explica fácilmente considerando la Fig.II.2. Fig.II.2. Evaporador de Yaryan. Mediante las placas de distribución C, y Cr, se disponen los tubos en series de 3 Ó 5, que reciben la alimentación del colector L y expulsan la mezcla de concentrado y vapor sobre los tabiques deflectores. El vapor entra por uno de los extremos del cuerpo de evaporación, y en el extremo opuesto están la salida del ondensado y la purga de aire. La mayor ventaja del evaporador de Yaryan es la completa destrucción de la espuma por el choque rápido contra los tabiques deflectores. La circulación del iíquido, activada por la formación de burbujas de vapor, hace aumentar la eficiencia de la superficie de calefacción. El evaporador se desmonta fácilmente, io que facilita la limpieza de la superficie interna de los tubos. 7

16 Capitulo II. Tipos de Evaporadores y accesorios. II K~lrpornrlor de tubos verticdes. Los evaporadores de tubos verticales posteriores a los modelos ya descritos, han desplazado a éstos en muchos casos por sus ventajas indudables. El tipo llamado Estátidar, uno de los más conocidos, consta de un cuerpo cilíndrico vertical análogo al descrito para el evaporador de tubos honzonta!es. En su parte inferior tiene una cámara anular de vapor, atravesada por haces de tubos abiertos en sus dos extremos, una mejor ilustración está dada en la Fig.IT.3. Fig.TI.3, Evaporador Estándar de tubos verticales. El líquido a evaporar que entra en los haces de tubos adquiere en ellos un movimiento ascendente al producirse las primeras burbujas de vapor. Las porciones de líquido arrastradas del fondo han de ser reemplazadas por otras que descienden por el conducto central B, produciéndose así una circulación activa que facilita la evaporación. La mayor desventaja del evaporador Estándar es el arrastre de espuma o gotas del líquido con el vapor, que sólo se atenúa mediante la introducción de cortaespumas y tabiques deflectores. Este dispositivo es más fácil de aplicar en el evaporador de cestu, representado en la Fig.II.4. Este evaporador tiene un conducto de descenso periférico en sustitución del conducto central. El elemento de calefacción forma un cuerpo compacto, que puede sacarse del evaporador para su limpieza. Las restantes características son análogas a las del evaporador Estándar, y las diferencias entre ambos son más bien de ripo constructivo. 8

17 . Cnpitulo I,? Tips de Bwporndores.v ncceson'os. El evaporador de irtóos Icirgos iwticciles, conocido como evaporador de Kestner (Fig ), constituye un notable avance sobre los anteriores, ya que en él se logra mejorar el coeficiente integral de transmisión de calor por el aumento de la velocidad de circulación del líquido en los tubos. El nivel del líquido se mantier:e un poco por encima del extremo inferior. L a formación de burbujas de vapor origina una corriente ascendente muy rápida d\ I líquido a evaporar, que pasa una sola vez poi los tubos. El deflector M, separa del vapor la mayor parte de las partículas de líquido, y el resto queda retenido en el separador de ciclón E, volviendo al tubo de salida del concentrado. Mediante deflectores situados entre el haz de tubos se consigue que el vapor circule por 1 cámara de calefacción de tal modo que los gases no condensables se arrastran hacia la parte inferior, donde se dispone fácilmente el grifo de purga correspondiente. Fig Evaporador de cesta y de Kestner, respectivamente. En ambos tipos. los tubos se insertan dentro de láminas de tubos rolando o soldando, lo cual reduce en forma considerable el costo en comparación con los castillos empacados que se utilizan tradicionalmente en el evaporador de tubos horizontales. Estos evaporadores superan la mayor parte de las desventajas operacionales del evaporador de tubos horizontales. 9

18 - -- Cnpitulo II. Ts 'ins de Evaporadores y nccesorios. Es posible manejar líquidos viscosos pero la circulación es lenta y se obtienen cieficientes bajos. En consecuexia, los evaporadores de tubos verticales son por completo satisfactorios para la mayor parte de las demandas de evaporación y sólo son imprácticos cuando el líquido que se está evaporanda es naiy viscoso, forma espuma de mmera importante o sólo puede estar sujeto a las temper )turas del evaporador durante periodos muy cortos. En la Fig.iI.5, se muestra un evaporador de circiikiciót~ fortnc.lo. En estos evaporadores, el líquido que se está evaporando se bombea a través de un intercambiador de calor, en donde el medio de calentamiento rodea a los tubos que conducen la solución. La caída de presión y la carga hidrostática combinadas son, con frecuencia, los sutictenteniente grandes para evitar que la solución hierva en los tubos del intercambiador, de manera que el vapor generado es seprado de manera instantánea a medida que el líquido entra ai espacio de separación. Fig.II.5. Diagrama de sección transversa.1 de un evaporador de tubos verticales con circulación forzada. Dado que la velocidad de la mezcla que se separa al instante es alta, los desviadores son importantes para minimizar el arrastre. Un desviador de diseño adecuado promoverá la fusión de pequeñas burbujas además de cambiar sóio la dirección de flujo. Por lo general, los evaporadores actuales de circulación forzada están equipados con calentadores externos, como el que se muestra en la Fig

19 Copiíirlo U. Tipos de Evoporodores y occesorios. El equipamiento externo hace que la limpieza y la sustitución de los tubos corroídos o erosionados sea más simple que con el elemento interno de calentamiento. También permite la construcción de una unidad más compacta, de manera que pueda instalarse en espacios de poca altura. AI evaporar alcunas soluciones, es importante evitar la ebullición en el intc.rior de los tubos, a fin de reducir 12, deposi,.:ión de sólidos. En el evaporador con calentamiento externo, es fácil evitar la ebullición hajando el caleiitador en relación con el espacio de separación. E:::o no puede evitarse tan fácilmente cuando la superficie de intercambio de calor se enci; :ntra en el interior del cuerpo del evaporadtx. Fig.TI.6. Diagrama de sección transversal cie un evaporador de circulación forzada con un calentador horizontal externo. En los evaporadores de circulación forzada, el coeficiente de transferencia de calor dependerá de la velocidad de circulación, así como de la diferencia lograda de temperaturas total, y las propiedades del sistema. Con velocidades de circulación bajas la ebullición ocurre en buena medida a través de la longitud del tubo. La ebullición incrementa la turbulencia y puede hacer que el coeficiente del lado de la ebullición sea hasta del doble de valor que tendría sin ebu'ilición. La fracción del licor evaporado a su paso a través del tubo es muy pequeña; por tanto, la circulación total a través de los tubos 1:s muchas veces mayor que la velocidad de alimentación.

20 Copittilo II. Tipos de Evoporodores y accesorios. II, 2.3. Eiviporntlor de películn cigitarla La principal resistencia a la transmisión de calor desde el va,)or de agua que condensa hasta el líquido que hierve en un evaporador reside del lado del líquido. Por tanto, cualquier método para disminuir esta resistencia tirodiice un considerable aumento del coeficiente global de transmisión de calor. En evaporadores de tubos larp3s, especialmente con circulación forzada, la velocidad del líquido a través de los tubos es elevada. El flujo del líquido es altamente turbulento y la velocidad de transmisión de calor es elevada. Otra forma de aumentar la turbulencia es mediante agitación mecmica de la película del liquido, tal como lo muestra la Fig 11.7, que es un evaporador de película descendente modificado, con un solo tubo encamisado que contiene un agitador interno. La alimentación entra por la parte superi<jr de la sección encamisada, mientras que el vapor asciende desde la zona de vaporización hasta un separador no encamisado cuyo diámetro es algo mayor que el tubo de evaporación. En el separador las palas del agitador proyectan hacia fuera el líquido arrasirado que choca contra unas placas verticales estacionarias. Las gotas coalescen sobre estas placas y retornan a la seccibn de vaporización. El val >r exento de líquido sale a través de orificios situados en la parte wperior de la unidad Fig.II.7. Evaporador de película agitada. La principal ventaja de un evaporador de película agitada es su capacidad para conseguir elevadas velocidades de transmisión de calor con líquidos viscosos. Es particularmente eficaz con materiales viscosos sensibles al calor tales como gelatina, látex de caucho, antibióticos y zumos de mitas. Sus desventajas son el elevado costo, las partes internas móviles que pueden requerir un importante mantenimiento. 12

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