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. 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. 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. 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. 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
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
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. 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.
13. Evaporador de efeito triplo com alimentação paralela
Condensado de vapor
Vapor de
aquecimento
Condensado de vapor
do processo
Licor
Concentrado
14. 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
15. 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
20. 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
21. 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
24. 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
26. 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
27. Evaporador de película descendente
com saída de vapor pelo fundo
Evaporador de película descendente
com saída de vapor pelo topo
29. 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.
31. 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
36. 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
37. 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
38. 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
41. 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
