Evaporadores

Nº2 Junio 2010

CÁLCULO DE EVAPORADORES DE MÚLTIPLE EFECTO, UN MÉTODO SIMPLIFICADO
Roberto Carrizales Martínez Laboratorio de Ingeniería Química, Facultad de Ciencias Químicas Universidad Autónoma de San Luis Potosí rcarriza@uaslp.mx

RESUMEN En el presente trabajo, se propone un método corto para el diseño de evaporadores de múltiple efecto, enfocándose al caso del diseño de evaporadores enlos que el licor concentrado presenta una elevación en el punto de ebullición ([EPE]). Este método se basa en algunas de las suposiciones comunes en la práctica industrial; que todos los evaporadores son de diseño idéntico y tienen la misma área de transferencia de calor, el número de efectos se ha asignado arbitrariamente, coeficientes globales de transferencia de calor constantes, y los flujosson fijos. El procedimiento del algoritmo de diseño aquí planteado no es iterativo como lo son los métodos tradicionales que se encuentran reportados en la literatura, lo que hace más rápida la resolución de este tipo de problemas.

Palabras clave: Evaporación, múltiple efecto, elevación en el punto de ebullición, algoritmo de diseño, coeficientes de transferencia de calor.

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INTRODUCCIÓNLa evaporación es un de las operaciones unitarias claves en la ingeniería química, ya que se utiliza para incrementar la concentración de sólidos de soluciones líquidas por eliminación de disolvente por ebullición. El objetivo de la evaporación es concentrar una disolución consistente en un soluto no volátil y un disolvente no volátil. En la mayoría de los casos, la evaporación se refiere a laeliminación de agua de una solución acuosa. Entre las aplicaciones de la evaporación están; la concentración de soluciones acuosas de sal, azúcar, hidróxido de sodio, glicerina, leche y jugo de naranja. Los sistemas de evaporadores industriales normalmente constan de: Un intercambiador de calor para aportar calor sensible y latente de evaporación al alimento liquido. Para lograr esto se utilizageneralmente vapor de agua. Un separador en el que el vapor se separa de la fase liquida concentrada, un condensador para condensar el vapor producido y una bomba de vacío. En las plantas de proceso existen muchos tipos de evaporadores, cuya clasificación generalmente se basa en el diseño de su intercambiador de calor. Métodos de operación de evaporadores En cualquier operación de evaporación, elcosto más importante del proceso es el vapor de agua consumido. Por lo tanto los métodos que tiendan a reducir este consumo (o de economía) son muy atractivos. Cuando se utiliza un solo evaporador, el vapor procedente del líquido en ebullición se condensa y se desecha. Este método recibe el nombre de evaporación de simple efecto. De otra forma; si el calor suministrado en el primer efecto se utilizapara vaporizar al solvente; este vapor, a su vez, se utiliza como medio de calentamiento del siguiente efecto y así sucesivamente, hasta que el vapor generado en el último efecto se envía al condensador, este método de operación de evaporadores en serie es el llamado evaporación de múltiple efecto. Es de esperar entonces que la presión en el efecto donde se produzca el calentamiento, tenga unapresión inferior que el efecto anterior; normalmente, el primer efecto se encuentra a presión superior a la atmosférica o a la atmosférica y el segundo y los demás siguientes han de estar por ello al vacío. Dada la naturaleza del proceso, la evaporación es una de las operaciones unitarias que requiere un mayor consumo de energía. Es por ello que la evaporación en múltiple efecto es comúnmenteutilizada en las industrias químicas, ya que es una manera muy efectiva de minimizar el consumo de energía y el agua de enfriamiento empleada en el condensador. Es conveniente señalar que debido a razones económicas, se acostumbra diseñar a estos evaporadores de tal manera que sean del mismo tamaño, es decir, que sus áreas de transferencia de calor sean iguales. En el estudio de los evaporadores de...