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CLA’08CLA’08

Prof. Claudio L. AguiarProf. Claudio L. Aguiar

Professor Doutor (MSProfessor Doutor (MS--3) na área de Tecnologia do Açúcar3) na área de Tecnologia do Açúcar

EVAPORAÇÃO EM MÚLTIPLOS EFEITOS

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1. INTRODUÇÃO

caldo misto decantado - solução diluída (13 a 15°Brix)– massa cozida (solução super concentrada: 90 - 95°Brix)

Remoção água- 2 fases -

Evaporaçãocontínua

cozimento

temperatura caldo decantado → mais próxima da temperatura da caixa.

Justificativas:a) maior consumo de vapor;b) difícil manuseio da massa cozida;c) necessidade de maior número de equipamentos;d) necessidade de maior número de operações.

– evaporação - sistema de múltiplos efeitos (xarope 55-65°Brix)– cozimento - sistema de simples efeito

Pré-evaporação - caldeira - vapor vegetal (0,7 kgf/cm2)Evaporação

em batelada ou intermitentecontínuo

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extraçãoV2

caldo misto

sulfitação(açúcar)

calagem

aquecimento primário

aquecimento secundário

ar

tanque de flash

decantador

3 4 521

reaquecimento

condensadorbarométrico

bomba de

vácuo

água

gases incondensáveis

evaporação

xarope2 3 4 5

condensados

V1 V2 V3 V4 V5

VE

aquecedoresdestilaria

cozedores

aquecedorescozedores

VE: vapor de escape

V1 a V5: vapor vegetal do efeito correspondente

caldo clarificado

V1

VE

sifão

purgador

lodo ao filtro

caldeira processo1,5 kgf/cm2

4

3

5

1 2 3 4

V2

V1

5

V3

2

1

V1

Simples efeito; usado em destilarias autonomas

Multiplo efeito; usado em fabricas de açúcar e em destilarias autonomas em condições especiais

ARRANJOS MAIS FREQÜENTES DAS PLANTAS DE EVAPORAÇÃO

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2. EVAPORAÇÃO

2.1. FUNDAMENTOS DA EVAPORAÇÃO

1ª fase - Pré-evaporação - 13 a 15°Brix → 20 - 25°Brixcondição operação temperatura: 115 -120°C

pressão: 0,69 - 0,99 Kgf/cm²

2ª fase – Evaporação: 20 a 25°Brix → 55-65°BrixTemperaturas: 107° < 55°CPressão: 0,37 Kgf/cm² < 64 cmHg

a) xarope diluído

maior consumo de vapor no cozimento;

maior tempo de cozimento;

necessidade de maior número de equipamentos;

escurecimento da massa cozida e,

maior cor do açúcar.

b) xarope muito concentrado

maior dificuldade na produção do pé de cozimento;

dificulta a condução do cozimento;

dificulta o controle de crescimento dos cristais;

facilita a formação de falsos cristais.

Fatores limitantes - concentração pela evaporação

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2.2. PRINCÍPIOS DE EVAPORAÇÃO EM MULTIPLO-EFEITO (Fundamentos)

Norbert Rillieux → foi o primeiro a definir os princípios básicos de evaporação - 1848.

a) Primeiro Princípio:“Em um evaporador de multiplo-efeito, cada quilograma de vapor, usado no primeiro vaso, evaporará tantos quilogramas de água quantos forem os números de vasos.”

Diante deste princípio, tem-se que:

no simples-efeito: 1 kg de vapor evapora 1 kg de água;no duplo-efeito: 1 kg de vapor evapora 2 kg de água;com n vasos: 1 kg de vapor evapora n kg de água.

Prática: [n max. vasos = 4 ou 5] (implicações técnicas e econômicas)

Webre: 1° vaso - 100% 3° vaso - 115%2° vaso - 107,5% 4° vaso - 121%

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b) Segundo Princípio:

“ A extração de vapor de qualquer unidade de um evaporador de múltiplo-efeito para ser usado em outro setor da fábrica conduz a uma economia que será igual ao número de quilogramas de vapor extraído, dividido pelo nº de vasos do conjunto e multiplicado pelo nº de ordem que o corpo ocupa”

Exemplificando-se, que W o peso de vapor, M o nº de vasos e N o nº de ordem que o vaso ocupa no conjunto de evaporação, a economia de vapor E será igual a:

E = W.NM

E1º vaso = 1. 1/4 = 1/4 ... E3º vaso = 1. 3/4 = 3/4

Prática → utiliza-se vapores dos vasos → aquecimento parcial do caldo ou outros fins. Entretanto, últimos vasos → t ºC mais baixas →sangria difícil.

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c) Terceiro Princípio:

“Em todo aparelho no qual se condensa vapor, é necessária extrair

continuamente a acumulação de gases incondensáveis que ficam,

internamente”.

Prática → instalam nos evaporadores dispositivos mecânicos

para a extração dos gases incondensáveis.

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2.3. EVAPORAÇÃO DO PONTO DE VISTA TERMODINÂMICO

TRANSMISSÃO DO CALOR E FUNCIONAMENTOVapor aquece superfície sólida - transfere calor

- transmissão de calor

* mecanismos principais

Elemento aquecimento - vapor - água estado gasoso - pressão maior atmosférica - 1°vaso- gases são vapores a pressão menor que atmosférica

- demais vasos quando pressão < atmosférica - vapores gerados

por condução* (meio sólido) - partícula/partícula

por convecção* (movimento de partículas frias/quentes) - gases e líquidos

por irradiação (vibrações eletromagnéticas) -superfície sólida/atmosfera (perdas)

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Características dos vapores

Vapor saturado - quando o vapor está a temperatura do líquido

gerador, esse vapor contém água, portanto é úmido.

Vapor superaquecido - é aquele que após obtido continuarmos a

aquecê-lo, com ele evapora a água contida ele é seco.

Título do vapor - é a quantidade de vapor seco que o vapor contém

vapor direto seco tem título = 0,95 a 0,97

vapor de escape tem título = 0,80 a 0,85

Vapores gerados:

pré-evaporador: vapor vegetal

demais corpos: vapor de sangria.

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Definições:

Calor específico: é a quantidade de calor necessária para elevar de 1ºC uma unidade de massa; cal/g/ºC ou Kcal/Kg/ºC

Ex: C = água = 1,0 cal/g/ºC; sacarose = 0,301 cal/kg/ºCC = 1 - 0,0056.Brix - sol. A 15Brix C = 0,916 cal/g/ºC

- 60ºBrix - C = 664 cal/g/ºC

Calor Sensível: é a quantidade de calor necessária para elevar uma unidade de massa (g ou kg) a pressão P, da temperatura de 0ºC até a temperatura de ebulição (tºC); Kcal/Kg

Calor Latente: é a quantidade de calor necessária para transformar um unidade de massa (g ou kg) a temperatura tºC em vapor a tºC; Kcal/Kg

Calor Total ou Entalpia: é a quantidade de calor necessária para transformar uma unidade de massa (g ou Kg) a 0ºC a vapor a temperatura tºC. Soma do calor sensível mais o latente; Kcal/Kg.

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2.4. CONSTRUÇÃO DE UM MÚLTIPLO-EFEITO

Facilidade de construção corpos do sistema (forma, altura, capacidade)

Aparelho4 partes

- Fundo- Calandra- Corpo cilíndrico- Cabeça

Detalhe da cabeça15

14CALANDRA EVAPORADOR TIPO ROBERTS

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CONSTRUÇÃO TECNICAS DE UM EVAPORADOR3.5 - Principais características construtivas dos evaporadores (Roberts)

h

1/3 h

vapor

caldovapor

vapor

caldo

agua condensada

caldo concentradop/ proximo efeito

lunetas

separador centrifugo

separador enchimento

tubo central

corpo

caixatubular

gases pesados

gases leves

válvula de segurança/al

ívio

V max 5 m/s

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16

Detalhe construtivo do conjunto de Múltiplo-Efeito

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Relações entre pressões, temperaturas e Brix.

2.5. FUNCIONAMENTO DE UM MÚLTIPLO-EFEITO

Pré 1° V 2° V 3° V 4° V P (Kg/cm²) 1,33 0,69 0,28 V (cmHg) 10 37 Calandra T (ºC) 125 115 107 96 82 P (Kg/cm²) 0,69 0,28 V (cmHg) 10 37 66 Câmara gases T (ºC) 115 107 96 82 52 Entrada 15 20 24 29 38 Caldo Brix Saída 20 24 29 38 60 18

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2.7 REMOÇÃO DO CONDENSADO

Purgadores - tipos:mecânicos, termostático e termodinâmico.

Drenos barométricos

Sifão em U

2.8 REMOÇÃO DOS INCONDENSÁVEIS

Tubos de gases amoníacais pressão positivapressão negativa

1° Vaso Tubo de sucção de gases

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2.9. INCRUSTAÇÕES E PROCESSOS DE LIMPEZA ( MECÂNICA, QUÍMICA E

BIOLÓGICO

Número de Caixas deEvaporação

1 2 3 4

% de distribuição daincrustação

35 20 10 35

Composição da incrustação

OrgânicoP2O5SiO5

Ácidos OrgânicosCarbonatos

So4CaO / MgO

Fe2O3

40255-

0-10-

2010

301510-

0-5-

25-306

201015---

20-404

59

10-355-20

-0-20

20-405-8

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Processos: (a) Mecânico:

→ tipos: raquete e chicoteflexível

(b) Químico:→ produtos: NaOH e HCl

de 1 a 2% (2 a 5h)

(c) Biológico:→ Solução diluída de

melaço de 15 a 20º Bx atécobrir o espelho (fermentação - 15 a 20 dias)

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EVAPORADORES ROBERTS

EVAPORADORES FALLING FILM

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PRODUÇÃO DE VÁCUO

Condensação do vapor produzido na ultima caixa de evaporação

Condensadores Barométricos + Bomba de Vácuo ou Multi-jato

Menor consumo de água – 35 – 40 l/kg vapor a ser condensado

• Produção de vácuo de até 26” Hg ou 0,16 kg/cm²

• Funcionamento por efeito cascata

• Necessidade de torre de resfriamento de água

(circuito fechado)

• Temperatura da água - 32°C

(grande influência no consumo de água )

• Necessidade de bomba de vácuo ou multi-jato para retirada dos gases incondensáveis

• Instalação – 11 – 12 m (tubo de selo hidráulico)

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PRODUÇÃO DE VÁCUO

Condensação do vapor produzido na ultima caixa de evaporação

Condensadores Multi-jato

Maior consumo de água – 40 - 45 l/kg vapor a ser condensado

• Produção de vácuo de até 26” Hg ou 0,16 kg/cm²

• Funcionamento por injeção de água a 1 kg/cm²

(Bicos injetores) – Arraste dos gases incondensáveis

• Necessidade de torre de resfriamento de água

(circuito fechado)

• Temperatura da água - 32°C

(grande influência no consumo de água )

• Instalação – 11 – 12 m (tubo de selo hidráulico)

Vapor

Água

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DIMENSIONAMENTO PRÁTICO DA PRE - EVAPORAÇÃO

Peso de água a ser evaporada:

Qa = Qc ( 1 – Bc / Bx )

Onde, Qa = Kg água evaporada, Qc = Kg caldo, Bc = Brix caldo e Bx = Brix xarope

EXEMPLO: moagem = 200 TCH, Kg caldo/TCH = 1.000, Brix Caldo = 13, Brix Pré-evaporador = 20

Qual as superfície do Pré-Evaporador?

a) Àgua a remover no Pré

Qap = 200 x 1.000 (1 – 13/20) = 70.000 Kg/h

Taxa de evaporação do Pré = 28 Kg/m²

Superfície do Pré-evaporador Sp = 70.000 / 28 = 2.500 m²

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Obrigado pela Atenção!

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