Evaporarea simpl continu = ndeprtarea solventului dintr-o soluie prin fierbere (vaporizare)doar o parte a solventuluievaporatoare (cu simplu efect)tehnica de lucru:nclzire (agent termic abur indirect)+ echilibru (L V, faze saturate) + ndeprtarea vaporilor natural!simbol uzual:Evaporatoare remember BM

scopul concentrarea soluiei (thick)construcie, funcionare schimbtor de cldur (heat exchanger) imersat n soluie, evi fierbtoare (calandria), film ascendent sau descendent, compresienotaii uzuale abur primar i secundar, deiaburul primar se reduce din bilanul total:

(deci nu se poate obine din bilanurile de materiale).Evaporatoare remember BM

Practic, BM este doar pentru incinta soluiei!se consider mai justificat dect la decantare! c nu exist solid n vapori: w2 = 0!bilanul parial simplificat conduce tot la:

de regul, soluii binare (S L, L L)important i condensarea ulterioar a vaporilorEvaporatoare remember BM

Evaporarea multipl (aceeai operaie, n trepte ~ identice)se consider 2trepte (serie, cascad)- uzual 3, 6 sau 8interconectare pentru soluie dari pentru abur (dac) n contracurent!circulaia ntreabur primar doar II!Evaporatoare remember BM

cu simplificrile uzuale la evaporare, bilanurile de materiale sunt (toate independente?):Evaporatoare remember BM

Evaporatoare remember BTEvaporarea simpl i multiplnclzire indirect, cu aburcare condenseaz nmanta de fapt, unschimbtor de cldurimersat n soluie(schema de circulaie?)Aburul primar doar condensare(cedeaz numai cldura latent)

Evaporatoare remember BTDebitul Gm,0 numai din BT, cci transferul termic este singura legtur cu incinta soluiei Utilitate!BM + BP:Sunt marcate intrrile i ieirile, multe la saturaie (convenia)T2 sau chiar mai mare (supranclzit!) corespunde soluieiGT,4 pierderi (neglijate sau %);GT,5 efect ebulioscopic endoterm (~Gn!) neglijat cnd concentrarea nu-i mare

Evaporatoare remember BTAproximaie uzual conservarea (aditivitatea) echivalenilor n ap:

(valabil la concentraii mici!)BT:Unde mai existo aproximaie detip aditiv?

Evaporatoare remember BT

Recuperarea cldurii ntr-o singur treapt de evaporare condensul primar (ns nu-i suficient la soluii apoase!) sau aburul secundar (prenclzirea = eficiena!) n schema:

Evaporatoare remember BTLa evaporare multipl nu trebuie prenclzire dect la primul!

Condensarea cu contact (abur) direct condensator barometricLa bateriile de evaporatoare, circulaia soluiei ntre trepte (uniti) se realizeaz prin coborrea succesiv a presiunii - se elimin pompele

Evaporatoare remember BTDup ultimul evaporator se insereaz un condensator barometric, avnd un dublu rol protejarea pompei de vid i recuperarea aburului saturat destins (aflat la o presiune foarte mic, mult subatmosferic!) sub form de condensRecuperarea contact direct cu apa receConstrucie icane, coloan cu rol de compensare a presiunii atmosferice (destul de nalt!)

GmG

GmR

GmV

GmL

h", T"

h', T'

h0, T0

pC, TC

Evaporatoare remember BTCirculaia contracurentGazele antrenate se neglijeaz (< 1%):BM:BP nu exist, cci ap peste tot, iar din BM dou necunoscuteBT pentru calculul debitului de utilitate, GmR:

Evaporatoare remember BTAcelai lucru se obine utiliznd bilan termic net referina chiar TC:

- se schimb doar intervalul de mediere al cldurii specifice mai sigur!

OUTT Curs 5Evaporatoare rememberInstalaii de evaporare i variante de operare:

OUTT Curs 5

OUTT Curs 5Evaporatoare remember

OUTT Curs 5

OUTT Curs 5Evaporatoare remember

OUTT Curs 5

Factori ce influeneaz evaporareapentru soluia diluatcantitatea (sau debitul)concentraiatemperaturaproprietile fizice ale soluieipresiune de vaporitemperatur de fierberecldur de vaporizarecldur specificconductivitate termicdensitateefectul ebulioscopic: soluiile unor substane fierb la temperaturi mai mari dect solventul pur, la aceeai presiune

Factori ce influeneaz evaporarea

sensibilitatea termic (multe produse din industria farmaceutic i cosmetic se pot degrada la nclzire; degradarea duce la o pierdere de calitate prin decolorare, caramelizare i prin scderea valorii nutritive de exemplu, degradarea vitaminelor i enzimelor; degradarea crete cu creterea temperaturii i cu durata nclzirii, de aceea, produsele termolabile trebuie s fie supuse operaiei de concentrare prin evaporare pe durate scurte i la temperaturi ct mai mici. )

Factori ce influeneaz evaporareapentru produsdebit (cantitate)concentraie finalproprieti fiziceviscozitatetendina de spumare (foaming)tendina de a depune crustecomportarea la fierberesensibilitate termic

Factori ce influeneaz evaporareaOperaia n ansamblucondiiile de operare (continu, discontinu, simpl sau multipl)tipul evaporatoarelor (presiunea hidrostatic n evaporatoare cnd fierberea unui lichid se face n strat gros, presiunea hidrostatic a lichidului se adaug presiunii de la suprafaa lichidului, ceea ce conduce la creterea temperaturii de fierbere, cu ct nlimea stratului de lichid este mai mare)circulaia soluiei i vaporilor n instalaia de vaporizareconsumul de abur, de ap de rcire, de energie electriccosturi de investiie i de operarealegerea materialelorcondiiile de amplasare a utilajelorrespectarea legislaiei n vigoare referitoare la prevenirea accidentelor de munc, la protecia mediului

Evaporarea simplfierberea soluiei diluate pn la atingerea concentraiei finale dorite (ntr-un singur utilaj)

vaporii rezultai din fierbere, de regul, sunt condensai

fierberea poate avea loc la presiune atmosferic sau sub depresiune (vid)

evaporarea simpl poate fi continu sau discontinu

Evaporarea simplevaporarea sub depresiune consum mai mult cldur dect cea la presiune atmosferic, deoarece la temperaturi de fierbere mai sczute i cldura de vaporizare este mai mare; totui, aplicaii diverse n industria farmaceutic, deoarece:temperatur mai joas de fierbere;pierderi mai mici de cldur n exterior;protejarea substanelor termolabile;producie mai mare prin mrirea diferenei de temperatur ntre aburul primar (de nclzire) i temperatura lichidului n fierbere;dimensiuni mai reduse ale evaporatoarelor;posibilitatea folosirii aburului primar de presiune joas;economie de metal prin micorarea presiunii necesare aburului primar

Calcul evaporare simplBM, BP, BM+BP => debitul de abur secundarBT => debitul (masic) de abur primarDimensionare:unde:GT,0 debitul termic al aburului primar (din BT)KT coeficient total de TTTutil = T Tpierdut = Tv Tve Tpierdut

Calcul evaporare simplKT depinde de:constantele fizico-chimice ale soluiei (care sunt funcii de temperatur i concentraie)adncimea stratului de soluie n vaporizatormodul i intensitatea circulaiei soluiei n interiorul vaporizatoruluiprezena depunerilor pe suprafeele de nclzirenlimea la care ncepe fierberea soluieilungimea evilor fierbtoarepoate s varieze foarte mult de la un tip de evaporator la altul, sau chiar pentru acelai evaporator dac s-au fcut mici modificri constructive, sau au avut loc modificri ale proprietilor soluiei, sau ale condiiilor de vaporizare

Calcul evaporare simplTpierderi este o sum de pierderi:creterea temperaturii de fierbere a soluiei fa de cea de fierbere a solventului (ebulioscopie)cderea hidrostatic de temperaturcderea hidraulic de temperaturTv temperatura de fierbere a soluieiTve temperatura de ieireevacuare vapori din vaporizator (pentru sistem n contrapresiune)a vaporilor n curs de condensare (pentru sistemele care lucreaz n vid)

Clasificare dup modul de nclzirecu sisteme tubulare de nclzire (clasice)cu serpentine, manta de abur, plci plane i altelenclzite prin contact direct ntre lichidul care fierbe i mediul de nclzirenclzite cu energie solar

Concentrator cu mantaS se calculeze debitul de abur de 1 atm necesar concentrrii prin evaporare a unui debit de suc de roii de 500 kg/h, dac se cunosc:- presiunea n evaporator 0,2 atm,- concentraia iniial a soluiei 6% (masice)- concentraia final a soluiei de 35%.Soluia se introduce la temperatura de fierbere (61C).Estimai aria de transfer termic a vaporizatorului dac valoarea coeficientului total de transfer termic este 500 W/m2K.Constante fizice:cldura de vaporizare a apei la 0,2 atm, rw=2358*103J/kg, cldura de condensare a aburului de1 atm, ra=2264*103J/kg

Concentrator cu mantaRezolvareCalculul debitului de vapori secundari:

Calculul cantitii de cldur necesar vaporizrii apei, deoarece soluia introducndu-se la temperatura de fierbere nu mai trebuie nclzit:Debitul de abur necesar, dac se neglijeaz pierderile de cldur:

Calculul diferenei de temperatur n vaporizator:

Calculul ariei de transfer:

Clasificare dup modul de circulaiecu circulaie natural, care la rndul lor pot ficu tub central de circulaiecu evi orizontalecu circulaie foratevaporatoare n film care la rndul lor pot ficu film ascendentdescendent saui ascendent i descendentcu film realizat prin dispozitive mecanice (Luwa)evaporatoare cu plci

Evaporator vertical cu tub central1 - mantaua evaporatorului2 - plci tubulare3 - evi fierbtoare4 - tub central de circulaie5 - intrarea aburului de nclzire6 - ieirea condensatului7 - aerisire pentru evacuarea gazelor necondensabile8 - alimentarea soluiei diluate9 - ieirea soluiei concentrate10 - ieirea vaporilor secundari11 - vizoare

Evaporator vertical cu tub centralse mai numete de tip Robertsistemul tubular de nclzire este montat n partea inferioar a evaporatorului i const dintr-un tub de diametru mare i din evi fierbtoare de diametre mult mai mici dect tubul centralsoluia n evaporator circul descendent prin tubul central unde nclzirea este mai slab i continu apoi deplasarea prin evile mai subiri unde din cauza vaporilor formai are densitate mai mic i circul n sens ascendent, rentorcndu-se n tubul central unde nclzirea este mai slabvaporii formai sunt evacuai prin partea superioar a evaporatorului (10), iar soluia concentrat se evacueaz prin partea inferioar (9)circulaia n acest evaporator este dependent n ntregime de fierberea soluiei, astfel nct dac fierberea nceteaz orice solid prezent n sistem sedimenteaz de aceea, un astfel de evaporator poate fi folosit i n operaii de cristalizarepentru a evita separarea solidului se poate monta un agitator n tubul central (se poate dubla capacitatea unui evaporator cu tub central obinuit i se diminueaz depunerile pe evi) datorit folosirii agitatorului acest tip modificat de evaporator poate fi ncadrat i n clasa evaporatoarelor cu circulaie forat:

Evaporator vertical cu agitare n tubul central (propeller calandria) Agitatorul de tip elice poate fi montat i n partea inferioar a evaporatorului n funcie de necesiti O cerin important legat de montarea agitatorului este reducerea fenomenului de cavitaie (?)

Evaporator vertical cu evi mai lungi (VV)O alt perfecionare adus modelului iniial (cu tub central) este suspendarea sistemului de nclzire, pentru a obine o mai bun repartizare a aburului prin evile fierbtoare i o mai bun circulaie a lichidului n spaiul inelar periferic ntre nclzitor i mantaua evaporatorului.

1 - evi fierbtoare2 - tub central de circulaie3 - spaiu de vapori4 - separator de picturi

Evaporatoare cu tub centralAvantaje:coeficieni mari de transfer termic la diferene mari de temperaturcamer de vapori miccurire mecanic uoarrelativ necostisitoareDezavantaje:transfer termic slab la diferene mici de temperatur i la temperaturi sczutegreutate mare i fundaii puternice reinere (zestre) destul de maretransfer termic slab pentru fluide viscoaseRecomandri:pentru soluii clarepentru cristalizare n varianta cu agitatorpentru lichide necorosivepentru soluii care nu depun cruste

aburul circul prin evi, iar lichidul de vaporizat printre evi evile sunt prinse ntre dou plci tubulare i modul de aranjare a evilor influeneaz transferul termic evile pot fi aranjate n triunghi echilateral sau n ptrat - dei aranjarea acestora n triunghi mrete suprafaa de transfer, totui se prefer aranjarea n ptrat pentru c este mai avantajoas din punct de vedere al transferului prin convecie liber de la peretele evilor la soluia care fierbeEvaporatoare verticale cu evi nclzitoare orizontale

Evaporatoare verticale cu evi nclzitoare orizontale1 - intrare abur primar2 - camer de distribuie a aburului3 - fascicul de evi nclzitoare4 - camer pentru colectarea condensatului5 - evacuare condensat6 - intrarea soluiei diluate7 - spaiu de fierbere8 - ieirea vaporilor secundari9 - ieirea soluiei concentrate10 - aerisire, 11 - vizoare

Evaporatoare verticale cu evi nclzitoare orizontaleAvantaje:ieftineuor de instalatnu necesit spaiu de vaporizare mareDezavantaj:circulaia numai prin convecie natural a soluieiRecomandri: sunt bune pentru concentrarea lichidelor care nu cristalizeaznu se pot folosi pentru soluii viscoase