Evaporação

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U N I V E R S I DA D E F E D E R A L D E A L AG OA S
I N S T I T U TO D E QU Í M I C A E B I OT E C N O LO G I A
QU Í M I C A T E C N O L Ó G I C A E I N D U S T R I A L
T E C N O LO G I A DA I N D Ú S T R I A QU Í M I C A I I I
José Jorge Araújo e Silva
Professor: Dr. Jose Edmundo Accioly de Souza
O objetivo da operação de evaporação é a
remoção da maior parcela possível da
água contida no caldo clarificado, sem
incorrer na cristalização da sacarose. Ou
seja, objetiva a máxima concentração sem
o aparecimento de cristais de sacarose.
OBJETIVO
O caldo é geralmente concentrado até 60 a 65°Brix, necessitando para tanto que
cerca de 75 % de seu conteúdo de água seja removido.
A evaporação pode ser feita em:
Simples Efeito: Este é o processo onde se utiliza somente um evaporador, o
vapor procedente do líquido em ebulição é condensado e descartado.
Usina Campo Florido
Múltiplo efeito: sistema empregado pelas usinas e que promove economia de
vapor de aquecimento (e bagaço).
O múltiplo efeito, além de promover economia de vapor de aquecimento, gera o
chamado vapor vegetal, para uso nos aquecedores de caldo, no aquecimento dos
cozedores a vácuo e na destilaria.
A condensação de vapor no múltiplo efeito gera condensado, utilizado como água
de alimentação de caldeira, embebição nas moendas e uso diversos.
EVAPORAÇÃO
Vantagens do uso do múltiplo efeito:
Economia de vapor (Princípio de Rillieux)
“Um quilograma de vapor evaporará um número de quilogramas de água do caldo igual ao número de corpos do
múltiplo efeito”
ou seja num quíntuplo efeito, um quilo de vapor evaporará cinco quilos de água.
Aumento da diferença de temperaturas para evaporação
Maior diferença de temperaturas entre o vapor de aquecimento e o caldo, correspondente à diferença entre as temperaturas de ebulição do cal do no
primeiro e no último efeito.
Diminui o tempo de exposição do caldo a altas temperaturas.
Desta forma se evita a inversão, a caramelização da sacarose e portanto a formação de cor, que é maior à medida em que o cal do se torna mais
concentrado.
Usina Campo Florido
EVAPORAÇÃO
- Projeto de Engenharia
- Isolamento térmico
- Capacitação operacional
- Extração de águas condensadas
- Extração de gases incondensáveis
- Limpeza
- Sangrias de vapor 
MELHOR EFICIÊNCIA ENERGÉTICA
MELHOR EFICIÊNCIA ENERGÉTICA
LÃ DE VIDRO CHAPAS DE ALUMÍNIO
Os equipamentos de evaporação mais encontrados nas usinas
de açúcar no Brasil são do tipo “Robert”. Além deste há
outros tipos no mercado mundial, alguns já instalados no
Brasil, como os a placas e os de filme descendente.
-Evaporador Robert
-Evaporador Kestner
-Evaporador a Placas
-Evaporador de Filme Descendente (Falling Film)
-Evaporador Híbrido Placas/Filme Descendente
TIPOS DE EVAPORADORES
Evaporador Kestner Evaporador a PlacasEvaporador de Filme Descendente
TIPOS DE EVAPORADORES
Usina Decasa - SP
Usina Vale do Rosário - SPUsina Campo Florido - MG
Usina São Luiz - SP
EVAPORADORES TIPO ROBERT
É o equipamento de evaporação de construção mais
simples e de fácil instalação e operação. É constituído
de um feixe tubular, um domo superior para
separação de arraste e coleta de vapor e um fundo
para circulação de caldo. O feixe tubular, também
chamado de calandria, é formado por dois espelhos
perfurados, onde são fixados os tubos por
mandrilhamento.
Vantagens: Equipamento de construção simples;
Fácil instalação e operação; Múltiplo efeito é auto-
regulável; Menor custo; Fácil automação; Bom para
separação de arraste.
Desvantagens: Capacidade limitada de troca
térmica; Maior tempo de retenção do caldo em
temperaturas mais altas.
ENTRADA DE 
VAPOR
EVAPORADORES TIPO ROBERT
SAÍDA DE GASES 
INCONDENSÁVEIS
EVAPORADORES TIPO ROBERT
SAÍDA DE 
VAPOR
VÁLVULAS
MULTIVIAS DE VAPOR
VÁLVULAS DE VAPOR MULTIVIAS
VÁLVULAS DE VAPOR MULTIVIAS
Usina Caeté - AL
Usina Volta Grande - MG
Usina Delta - MG
 DEVE SER REALIZADO UM BALANÇO TÉRMICO DETALHADO E UM
PROJETO CRITERIOSO DE INSTALAÇÃO;
 AS VÁLVULA DEVEM TER UM MÍNIMO DE PERDA DE CARGA E NÃO
PERMITIR VAZAMENTOS E COMUNICAÇÕES ENTRE OS VAPORES;
 É IMPORTANTE ESCOLHER UM BOM PROJETO DE VÁLVULAS E UM
BOM FABRICANTE;
ALIMENTAÇÃO DE CALDO
A circulação do caldo deve ser uniforme e adequada. 
Falta de caldo: aumento nas incrustações
Excesso de caldo: redução da capacidade
Num múltiplo efeito tipo Roberts, o que faz com que o caldo circule de uma caixa 
para a outra é a diferença de pressões existente entre elas.
Alimentação Chapman Alimentação Periférica
ENTRADA DE 
CALDO PERIFÉRICA
ALIMENTAÇÃO DE CALDO
SIFÕES DE CALDO
ALIMENTAÇÃO DE CALDO
Entrada Radial com circulação natural
Entradas Periféricas do Caldo
Saída Caldo
Vapor
Entrando
Vapor
Entrando
Saídas Gases Incondensáveis
Entradas Periféricas do Caldo
Distribuidor de 
Vapor Anelar
Saída Águas 
Condensadas
Tubo central selado
6/8 Entradas 
Periféricas do Caldo
Saída Águas 
Condensadas
Entrada de Caldo 
Tipo Chapman
Saída de Caldo 
Distribuidor de Vapor 
Periférico
Tubo central não 
selado
Vapor
Entrando
EXTRAÇÃO DE GASES INCONDENSÁVEIS
Os gases incondensáveis, permanecem misturados com o vapor independente de serem “leves”ou
“pesados”e podem migrar para o topo e o fundo da calandria.
As câmaras de vapor acima da pressão atmosférica devem retirar os gases para a atmosfera.
As câmaras de vapor submetidas a pressão abaixo da atmosférica (vácuo) devem desalojar
diretamente ao condensador baromértico.
Essas retiradas dos gases fora das calandrias dos efeitos subseqüentes, evitará a possibilidade de
uma transferência de calor mais baixas em tais efeitos.
Os gases são maus condutores de calor, é necessário removê-los tão rapidamente quanto possível.
Saídas gases 
incondensáveis
Saídas águas 
condensadas
VaporTubo central 
selado Chapman
Vapor
As calandrias desenhadas com
defletores internos entre o
feixe tubular que direcionam o
fluxo de vapor para um canto
final entre os defletores e
centro, permitem que os gases
incondensáveis e as águas
condensadas possam ser
extraídos com eficiência.
EXTRAÇÃO DE GASES INCONDENSÁVEIS
TANQUES PULMÃO DE ÁGUAS 
CONDENSADAS
V1/V2
V3/V4
EXTRAÇÃO DE CONDENSADOS
Todo vapor que entra na calandria de qualquer
evaporador se condensa nos tubos para ceder
seu calor latente ao caldo, permitindo sua
ebulição e concentração.
O vapor ao se condensar se transforma em
água, chamada de condensado, que deve ser
removido da calandra o mais rápido possível,
para não inundar a calandra cobrindo os tubos,
ou parte dos tubos, diminuindo a capacidade do
evaporador.
EXTRAÇÃO DE CONDENSADOS
Usina Delta - MGUtilização de Condensados
O condensado do 1º efeito deve ser reservado para utilização
como água de alimentação de caldeira.
O condensado dos demais efeitos deve ser utilizado para:
-Embebição na moenda;
-Lavagem de torta de filtro;
-Lavagem de açúcar nas centrífugas;
-Diluição de méis;
-Lavagem de pisos e equipamentos;
Deve-se procurar fazer o máximo uso desta água com a
finalidade de se diminuir ou eliminar a necessidade de captação
de água bruta para as mesmas finalidades.
CONDENSADORES MULTIJATOS/BAROMÉTRICOS
ESPELHOS 
COM BICOS
Multijatos
São equipamentos que permitem o contato íntimo
água/vapor, através de jatos de água formados por bicos
especiais, instalados em um espelho.
O vapor entra abaixo do espelho e os jatos de água são
responsáveis pela condensação e pela remoção dos gases
incondensáveis do interior do equipamento.
SISTEMA DE LIMPEZA
A remoção das incrustações se faz de duas formas:
1-Mecanicamente, utilizando-se hidrojateamento ou raspadores (rosetas).
2-Quimicamente, através de banhos em ebulição ou sprays a quente, usando
soluções de soda cáustica ou soluções especiais.
O material depositado consiste principalmente de:
-Sais de cálcio: fosfatos, sulfatos, sulfitos, oxalatos e carbonato de cálcio;
-Sílica e silicatos. A sílica forma grande parte dos depósitos doúltimo efeito;
-Matéria orgânica: principalmente no primeiro efeito.
Uma consequência imediata da incrustação dos tubos dos evaporadores é a
redução da capacidade do múltiplo efeito. A incrustação reduz o coeficiente de
troca térmica, tendo como consequências:
-a diminuição da capacidade de evaporação do conjunto;
-a redução da concentração (brix) do xarope;
SANGRIAS
O vapor vegetal retirado para outros usos se dá o nome
de “sangria”.
Estas quantidades de vapor a serem sangradas devem
ser consideradas já quando do projeto da estação de
evaporação, para que as áreas de troca térmica dos
corpos sejam adequadas.
A operação de sangria é muito vantajosa sob o ponto de
vista de otimização do balanço térmico. Sempre que se
utiliza vapor vegetal sangrado de uma caixa de
evaporação se economiza vapor de escape, melhorando
o balanço térmico e propiciando economia de bagaço.
Esta economia é maior à medida que a sangria é feita de
caixas mais próximas da última.
Exemplos de sangrias normalmente praticadas:
Efeito de origem do vapor de sangria  Uso
1º Efeito (V1)  Aquecimento de caldos caleado e clarificado, Cozedores a vácuo, Destilaria
2º Efeito (V2)  Aquecimento de caldos caleado e clarificado, Cozedores a vácuo
3º e 4º Efeitos (V3 e V4)  Aquecimento de caldo a sulfitar
Múltiplos efeitos com sangria de vapor
IMPORTANTE:
Vazão do caldo na 
entrada o mais 
estável possível.
AUTOMAÇÃO DA CIRCULAÇÃO DE CALDO
REFERÊNCIAS
Curso de Evaporação de Caldo – Reunion Engenharia.
Apresentação Desempenho x Eficiência – Evaporação e Tachos, XI Simpósio Agroindustrial 
Internacional da STAB, Fenasucro / Agrocana – Brasil Cana Show 2007 – Carlos Alberto Pedrosa. 
OBRIGADO!