Evaporador tubular de película descendente

Princípio de funcionamento

1. Distribuição de Líquido e Formação de Filme: O líquido de alimentação entra no distribuidor de líquido (por exemplo, um distribuidor de filme) pela parte superior do evaporador e é distribuído uniformemente até a parte superior de cada tubo de aquecimento.

Sob a influência da gravidade, da indução de vácuo e do fluxo de ar, o líquido flui para baixo ao longo da parede interna dos tubos de aquecimento de maneira semelhante a uma película, formando uma fina película líquida.

2. Evaporação e Transferência de Calor: O fluido de aquecimento (por exemplo, vapor) flui externamente aos tubos, transferindo calor para a película líquida através das paredes dos tubos, fazendo com que o solvente na película líquida evapore e vaporize rapidamente.

O vapor secundário gerado pela evaporação, juntamente com algum líquido não evaporado, entra na câmara de separação gás-líquido.

3. Separação e condensação gás-líquido: Na câmara de separação, o vapor e o líquido são separados fisicamente (por exemplo, por ciclone ou decantação por gravidade). O vapor entra no condensador para condensação e recuperação, enquanto o líquido concentrado é descarregado pela parte inferior da câmara de separação.

4. Operação de Múltiplos Efeitos (Opcional): Ao conectar evaporadores de múltiplos efeitos em série, o vapor secundário do efeito anterior pode ser usado como meio de aquecimento para o próximo efeito, alcançando a utilização de energia em múltiplos estágios e reduzindo significativamente o consumo de energia.

Estrutura e componentes principais

1. Feixe de Tubos de Aquecimento: Composto por múltiplos tubos de aquecimento verticais ou inclinados, com a parede interna servindo como superfície de evaporação. Os materiais incluem aço carbono, aço inoxidável ou ligas resistentes à corrosão.

2. Distribuidor de Líquido: Um componente crítico que garante a distribuição uniforme do líquido até o topo de cada tubo de aquecimento, formando uma película líquida estável (ex.: distribuidor espiral, distribuidor de bico).

3. Câmara de Separação Gás-Líquido: Localizada na parte inferior do evaporador, utilizada para separar o vapor e o concentrado. Um desembaçador interno impede o arraste de líquido.

4. Câmara de evaporação por aquecimento: Inclui o casco, a placa tubular, os defletores, etc. O casco pode ser projetado como um recipiente para pressão atmosférica ou para vácuo, dependendo da pressão.

5. Sistema de Condensação: Normalmente um condensador de casco e tubos ou de placas, usado para condensar vapor secundário e recuperar solvente ou energia térmica.

6. Sistema de Circulação (projeto parcial): Inclui tubos ou bombas de circulação integrados para pré-aquecer o líquido ou manter a dinâmica estável do fluido dentro dos tubos.

Principais características e vantagens

1. Alta eficiência de transferência de calor: O fluxo de película líquida fina e turbulenta resulta em baixa resistência térmica e um coeficiente de transferência de calor global significativamente maior do que os evaporadores tradicionais.

A ausência de elevação do ponto de ebulição devido à pressão estática do líquido resulta em uma alta utilização da diferença de temperatura efetiva.

2. Adequado para materiais sensíveis ao calor: O curto tempo de permanência do material (5 a 10 segundos) evita a decomposição ou deterioração causadas pela permanência prolongada em altas temperaturas.

3. Fortes propriedades anti-incrustantes: O rápido fluxo da película líquida reduz a tendência de incrustação na parede do tubo, e a manutenção pode ser realizada por meio de limpeza mecânica, química ou com água de alta pressão.

4. Alta flexibilidade operacional: Adaptável a diferentes vazões e concentrações de alimentação, com controle flexível da taxa de concentração através do ajuste de parâmetros como vazão e temperatura de alimentação.

5. Economia de energia e redução do consumo: A operação com múltiplos efeitos reduz significativamente o consumo de vapor, e alguns modelos podem recuperar o condensado ou o calor residual.

6. Estrutura compacta e confiabilidade: Tamanho reduzido do equipamento, pequena área ocupada; estrutura tubular robusta, alta resistência à pressão e baixos custos de manutenção.

Áreas de aplicação

1. Indústria Química: Concentração de soluções (ex.: sais inorgânicos, ácidos orgânicos), recuperação de solventes, purificação por destilação.

2. Alimentos e Bebidas: Concentração de sucos de frutas, produtos lácteos e xaropes, preservando o sabor e os nutrientes.

3. Área farmacêutica: Concentração e separação de extratos de medicamentos termossensíveis.

4. Dessalinização da água do mar e tratamento de águas residuais: Dessalinização e concentração de água do mar ou águas residuais com alta salinidade, recuperação de sais cristalinos.

5. Fabricação de papel e produção de alumina: Evaporação e concentração do licor negro na fabricação de papel para recuperação de álcalis; concentração da solução-mãe e tratamento de efluentes na produção de alumina, cristalização para precipitação de impurezas salinas.

6. Petróleo e Petroquímica: Separação e purificação dos componentes do petróleo bruto.

Principais parâmetros de projeto e operação

1. Parâmetros do tubo de aquecimento: O diâmetro, o comprimento e a quantidade de tubos devem ser dimensionados com base nas características do material e na carga de evaporação.

2. Vazão e distribuição do líquido: Garanta a formação uniforme da película e evite paredes secas ou películas líquidas excessivamente espessas.

3. Temperatura e pressão de evaporação: Controle o vácuo ou a temperatura do meio de aquecimento para ajustar a taxa de evaporação.

4. Temperatura do meio de condensação: Afeta a diferença de temperatura na transferência de calor e a eficiência da condensação.

5. Ciclo de limpeza: Desenvolva um plano de limpeza com base na tendência de formação de incrustações do material para manter o desempenho da transferência de calor.

Desafios e precauções

1. Complexidade de projeto e comissionamento: Os parâmetros ideais devem ser determinados por meio de cálculos de processo e experimentos para evitar distribuição irregular ou evaporação incompleta.

2. Custo inicial de investimento: Distribuidores de alta precisão e sistemas multiefeitos podem aumentar os custos do equipamento.

3. Requisitos de Operação e Manutenção: É necessário monitorar regularmente a eficiência da transferência de calor, e a formação de incrustações ou obstruções deve ser resolvida imediatamente.

Tendências de desenvolvimento

Com os avanços na ciência dos materiais e na otimização de processos, os futuros evaporadores tubulares de película descendente evoluirão para modelos mais rápidos, modulares e inteligentes. Por exemplo:

• Aplicação de novos materiais resistentes à corrosão para prolongar a vida útil;

• Combinando com controle automatizado para alcançar a otimização de parâmetros em tempo real;

• Desenvolver equipamentos integrados multiefeitos mais compactos para reduzir o consumo de energia.

Resumo

Os evaporadores tubulares de película descendente, com sua rápida transferência de calor, curto tempo de residência e características anti-incrustantes, tornaram-se uma escolha ideal para o processamento de materiais sensíveis ao calor e soluções de alta concentração. Através de um projeto adequado e otimização operacional, eles podem atender às necessidades de evaporação e concentração com economia de energia e alta qualidade em diversos setores industriais, tornando-se um componente importante da moderna tecnologia de evaporação industrial.