Evaporadores: Conceitos e Aplicações

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EVAPORADORES
Grupo:
Giovanna Carla Pereira Carvalho
Iago Carlini
Lorena Ohana Alves
Lucas Kalebe Araújo de Almeida
Matheus Castro Oliveira
Rinara Gregório Silva
Professora: Jaqueline Lacerda
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Curso de Engenharia Química
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1. Introdução
A Operação de Evaporação 
Conceito de evaporação: separar o solvente volátil de um soluto não volátil baseada na transferência de calor de um líquido em ebulição;
Objetivo do processo: concentrar uma solução para obter um concentrado, com volume e peso reduzidos e com melhores características de conservação;
Processo de separação muito utilizado nas indústrias; 
Alto consumo energético; 
Ocorre em trocadores de calor chamados evaporadores.
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2. Evaporador
Trocador de calor projetado especialmente para fornecer ao fluido o seu calor latente de vaporização;
Principais componentes: trocador de calor e um dispositivo de separação líquido-vapor;
Principal meio de aquecimento utilizado é o vapor d’água;
É necessário que o vapor gerado seja separado da solução, sem que haja arraste.
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Figura 1: Evaporador do tipo calandra.
Fonte: ARAÚJO, 2015.
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3. Tipos de operação dos evaporadores 
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Figura 2: Tipos de operação dos evaporadores.
Fonte: MILCENT, 2013.
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 3.1 Simples efeito
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Figura 3: Esquema de evaporador de simples efeito.
Fonte: MILCENT, 2013.
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 3.2 Múltiplo efeito 
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Figura 4: Esquema de evaporador de múltiplo efeito.
Fonte: MILCENT, 2013.
P1>P2>Pn
T1>T2>Tn
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 3.2.1 Múltiplo efeito Cocorrente 
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Figura 5: Esquema de evaporador de múltiplo efeito em cocorrente.
Fonte: MILCENT, 2013.
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 3.2.2 Múltiplo efeito Contracorrente 
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Figura 6: Esquema de evaporador de múltiplo efeito em contracorrente.
Fonte: MILCENT, 2013.
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 3.2.3 Múltiplo efeito Misto 
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Figura 7: Esquema de evaporador de múltiplo efeito misto.
Fonte: MILCENT, 2013.
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 3.2.4 Múltiplo efeito Cruzado 
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Figura 8: Esquema de evaporador de múltiplo efeito cruzado.
Fonte: MILCENT, 2013.
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 3.3 Compressão mecânica e térmica 
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Figura 9: Esquema de evaporador de compressão mecânica.
Fonte: MILCENT, 2013.
Figura 10: Esquema de evaporador de compressão térmica.
Fonte: MILCENT, 2013.
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 3.4 Múltiplos efeitos de expansão
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Figura 11: Esquema de evaporador de múltiplos efeitos de expansão.
Fonte: MILCENT, 2013.
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 3.5 Bomba de calor
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Figura 12: Esquema de bomba de calor.
Fonte: MILCENT, 2013.
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X. Aplicações Industriais
Indústria de alimentos: pré-concentração de alimentos antes de sua secagem, congelamento e esterilização (produção de leite condensado, leite em pó). 
Produção de celulose a lixívia (licor negro oriundo do tratamento da madeira) o qual é concentrada até permitir sua queima nas caldeiras (recuperação dos sais de sólidos) e outra aplicação;
Figura X: Representação esquemática do sistema de evaporadores de múltiplo efeito.
Fonte: CAMPOS, 2009.
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As aplicações industriais são inúmeras, 
MODELAGEM MATEMÁTICA E ANÁLISE DO COEFICIENTE GLOBAL DE
TRANSFERÊNCIA DE CALOR PARA O PROCESSO DE CONCENTRAÇÃO DO
LICOR NEGRO DE EUCALIPTO EM SISTEMA DE EVAPORADORES DE MÚLTIPLO EFEITO
No processo Kraft de produção de celulose forma-se como subproduto o licor negro, que
é um fluido rico em lignina e sais inorgânicos. A fim de recuperar os sais inorgânicos, o licor
negro é enviado à etapa de recuperação de produtos químicos, que é composta basicamente do
processo de concentração deste fluido, seguido pela sua queima em uma caldeira de recuperação
e a calcinação dos sais recuperados.
Este trabalho foi realizado na unidade II da empresa citada.
Esta unidade é composta por 9 evaporadores distribuídos em 6 efeitos tipo filme descendente
(falling film), um condensador de superfície, e dois pré-evaporadores. O primeiro efeito tem quatro evaporadores o que permite maior flexibilidade de
operação, principalmente quando um desses evaporadores é isolado para lavagem ou
manutenção. O licor fraco, com concentração em torno de 14% proveniente do digestor, é
bombeado para o sistema de evaporação onde a concentração de sólidos deste fluido é
aumentada. O licor concentrado a aproximadamente 71% é bombeado para a caldeira de
recuperação. O vapor vivo de baixa pressão é alimentado ao 1o efeito. A água evaporada no 1o
efeito é utilizada como vapor de aquecimento no 2o efeito, onde é condensada. A água evaporada
no 2o efeito é utilizada no 3o efeito, e assim sucessivamente. A água evaporada no 6o efeito é
condensada no condensador de superfície. Parte da água morna gerada no condensador de
superfície é enviada para uso geral da fábrica e o restante retorna para a torre de resfriamento. O
condensado contaminado é tratado numa coluna de destilação e enviado para a estação de
tratamento de efluentes. Um fluxograma, simplificado, esquemático da planta de evaporação,
pode ser visualizado na Figura 3.1.
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X. Aplicações Industriais
A Evaporação na Indústria Sucroalcooleira
Primeiro estágio de concentração do caldo tratado nas indústrias sucroalcooleiras;
Concentração baixa: 
Alto consumo de vapor e tempo de cozimento;
Perdas na capacidade dos equipamentos.
Concentração alta:
Incrustação. 
Monitoramento:
Índice de refração de Brix;
Titulometria;
Polarização.
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Figura X: Indústria sucroalcooleira.
Fonte: JIMÉNEZ, 2013.
Moenda
Cana de Açúcar
Sulfitação
Calagem
Clarificação
Lama
Evaporação
Cozimento e Cristalização
Centrifugação
Secagem
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Figura X: Módulo didático evaporador a vácuo.
Fonte: UP CONTROL, 2018.
X. Aplicações Industriais
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X. Aplicações Industriais
Vídeo
13/11/2019
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Balanços de Massa e Energia em Sistema de Evaporação a Vácuo
Evaporado
Figura X: Circuito do fluido de processo.
Fonte: FEEREIRA, 2018.
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X. Aplicações Industriais
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Figura X: Fluxograma instrumental e de processo do sistema.
Fonte: FERREIRA, 2018.
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X. X
Identificação
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Referências
ARAÚJO, E. C. D. C. Operações Unitárias Envolvendo Trocadores de Calor. São Carlos: Edufscar, 2015.
CAMPOS, S. G. S. Modelagem matemática e análise do coeficiente global de transferência de calor para o processo de concentraçãodo licor negro de eucalipto em sistema de evaporadores de múltiplo efeito. Dissertação de pós-graduação de engenharia do Centro Universitário do Leste de Minas Gerais, UNILESTE. Minas Gerias, 2009.
JIMÉNEZ, L. , “ResearchGate,” Productive system used in Argentina to Produce Ethanol From Sugarcane, Agosto 2013. [Online]. Disponível em: https://www.researchgate.net/figure/Productive-system-used-in-Argentina-to-produce-ethanol-from-sugarcane_fig1_257680088. Acesso em 19 Novembro 2018.
MILCENT, P. F; PEREIRA, P. C. M. Evaporação. Operações Unitárias II. Universidade Federal do Paraná, 2013.
UP CONTROL - EQUIPAMENTOS DIDÁTICOS. Manual de Instruções - Módulo Evaporador a Vácuo. Porto Alegre:
[s.n.], 2016. 37 p.
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