evaporacao_cozimento2
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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
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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!
Prof. Claudio L. AguiarProf. Claudio L. Aguiar
Departamento de Agroindústria, Alimentos e NutriçãoDepartamento de Agroindústria, Alimentos e Nutrição34293429--41324132
[email protected]@esalq.usp.br CLA’08CLA’08