por William B. Glover, Ingeniero Profesional,Gerente de Ingeniería

William L. Hyde, Gerente GeneralLCI Corporation, Charlotte, Carolina del Norte

Reimpreso de la edicion de Febrero 1997

Evaporación deProductos Difíciles de

Procesar

T H E M A G A Z I N E O F T H E C H E M I C A L I N D U S T R YProcessingChemical

a clave para la eficiente y económicaconcentración, destilación, odevolatilización de un producto esta

en la selección de la tecnología mas apropiadapara el proceso. Evaporadores tubulares, ya sea de tipocontinuo o por lotes, tales como los decirculación forzada, de película ascendente,o de película descendente han sido utilizadosexitosamente para una gran variedad demateriales. Sin embargo, estos han sidomenos exitosos con líquidos viscosos,sensitivos a altas temperaturas, embarrosos,o de alta temperatura de ebullición. Degradación debido a largo tiempo deresidencia, embarrado de la superficie detransferencia de calor, taponado de los tubos,y altas caídas de presión debido a altasviscosidades son problemas comunes deoperación.

con cuerpos térmicos y rotores cilíndricoso cónicos. El evaporador de película fina agitada (ode película untada) consiste en un cuerpocalentado (cuerpo térmico) y un rotor. Elrotor puede ser uno de varios tipos de diseñoen el cual no hay claro entre el rotor y elcuerpo térmico (cero-claro o diseño untado),o de tipo de claro fijo, o, en el caso de unrotor cónico, un diseño de claro ajustablepuede ser usado. La mayoría de losevaporadores de película fina agitada enoperación hoy en día son del diseño verticalcon rotor de claro fijo. Dentro de evaporador de diseño vertical,el producto entra tangencialmente a launidad, arriba de la zona calentada, y esdistribuido uniformemente sobre lacircunferencia interior de la pared del cuerpopor el rotor (Figura 2). El producto desciendeen espiral por la pared, mientras olas de proacausadas por las cuchillas del rotor generanflujo altamente turbulento, resultando en

flujo optimo de trans-ferencia de calor. Componentesvolátiles son evapor-ados rápidamente.Vapores fluyen ya seacon-corriente o, mascomúnmente, contra-corriente dentro de launidad, dependiendode la aplicación. Enambos casos, losvapores están listospara ser condensadoso procesadossubsiguientementesegún salen de launidad.Componentes no-condensables sonevacuados hacia lasalida de descarga dela unidad. Lavadocontinuo por las olasde proa minimiza elembarramiento de lasuperficie de

L

Evaporación de Productos Difíciles de Procesar

Pared calentada

Olas de proa

Película fina turbulenta

Cuchilla delrotor

Como trabaja la tecnología de películafina agitada Evaporación por película fina agitada haresultado muy exitosa con productos difícilesde procesar. Poniéndolo simplemente, estemétodo rápidamente separa loscomponentes volátiles de los componentesmenos volátiles usando transferenciaindirecta de calor y agitación mecánica dela película del producto que fluye bajocondiciones controladas. La separaciónnormalmente se lleva a cabo bajocondiciones de vacío para maximizar ladiferencia de temperatura mientras semantiene la mas favorable temperatura delproducto, y para maximizar la remoción yrecuperación de volátiles. Hoy en día se encuentran comercialmentedisponibles una variedad de diseños deevaporadores de película fina agitada.Evaporadores de película fina agitada puedenser verticales u horizontales, y pueden contar

Fig. 1. Mecanismos de operación de evaporación por película fina agitada

Evaporación por película fina agitada supera problemas comunes

William B. Glover, Ingeniero Profesional, Gerente de IngenieríaWilliam L. Hyde, Gerente GeneralLCI Corporation, Charlotte, Carolina del Norte

EVAPORACION / DESTILACION / CRISTALIZACION

F e b r e r o 1 9 9 7 C H E M I C A L P R O C E S S I N G

Concentrado (lodos)

Vapor(con-corriente)

Vapor(contra-corriente)

Alimentación

Chaqueta deCalefacción

Flujo deAlimentac

Rotor

transferencia de calor donde el producto oel residuo se encuentra mas concentrado. La combinación de tiempo de residenciaextremadamente corto, angosta distribuciónde tiempo de residencia, alta turbulencia, yrápida renovación de la superficie permitenla evaporador de película fina agitadaexitosamente manejar materiales viscosos,embarrosos, y sensitivos al calor. Un bajonivel de cantidad de producto dentro de launidad y operación muy cerca del punto deequilibrio en la zona de proceso son factoresimportantes para productos altamentereactivos. Evaporadores de película finaagitada tienen una alta flexibilidad deprocesado, y un solo sistema puede muchasveces ser diseñado para procesar diversosproductos bajo variadas condiciones de

Concentración de productosalimenticios y farmacéuticosProductos alimenticios y farmacéuticossensitivos a altas temperaturas de las masaltas normas de calidad pueden serexitosamente procesados en evaporadoresde película fina agitada. Flujos diluidos dealimentación pueden ser concentrados hastasu especificación final en segundos y sinrecirculación, preservando así la calidad yrendimiento. Generalmente, al ir incrementado elcontenido de sólidos en el caudal, lasensitividad a la temperatura y la viscosidadtambién van en aumento, creando lanecesidad para un corto tiempo de residencia. La tecnología de película fina agitada cumplecon estas necesidades al mismo tiempo queinduce altas tasas de transferencia de calor.

Aplicaciones típicas incluyen:■ “Secado” de lecitina hasta 99.5%;■ Concentración de soluciones

azucaradas hasta 99.9%;■ Concentración de enzimas, vitaminas,

y proteínas;■ Concentración de purés de frutas y

vegetales;■ Concentración de base de queso;■ Concentración de soluciones

biológicas;■ Remoción de solventes de extractos

vegetales y de plantas;■ Remoción de agua y solventes de

brodos de fermentación (ejemplo,antibióticos).

Recuperación de recursosSistemas de evaporación por película

fina agitada son usados de manera extensaen la purificación y recuperación de recursoscomo son solventes y aceites. La habilidadde sistemas de evaporación por películafina agitada para manejar caudales difícilesde procesar, y su flexibilidad los hacenaptos para esta aplicación.

Aplicaciones típicas para purificación yrecuperación incluyen:

■ Reciclado de solventes de pinturas,grasas, aceites, y resinas;

■ Recuperación de productos orgánicosde breas y residuos;

■ Recuperación de ácido acético deflujos residuales de desperdicio;

■ Destilación a vacío y purificación deaceites lubricantes usados;

■ Destilación y recuperación de glicerinapura de flujos crudos;

■ Reducción de volumen de flujos desales inorgánicas en la industria nuclear;

operación. La tecnología depelícula fina agitada esuna buena selección paraprocesos o productosque contienen com-ponentes vaporizables oparcialmente vaporiz-ables que deben serremovidos para mejorarcalidad, aumentarrendimiento, mejorarrecuperación, mejorareconomías de operación,o para contenciónambiental.

Químicos orgánicossensitivos Los evaporadores depelícula fina agitada sonampliamente usados enla destilación de orgán-icos con alto punto deebullición y sensitivos aaltas temperaturas. Elcorto tiempo de residen-cia y la habilidad deoperar a una presióninterna muy baja y sincabeza estática (lo quereduce el punto deebullición) resulta en un

Fig. 2. Evaporación por película fina agitada vertical

producto de excelente calidad y altosrendimientos. Al remover orgánicos volátiles de uncaudal, se pueden obtener lodos con unmínimo de contenido volátil. Esto se logragracias a la alta tasa de transferencia de masaen la difusión de volátiles en la película finaagitada. Muchos de estos materialesorgánicos son difíciles de manejar debido asus altos puntos de ebullición, altos puntosde derretido, tendencia a embarrar lassuperficies de transferencia de calor, y laposibilidad de degradación al exponerlos alcalor.

Aplicaciones típicas de este procesoincluyen:

■ Purificación de hidrocarburosclorinados, monómeros y otros productosintermedios;

■ Purificación y separación decomponentes en productos petroquímicosy aceites naturales;

■ Purificación y separación de aceitesgrasos;

■ Purificación de isocianatos;■ Purificación y mejoría de aceites

esenciales;■ Mejoría de vida útil y reactividad para

herbicidas, insecticidas, y fungicidas.

Sistemas de evaporación porpelícula fina agitada sonampliamente usados en ladestilación de productosorgánicos de alto punto deebullición y sensitivos a altastemperaturas.

EVAPORACION / DESTILACION / CRISTALIZACION

F e b r e r o 1 9 9 7 C H E M I C A L P R O C E S S I N G

■ Recuperación de polímero en elreciclado de papel con revestimiento deplástico.

Devolatilización de productos viscosos En muchos productos, la viscosidadaumenta rápidamente según aumenta alconcentración o según las reacciones depolimerización se acercan a su com-pletación. Esta es un área donde procesa-dores de película fina mecánicamenteagitada y de flujo transportado propor-cionan una marcada ventaja. Rotores especialmente diseñados hacenposible el transporte por el evaporador demateriales con viscosidades de hasta 15millones de centipoise. Evaporadores depelícula fina agitada también proveen mas

altas eficiencias de transferencia de calor yde transferencia de masa para flujos viscososque las eficiencias posibles con otramaquinaria, tales como pailas deevaporación instantánea y extrusoresventilados.

Aplicaciones típicas para devolatilizaciónson:

■ Remoción de reactantes, solventes, ymonómeros a niveles de partes por millónde termoplásticos y plásticos diseñados;

■ Remoción de monómeros ysolventes volátiles de resinas acrílicas;

■ Remoción de agua y fenoles libres deresinas fenólicas;

■ Reacción y Remoción de caprolactadel Nylon 6;

■ Remoción de monómeros depolímeros de silicón;

■ Reacción y Remoción de condensadosde polímeros.

Las tecnologías mecánicas y de procesode sistemas de evaporación por películafina mecánicamente agitada son yacomprobadas y fiables y debieran serconsideradas siempre cuando una aplicaciónresulte ser difícil de manejar paraevaporadores tubulares convencionales.Frecuentemente una combinación deevaporador tubular y evaporación porpelícula fina agitada resulta ser la soluciónoptima.

n Para recibir mayor información sobreevaporación por película fina agitada,contacte a LCI Corporation en Charlotte,Carolina del Norte, USA.

LCI CorporationAptdo PO Box 16348Charlotte NC 28297-8804USATel 704-394-8341Fax 704-392-8507Correo electrónico info@lcicorp.comPagina en la red: www.lcicorp.com