Sistemas evaporadores multiple efecto en la industria de la ingenieria quimica

Evaporadores múltiple efecto

La evaporación múltiple efecto (EME) es la operación unitaria más usada en la industria para la concentración de soluciones, su implementación se centra en la industria de alimentos en donde se utiliza para la concentración de jugos de verduras, frutas, soluciones azucaradas, leche y otras soluciones acuosas (Miranda & Simpson, 2005). Como se explicó anteriormente el proceso de evaporación requiere una gran cantidad de energía para cumplir su objetivo de eliminar grandes cantidades de agua presentes en la solución que se desea concentrar utilizando un vapor a alta presión y temperatura, por lo cual el uno de los grandes retos que acarrea el diseño de este tipo de operaciones unitarias es el ahorro y aprovechamiento máximo de la energía (Q.Ruan ; H. Jiang ; M. Nian & Z. Yan. 2015).

En la evaporación de efecto simple el vapor que interactúa con la solución se condensa y no es reutilizado de forma directa en el proceso, esta situación es aceptable cuando la concentración deseada es alcanzada de forma rápida lo cual es algo que también depende de las propiedades de la solución pero en la mayoría de las veces esto no es posible por lo que se debe implementar un tren de evaporadores que reutilicen el calor latente del vapor que sale como un nuevo vapor vivo y este se pone en contacto nuevamente con la solución hasta que se llega a la concentración deseada, para el caso de la industria la solución que se evapora usualmente son materiales sensibles al calor con el fin de mantener el contenido de nutrientes y sabores naturales de jugo de frutas, se debe evaporar a baja temperatura y baja presión. Eso hace que el punto de ebullición de la solución en el primer efecto y la temperatura del vapor de calefacción no debe ser demasiado alto, lo que conduce a la diferencia de temperatura efectiva total para la transferencia de calor no es lo suficientemente grande. En consecuencia, el aumento de efecto está sujeto a limitaciones técnicas en el proceso de evaporación de múltiples efectos. En general, tres o cuatro efectos son más comunes en el proceso de evaporación de la industria alimentaria (T. Chen & Q. Ruan. 2016).

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Dejando claro que el sistema múltiple efecto es mejor que el sencillo, muchos investigadores han dedicado su trabajo a encontrar nuevas tecnologías que permitan un funcionamiento más provechoso del sistema, diseñando esquemas de reducción energética (ERE) como la compresión la compresión térmica, la compresión mecánica del vapor, parpadeo del condensado, optimizado de flujo y otros que serán explicados posteriormente. Los evaporadores múltiple efecto los podemos dividir en dos categorías de acuerdo su método alimentación y su método de reducción energética.

Métodos de alimentación

La forma en que se alimenta la solución que se desea concentrar el crucial para el desempeño del sistema de evaporación por lo que se deben establecer criterios de selección acordes a las circunstancias para implementar el mejor evitando perdidas de calidad en el producto final, desperdicio de materia prima y gastos energéticos incensarios en la producción del vapor. De acuerdo a la alimentación de la solución el EME puede ser co-corriente, contracorriente, paralelos o mixtos (S. Chantasariwan 2015)

Sistema contracorriente

Para los esquemas de contracorriente, se tiene n número de evaporadores conectados en serie entre sí, el flujo de alimento va de efecto en efecto y el vapor vivo entra al sistema por el primer evaporador fluyendo en dirección opuesta. El vapor que sale del efecto 1 se alimentara al efecto 2 como vapor de calentamiento y así sucesivamente para los n evaporadores. El proceso de evaporación genera cantidades considerables de calor el cual se disipa en el medio, para sacar provecho de esto el agua condensada saliente del efecto ( que tiene temperatura elevada) se envía al sistema de evaporación, disminuyendo el requerimiento energético y así para cada efecto menos el ultimo (Q.Ruan ; H. Jiang ; M. Nian & Z. Yan. 2015).

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Sistema co-corriente

Para los esquemas de co-corriente, se tiene n número de evaporadores conectados en serie entre sí, el flujo de alimento y el vapor vivo entra al sistema por el primer evaporador fluyendo en la misma dirección, esto causa que los vapores pobres hagan contacto con una solución cada vez más rica por lo que el aumento en la concentración es menor que en el contracorriente. Los sistemas co-corriente se usan cuando la sustancia es muy sensible a la temperatura por lo que un vapor desgastado es mejor que uno vivo cuando existe una concentración más elevada de producto.

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