3 evaporação-tecnologia quimica

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3 evaporação-tecnologia quimica

  1. 1. Fernando Sayal
  2. 2. PRINCÍPIOS DA EVAPORAÇÃO, IMPORTÂNCIA E UTILIZAÇÃO Evaporação A evaporação é a operação unitária que tem por objectivo a concentração de uma solução, pela retirada de solvente, fazendo a solução entrar em ebulição. Evaporadores Basicamente um evaporador consiste num permutador de calor para aquecer a solução à ebulição e um separador do vapor formado pela fase líquida em ebulição. O produto de um evaporador é geralmente a solução concentrada. esquema simplificado de um evaporador
  3. 3.  O meio de aquecimento normalmente utilizado é o vapor de água que, ao passar pelo permutador passa ao estado líquido, cedendo o seu calor latente de vaporização para a solução que então entra em ebulição.  Existe uma infinidade de tipos de evaporadores sendo que a escolha do tipo adequado para a realização de uma determinada tarefa depende das condições e das características da solução a concentrar como também das características que se deseja para o produto final. Transferência de calor  Este é o factor mais importante no projecto de evaporadores, pois a superfície de aquecimento representa a maior parte do seu custo.  Igualmente, o tipo de evaporador selecionado deve ter o mais alto coeficiente de transferência de calor sobre condições operacionais desejadas .  O calor é necessário para: Aumentar a temperatura inicial da solução alimentada até à sua temperatura de ebulição. Vaporizar o solvente
  4. 4. Selecção do tipo de evaporador Para além de ser necessário uma boa transferência de calor, a selecção do melhor tipo de evaporador para uma situação particular deve ter em conta o seguinte:  Características de alimentação e do produto.  Ocorrência de cristalização,  Formação de depósitos,  Qualidade do produto a obter,  Corrosão  Formação de espuma.
  5. 5. Qualidade do Produto  Para obter um produto de qualidade exige-se menor tempo de operação e temperatura baixa para evitar degradação térmica. (indústria alimentar)  Baixos tempos de operação eliminam alguns tipos de evaporadores e alguns tipos são eliminados também devido a uma pobre transferência de calor que são características de baixas temperaturas.  Para a qualidade do produto pode também ser determinante a qualidade dos materiais utilizados na construção para evitar contaminação metálica ou efeitos catalíticos na decomposição do produto
  6. 6. Corrosão Corrosão e erosão ocorrem com frequência nos evaporadores por causa de:  velocidades elevadas do líquido e do vapor  presença frequente dos sólidos na suspensão,  diferença de concentração necessária.  soluções ácidas ou básicas
  7. 7. Evaporador Descontínuo
  8. 8. Evaporadores de Simples Efeito Neste tipo de evaporador de simples efeito, o vapor do solvente libertado da solução concentrada pode ser reaproveitado para um pré aquecimento da alimentação f = alimentação p = alimento concentrado v = vapor s = vapor de aquecimento c = condensado M = caudal de alimentação T = temperatura P = pressão absoluta W = concentração
  9. 9. Evaporadores de Simples Efeito
  10. 10. Evaporadores de Múltiplos Efeito  Os evaporadores de múltiplo efeito, conjugam em série dois ou mais evaporadores de um efeito.  A grande vantagem desta conjugação é a economia de vapor gasto por kg de água evaporada da solução alimentada.  As ligações nos evaporadores de múltiplo efeito, são feitas de modo que o vapor produzido num efeito do evaporador, serve como meio de aquecimento para o seguinte efeito e assim sucessivamente até ao último efeito
  11. 11. A. O calor do vapor libertado no primeiro efeito (MV1) , é usado para o aquecimento da alimentação no segundo efeito (Mp1), B. O calor do vapor libertado no segundo efeito (MV2) , é usado para o aquecimento da alimentação no terceiro efeito (Mp2), e assim sucessivamente até o último efeito do sistema C. As temperaturas e as pressões vão diminuindo de efeito para efeito Tv1 > Tv2 > Tv3 Mp1 Mp2 -Alimentação única
  12. 12. Evaporador de efeito triplo com alimentação paralela Condensado de vapor Vapor de aquecimento Condensado de vapor do processo Licor Concentrado
  13. 13. TIPOS DE EVAPORADORES (Funcionamento Descontínuo) Projecto: Permutador de calor com shell e tubo vertical ou horizontal Tanque separador de flash sobre o permutador e bomba de circulação EVAPORADOR DE CIRCULAÇÃO FORÇADA
  14. 14. Operação O liquido é circulado através do permutador por meio de uma bomba de circulação, onde é superaquecido a uma elevada pressão, maior que sua pressão normal de ebulição, Ao entrar no separador a pressão do liquido é rapidamente reduzida resultando numa quantidade de liquido despressurizado e rapidamente evaporada para fora. Campos de aplicação Para líquidos com elevado teor de impurezas, Líquidos viscosos ou concentrados , Cristalização de soluções salinas VIDEO: Evaporador de circulação forçada
  15. 15. EVAPORADOR DE CIRCULAÇÃO FORÇADA
  16. 16. Evaporador de circulação forçada
  17. 17. Evaporador de circulação forçada
  18. 18. Evaporador de circulação forçada
  19. 19. EVAPORADOR DE CIRCULAÇÃO NATURAL Operação  O liquido a ser concentrado é alimentado pelo fundo ou centro.  Sobe para o topo pelos tubos de aquecimento devido a correntes de convecção.  Devido ao aquecimento externo dos tubos, o filme liquido dentro das paredes do tubo inicia a ebulição libertando vapor.  O líquido é separado do vapor no separador
  20. 20. Campos de aplicação  Evaporação de produtos insensíveis a altas temperaturas  Elevadas taxas de evaporação  Produtos que tem grande tendência para sujar  Produtos viscosos onde a viscosidade aparente pode ser reduzida a altas velocidades.  Obtenção de elevadas concentrações de soluções. planta de evaporação de circulação de 3 efeitos para água de glicerina. Taxa de evaporação: 3,600 kg/hr
  21. 21. EVAPORADOR DE CIRCULAÇÃO NATURAL COM PERMUTADOR DE AQUECIMENTO EXTERIOR
  22. 22. EVAPORADOR DE CIRCULAÇÃO NATURAL COM PERMUTADOR DE AQUECIMENTO EXTERIOR
  23. 23. TIPOS DE EVAPORADORES (Funcionamento Contínuo) EVAPORADOR DE FILME DESCENDENTE Operação: O líquido é distribuído uniformemente em cima dos tubos de aquecimento por meio de um sistema de distribuição de fluxo Forma-se um filme fino descendo pelas paredes internas O aquecimento externo dos tubos causa a ebulição do filme líquido VIDEO: Evaporador de filme descendente
  24. 24. EVAPORADOR DE FILME DESCENDENTE
  25. 25. Condições particulares: Tratamento do produto particularmente suave – devido a temperatura e pressão do processo muito baixa. Possível destilação a vácuo com pressão variando de 1 mbar a 0,01 mbar Tempo de residência do produto muito curto ideal para soluções termicamente sensíveis (sumos de frutas, vitaminas,etc) Campos de aplicação: Particularmente para soluções não aquosas sensíveis a temperatura
  26. 26. Evaporador de película descendente com saída de vapor pelo fundo Evaporador de película descendente com saída de vapor pelo topo
  27. 27. Evaporador de película descendente com saída de vapor pelo fundo
  28. 28. EVAPORADOR DE FILME ASCENDENTE Operação: O liquido a ser concentrado é alimentado no fundo do evaporador e sobe para o topo de acordo com o principio de filme ascendente. Devido ao aquecimento externo, o liquido inicia a ebulição nas paredes laterais dos tubos e é parcialmente evaporado durante este processo Como resultado do movimento para cima das correntes de vapor, o liquido é transferido para o topo. Durante a ascensão, mais e mais vapor é formado. O vapor e o liquido são separados no separador montado no topo.
  29. 29. EVAPORADOR DE FILME ASCENDENTE
  30. 30. Características particulares: 1. Alta diferença de temperatura entre a câmara de aquecimento e a câmara de ebulição – Para assegurar transferência de liquido suficiente nos tubos de comprimento 5 a 7 m, e garantir a elevação do filme liquido. 2. Alta turbulência no liquido – Devido ao movimento para cima contra a acção da gravidade. 3. Operação estável e de alto desempenho – baseado na recirculação do produto com uma extensa gama de condições. Campos de aplicação: 1. Para altas taxas de evaporação, para produtos de alta viscosidade e que tem a tendência de sujar. 2. Pode ser usado como um alto concentrador de passo único que opera baseado em tempos de residência extremamente curtos
  31. 31. EVAPORADOR DE FILME ASCENDENTE
  32. 32. EVAPORADOR DE FILME ASCENDENTE
  33. 33. EVAPORADOR DE FILME ASCENDENTE e DESCENDENTE
  34. 34. Tipos de Evaporadores
  35. 35. EVAPORADOR DE CAMADA FINA Como Funciona:  O líquido desce para o prato distribuidor rotativo  Uniformemente é distribuído pela parede aquecida  Um pequena folga entre o rotor e a parede do evaporador cria um filme fino  A transferência térmica é efectuada através da camisa  Os vapores são gerados e seguem em corrente contrária ao líquido e são retirados  O produto concentrado desce pela parede e é retirado pela saída de fundo por uma bomba  Alimentação é feita pelo topo
  36. 36. Vantagens do evaporador de camada fina  Curto período de residência  Líquido permanece em contacto com a superfície aquecida apenas durante alguns segundos  Opera sob Alto Vácuo (o que reduz a temperatura de operação)  Excelente Transferência Térmica (o filme de líquido em processo é continuamente agitado)  Opera com fluidos de alta viscosidade (alta rotação gera um filme fino de líquido  Opera com produtos de alto grau de impurezas e incrustantes (o rotor continuamente agita o filme não permitindo que o produto se incruste na parede aquecida)  Destila mais de 90% em única passagem (sem a necessidade de recirculação
  37. 37. Tipos de Lâminas Disponíveis •Fixas – permitem ajuste de folga entre a lâmina e a parede do evaporador (são as mais comuns) •Pivotadas – criam uma folga variável, variando também a força de contacto (típicas em aplicações com sólidos) •Raspadores – utilizadas quando o líquido tem alta característica de incrustação
  38. 38. Evaporador LUWA
  39. 39. Sumo Concentrado de Laranja A unidade de concentração poderá empregar 3 sistemas: •1- sistema de película descendente; •2- sistema de película descendente e ascendente; •3- “centri-therm”, que utiliza a centrifugação do líquido rapidamente aquecido e evaporado. Enquanto a indústria mais antiga utiliza predominantemente o 1º sistema, a tendência atual é para o emprego dos 2 outros, com concentrados de melhor qualidade, principalmente o “centri- therm”, onde se obtém a evaporação necessária praticamente em 1 segundo. No evaporador de placas (2), a concentração é realizada em geral em 2 estágios ou por 2 efeitos. O aquecimento e a descompressão fazem o sumo entrar em ebulição à temperatura de 75 C. Os vapores provenientes do produto no 1º estágio, somados a novas cargas de vapor da caldeira, são usados no 2º estágio onde o sumo passa a ter o valor de concentração adequado. Os vapores do sumo são extraídos e condensados num sistema de vácuo que permite a ebulição, neste 2º efeito, à temperatura de 54 C. Ao sair do concentrador, o sumo entra num arrefecedor instantâneo, onde, por descompressão do sistema, a sua temperatura cai para aproximadamente 27 C. Este processo é realizado num curto espaço de tempo. Com esta temperatura, o concentrado segue as etapas seguintes de congelamento e embalagem
  40. 40. Consulte este documento sobre Concentração de alimentos por evaporação

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