laboratorio nº 12-evaporación

Download LABORATORIO Nº 12-evaporación

Post on 30-Nov-2015

210 views

Category:

Documents

2 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

LABORATORIO N XX

Laboratorio de Operaciones Unitarias

Guas de prctica de laboratorio

LABORATORIO N 12

EVAPORACIN

I. INTRODUCCION

El objetivo de la evaporacin es concentrar una disolucin consistente en un soluto no voltil y un disolvente voltil. En la mayor parte de las evaporaciones el disolvente es agua. La evaporacin se realiza vaporizando una parte del disolvente para producir una disolucin concentrada. La evaporacin difiere del secado en que el residuo es un lquido a veces altamente viscoso en vez de un slido; difiere de la destilacin en que el vapor es generalmente un solo componente y aun cuando el vapor sea una mezcla en la evaporacin no se intenta separar el vapor en fracciones; difiere de la cristalizacin en que su inters reside en concentrar una disolucin y no en formar y obtener cristales. En ciertas situaciones, por ejemplo, en la evaporacin de salmuera para producir sal comn, la separacin entre evaporacin y cristalizacin dista mucho de ser ntida. La evaporacin produce a veces una suspensin de cristales en unas aguas madres saturadas.

La evaporacin es una operacin unitaria que se emplea para eliminar parcialmente por ebullicin agua de los alimentos lquidos. La separacin de agua o concentracin de slidos se logra por la diferencia en cuanto a volatilidad entre el agua (disolvente) y el soluto. La preconcentracin de alimentos como el jugo de frutas, leche y caf es deseable antes del secado, congelacin o esterilizacin a fin de reducir el peso y el volumen. El incremento de slidos por evaporacin reduce la actividad de agua, como en jaleas o melazas, y en consecuencia ayuda a la conservacin. La evaporacin tambin se utiliza para que un producto adquiera sabor y color, como es el caso de los jarabes caramelizados para productos de panadera.

La evaporacin es un proceso de concentracin de soluciones, en las que el disolvente se elimina por evaporacin o ebullicin. Uno de los objetivos primarios de la evaporacin es la reduccin de la cantidad y peso de los fluidos, lo que permite un ms eficiente transporte de las materias y un ms adecuado almacenamiento de las mismas. Otro objetivo importante que se pretende en los procesos de evaporacin es la eliminacin de grandes cantidades de agua de las soluciones previo a que el material sea introducido en alguna etapa de deshidratacin, por ejemplo la obtencin de leche en polvo. La evaporacin tambin se utiliza para reducir la actividad de agua aumentando el contenido de slidos solubles en alimentos, lo que ayuda a la conservacin de los mismos, ejemplo la obtencin de leche condensada o zumos concentrados de frutas. La evaporacin se ha utilizado de forma extensiva en diversas industrias alimentaras, como son las industrias lcteas de leche concentrada, en las industrias de zumos para obtener zumos concentrados, en industrias de conservas y mermeladas para obtener soluciones con alto contenido en azcar. La evaporacin tambin se utiliza para elevar el contenido de slidos solubles de soluciones diluidas antes de un proceso de deshidratacin de lquidos como la atomizacin o la liofilizacin.

Los procesos de evaporacin suponen la aplicacin de calor para vaporizar agua de la solucin en su punto de ebullicin. Debido a que muchas soluciones alimentaras son muy sensibles a la aplicacin del calor, se debe trabajar bajo condiciones de vaco o baja presin para que el punto de ebullicin sea ms bajo, y de esta forma perjudiquen en menor grado el alimento. Los factores bsicos que afectan la velocidad de evaporacin son los siguientes: 1) la velocidad a la cual la energa puede ser transferida al lquido, 2) la cantidad de energa requerida para evaporar cada kilogramo de agua, 3) la temperatura mxima permitida para que el alimento no quede afectado, 4) la presin a la cual se lleva a cabo la evaporacin, y 5) los cambios que pueden tener lugar en el alimento durante el curso del proceso de evaporacin.

Un evaporador es esencialmente un intercambiador de calor en el que un lquido hierve, generando una corriente de vapor. Se puede considerar un evaporador como un generador de vapor a baja presin en el que la corriente de vapor se puede utilizar como fluido calefactor de otros evaporadores. Cuando dos evaporadores se conectan en serie se denomina al conjunto evaporacin en doble efecto, cuando son tres se les denomina de triple efecto, y as sucesivamente. La utilizacin de evaporadores de mltiples efectos aumenta la eficacia de la energa global del sistema, aunque esta eficacia en el consumo energtico se traduce en un aumento del coste por el nmero de evaporadores instalados, ya que n efectos aproximadamente cuestan n veces el coste de un nico evaporador. El diseo ptimo de una planta de evaporacin se debe basar en un balance entre los costes de operacin y el capital invertido en la instalacin.

FIGURA 12.1 Esquema de la instalacin de un evaporador de simple efecto.

En la figura 12.1 se muestra un esquema de un evaporador. El caudal de vapor vivo de vapor de agua es wV, mientras que wA es el del alimento, obtenindose una corriente de vapor V y una de concentrado wC. El vapor desprendido V se lleva a un condensador donde condensa. Es importante resaltar que como muchas soluciones alimentaras son termolbiles, y pueden quedar afectadas si son expuestas a una temperatura demasiado elevada, es conveniente operar a vaco en la cmara de evaporacin, por lo que es necesario disponer de un dispositivo que lo realice. Asimismo, ser necesario que, en el condensador utilizado en la condensacin del vapor desprendido en la cmara de evaporacin, se disponga de una columna baromtrica que compense la diferencia de presiones con el exterior.

Se define la economa (E) de un evaporador como la cantidad de disolvente evaporada por unidad de vapor de calefaccin:

(12. AUTONUM )

1.1 Operacin de simple y mltiple efecto.

La mayora de los evaporadores se calientan con vapor de agua que condensa sobre tubos metlicos. Generalmente el vapor es de baja presin, inferior a 3 atm absolutas, y con frecuencia el lquido que hierve se encuentra a un vaco moderado, de 0,05 atm absolutas. Al reducir la temperatura de ebullicin del lquido aumenta la diferencia de temperatura entre el vapor condensante y el lquido de ebullicin y, por tanto, aumenta la velocidad de transmisin de calor en el evaporador. Cuando se utiliza un solo evaporador, el vapor procedente del lquido en ebullicin se condensa y desecha. Este mtodo recibe el nombre de evaporacin de simple efecto, aunque es sencillo, utiliza ineficazmente el vapor. Para evaporar 1 kg. de agua de la disolucin se requieren de 1 a 1,3 Kg. de vapor de agua. Si el vapor procedente de uno de los evaporadores se introduce como alimentacin en el elemento calefactor de un segundo evaporador, y el vapor procedente de ste se enva al condensador, la operacin recibe el nombre de doble efecto. El calor del vapor de agua original es reutilizado en el segundo efecto, y la evaporacin obtenida por unidad de masa del vapor de agua de alimentacin al primer efecto es aproximadamente el doble. El mtodo general para aumentar la evaporacin por kilogramo de vapor de agua utilizando una serie de evaporadores entre el suministro de vapor vivo y el condensador recibe el nombre de evaporacin en mltiple efecto.

FIGURA 12.2 Sistemas de circulacin de las corrientes fluidas para evaporadores de tres efectosLos principales tipos de evaporadores tubulares calentados con vapor de agua, actualmente utilizados son:

1. Evaporadores de tubos largos verticales.

(a) Flujo ascendente (pelcula ascendente).

(b) Flujo descendente (pelcula descentente).

(c) Circulacin forzada.

2. Evaporadores de pelcula agitada.

Evaporadores con un paso a travs y con circulacin. Los evaporadores pueden operar bien como unidades con un paso a travs o con circulacin. En la operacin con un paso a travs, el lquido de alimentacin pasa una sola vez a travs de los tubos, desprende el vapor y sale de la unidad como disolucin concentrada. Toda la evaporacin tiene lugar en un solo paso. La relacin de evaporacin a alimentacin est limitada en una unidad de un solo paso, por tanto, estos evaporadores se adaptan bien a la operacin en mltiple efecto, donde la concentracin total puede conseguirse en varios efectos. Los evaporadores de pelcula agitada operan siempre con un solo paso a travs; los evaporadores de pelcula ascendente y de pelcula descendente pueden tambin operar en esta forma.

Los evaporadores con un solo paso a travs son especialmente tiles para materiales sensibles al calor. Operando a vaco elevado se puede mantener baja la temperatura del lquido.

Evaporadores de tubos largos con flujo ascendente.

Los evaporadores de tubos largos verticales son especialmente eficaces para concentrar lquidos que tienden a formar espuma. La espuma se rompe cuando la mezcla de lquido y vapor de alta velocidad choca contra las placas deflectoras.

Evaporadores de pelcula descendente.

La concentracin de materiales altamente sensibles al calor, tales como el zumo de naranja, requieren mnimo de exposicin a una superficie caliente. Esto puede conseguirse en evaporadores de pelcula descendente de un solo paso, en los que el lquido por la parte superior, desciende por el interior de los tubos calentados de agua, y sale por el fondo. Los tubos son grandes, de 2 a 10 pulg. El vapor procedente del lquido generalmente es arrastrado hacia abajo y el lquido sale por el fondo de la unidad. Aparentemente estos evaporadores parecen largos cambiadores tubulares verticales con un separador de vapor en el fondo y un distribuidor de lquido en la parte superior.

Los evaporadores de pelcula descendente, sin recirculacin y con cortos tiempos de residencia, tratan productos sensibles que no pueden concentrarse de otra forma y se adaptan bien a la concentracin de lquidos viscosos.