Equipos de evaporación

Hay una gran variedad de equipos para evaporar soluciones líquidas. Algunos equipos han sido usados desde mucho tiempo en otras industrias (Zsigmond, falling film, de placas, etc.), y en el último tiempo se han desarrollado y fabricado industria azucarera.

A continuación, se describen los equipos usados en IANSA. Todos los evaporadores constan de una superficie de calentamiento para transferir el calor del medio calefactor al fluido que se debe evaporar, y de un medio de separación efectiva de los vapores generados.

3.8.6.1

Evaporador Robert

Este es el equipo que tiene todas las Plantas excepto Curicó, que tiene una evaporación Zsigmond, modificada posteriormente en la misma Planta.

El evaporador Robert corresponde a lo que se denomina también evaporador de calandria. Es el flujo ascendente con los tubos cortos y recirculación natural, interna. Figura x. Han sido los más utilizados desde antiguo en la industria azucarera remolacha.

Fig. 14: Evaporador Robert.

Constan de un haz tubular vertical, con dos tubos de 1,2 – 2,5 [m] de largo, expandidos en sus extremos a sendas placas perforadas, circulares; cubierto externamente con un cilindro del diámetro de las placas y que conforma la calandria. El haz tubular tiene una perforación de mayor diámetro 200 – 300 [mm], que puede ser concéntrica a la placa o no, por donde se produce la recirculación interna del jugo; mezclándose una cantidad apreciable al jugo concentrado con el que va ingresando, de menor concentración.

Sobre la calandria va otro cilindro donde se produce el desprendimiento de los vahos generados por la ebullición llamada cámara de vapor, con un separador de gotas en la parte más alta de ella. Hay algunos diseños en que la calandria va separada del domo.

Las ventajas del evaporador Robert son: valores de k altos con diferencias altas de temperatura; baja altura hidrostática; fácil limpieza mecánica; costos relativamente bajos; simple operación y fácil automatización. Las desventajas principales son: transferencia de calor pobre a bajas temperaturas y bajos t; requieren de mayor espacio; mala transferencia de calor para líquidos viscosos; alta permanencia del jugo en el equipo, 30 – 45 [min].

3.8.6.2

Evaporador de film descendente

Este tipo de evaporador se encuentra en el IV efecto de Curicó, hay estaciones evaporadoras formadas sólo por este tipo.

En estos equipos el haz de tubos, generalmente 8 – 12 [m] está en la parte superior del equipo, y la cámara de vahos en la parte inferior, o a veces está unida lateralmente en la parte inferior del haz de tubos entrando los vahos en forma tangencial a la cámara.

En este vaporador el jugo ingresa por la parte superior del haz de tubos, y desciende por las paredes del tubo como un film. Este desciende, por efecto de la gravedad, en una capa fina moviéndose a cierta velocidad, dando como resultado un buen k, y además un reducido tiempo de contacto.

No tiene una presión hidrostática que aumente un punto de ebullición; esto permite usar menores diferencias de temperaturas, con una ventaja desde el punto de vista del color.

La separación líquida/vahos se produce normalmente en la cámara inferior del vapor.

Fig. 15: Evaporador de flujo descendente.

Lo más importante en un evaporador falling-film o de un flujo descendente es mantener una capa de jugo uniforme y continuo a lo largo del tubo, a fin de evitar sectores no mojados que significan quemar el jugo y disminuir la superficie de vaporación. Para evitar este problema, en primer término, el haz de tubos debe estar absolutamente vertical, además el jugo debe ser distribuido uniformemente alrededor de la periferia de cada

Las ventajas más interesantes de estos evaporadores son: buen valor de k; operación satisfactoria a bajos t, buen manejo de jugos termosensibles y viscosos; no hay presión hidrostática; baja necesidad de espacio de acuerdo a superficie de calentamiento.

La desventaja fundamental es conseguir una buena y homogénea distribución del jugo en cada tubo; no son recomendables para flujos variables, a no ser que esté automatizada la posibilidad de inyectar jugo directo o agua.

3.8.6.3

Evaporadores Zsigmond

Se han desarrollado algunos evaporadores en el último tiempo, que aprovechan las ventajas de unos y otros tipos para conformar un equipo con mejores características.

Uno de ellos es el evaporador Zsigmond. El cual se ha instalado una pieza helicoidal dentro de cada tubo en todas las etapas a fin de mantener siempre alta la velocidad del jugo, aumentando la turbulencia y con ello el k que llega a ser 30 – 60% mayor que en los Robert. Estos se usaban para concentrar jugo de tomate y se adaptaron a la industria azucarera por Zsigmond en Hungría. [8]

En este sistema se ha combinado evaporadores de tubos cortos, en que el jugo está obligado a pasar por varios haces de tubos, comunicados en serie, en los que está subdividida la calandria de cada etapa. Habitualmente el último efecto, o cuando el jugo ya está más viscoso, se usa un evaporador de flujo descendente con un helicoide en cada tubo, con recirculación.

Debido a la mayor concentración media del jugo, su menor nivel de los tubos y la mayor circulación en ellos, la permanencia del jugo en el evaporador es muy corta, del orden de 7 minutos. Por este hecho la destrucción térmica de sacarosa en ellos es de 0,02% s.R contra 0,15% s.R en un Robert, y el aumento de color es de sólo 1/6 comparado con el Robert.

Tiene el inconveniente de un mayor costo de inversión, y la susceptibilidad de ensuciamiento de la superficie de calentamiento con los problemas consecuentes para efectuar limpieza mecánica, ya que significa sacar todos los helicoides.

La Planta de Curicó se inició con una evaporación Zsigmond típica, pero debido a problemas presentados en la operación de ellos fue modificada, construyendo incluso 4 efectos, de flujo descendente, en el país.

3.8.6.4

Evaporadores de Placas

Otro equipo de más reciente es el evaporador de placas. En éste la superficie de calentamiento no es un haz tubular, sino que es un tipo de intercambiador de placas corrugadas de un espesor muy bajo 0,6 – 0,8 [mm] y una capa de jugo también muy pequeña. La mezcla de jugo y vapor producida en el intercambiador es expandida en una cámara de vapor contigua, en donde se produce la separación de vahos y jugo concentrado. El paso del jugo por las placas se produce por medio de una bomba, que le da a su vez una gran velocidad de paso con un k excepcional.

Las ventajas del evaporador de placas son: bajo costo de instalación incluso en inoxidable comparado con Robert y Falling-film; la capacidad es muy flexible, se agregan o sacan placas; áreas importantes de transferencia se puede disponer en un pequeño volumen; excelentes k; son menos susceptibles al ensuciamiento e incrustaciones debido a la velocidad del jugo; ocupan poco espacio; bajo tiempo de retención.

Las principales desventajas son: el punto débil está constituido por las empaquetaduras entre placas, las que se pueden romper, o morder con alguna frecuencia, por lo cual consume un poco más de mano de obra y repuestos que otros.

Estos evaporadores se pueden instalar para complementar alguna etapa deficitaria en superficie, es una buena solución para aumentar la capacidad de instalaciones existentes. En el caso el evaporador se instala al lado del evaporador existente (Robert), conectado al fondo de éste para traspasar el jugo y usar la cámara para separar el jugo y vahos. Esta es la forma en que se ha instalado en la Planta de Ñuble.