Un evaporador-de película delgada es un tipo de evaporador caracterizado porque el material líquido fluye a lo largo de la pared del tubo de calentamiento en forma de película-para la transferencia de calor y la evaporación. Sus ventajas incluyen una alta eficiencia de transferencia de calor, una rápida tasa de evaporación y un corto tiempo de residencia del material, lo que lo hace particularmente adecuado para la evaporación de sustancias sensibles al calor-. Se puede dividir en evaporadores de película ascendente y evaporadores de película descendente.
(1) Evaporador de película ascendente
El evaporador de película ascendente se construye de manera que el líquido ingresa a los tubos calefactores para calentarse según el principio de una bomba de sifón. Después de fluir hacia el separador, el líquido y el vapor se separan y el líquido regresa al evaporador a través de la tubería de circulación, formando una circulación de circuito cerrado-, también conocida como evaporador de circulación externa.
1.1 Evaporador de película ascendente: el líquido de la materia prima ingresa desde la parte inferior del evaporador y es impulsado hacia arriba a lo largo de los tubos mediante vapor secundario. Evaporador de película descendente: el líquido de la materia prima ingresa desde la parte superior del evaporador y fluye hacia abajo a lo largo de la pared del tubo por gravedad.
1.2 La "película" en la película ascendente y descendente se refiere al flujo óptimo en forma de película-del líquido de la materia prima a lo largo de la pared del tubo de calentamiento durante el funcionamiento del evaporador, donde la transferencia de calor es más eficiente.. 1.3 Ámbito de aplicación: Adecuado para la evaporación de sustancias con grandes tasas de evaporación, sensibilidad al calor, propiedades viscosas y propiedades espumantes, pero no adecuado para soluciones con alta viscosidad, precipitación de cristales o fácil escalamiento.
(2) Evaporador de película descendente
2.1 La evaporación de película descendente implica agregar el líquido de alimentación desde la caja del tubo superior de la cámara de calentamiento del evaporador de película descendente. A través del dispositivo de distribución de líquido y formación de película-, se distribuye uniformemente en cada tubo de intercambio de calor. Bajo la influencia de la gravedad, la inducción de vacío y el flujo de aire, forma una película uniforme que fluye de arriba a abajo. Durante el flujo, el líquido se calienta y vaporiza mediante el medio calefactor del lado de la carcasa. El vapor generado y la fase líquida ingresan juntos a la cámara de separación del evaporador. Después de una separación completa, el vapor ingresa al condensador para condensarse (operación de efecto único-) o ingresa al siguiente evaporador de efecto como medio de calentamiento, logrando así una operación de efectos múltiples. La fase líquida se descarga de la cámara de separación y el agua residual se evapora y concentra.
2.2 Ámbito de aplicación: Ampliamente utilizado en la evaporación y concentración de agua o soluciones de disolventes orgánicos en las industrias farmacéutica, alimentaria, química y ligera. Este equipo opera continuamente en condiciones de vacío y baja-temperatura, presentando alta capacidad de evaporación, ahorro y reducción de consumo de energía, bajos costos operativos y asegurando que el material permanezca inalterado durante la evaporación.
2.3 Flujo del proceso: El flujo del proceso tiene cuatro formas: co-corriente (flujo paralelo), contracorriente-, flujo mixto (flujo-cruzado) y flujo paralelo.
Co-corriente: la solución y el vapor fluyen en la misma dirección, secuencialmente desde el primer efecto hasta el último efecto. Cuando la solución ingresa al siguiente efecto del efecto anterior, algo de agua se evaporará y se generará una mayor cantidad de vapor secundario. Debido a que la concentración en el último efecto es mayor que en el efecto anterior y la temperatura de operación es menor, el coeficiente de transferencia de calor del primer efecto es a menudo mucho mayor que el del último efecto. Generalmente adecuado para procesar materiales-sensibles al calor en altas concentraciones.
Contra-corriente: la materia prima se bombea secuencialmente desde el último efecto a los efectos anteriores, y el líquido terminado se descarga desde el primer efecto. El líquido y el vapor fluyen en direcciones opuestas. Generalmente adecuado para procesar soluciones cuya viscosidad varía mucho con la temperatura y la concentración, pero no adecuado para materiales sensibles al calor-. La alta-concentración de agua salada de nuestra empresa con descarga cero utiliza un proceso de triple-efecto contracorriente.
Flujo-mixto: combina las ventajas de los procesos co-corriente y contra-corriente evitando sus desventajas, pero es complejo de operar y requiere un alto grado de automatización.
Flujo-horizontal: cada efecto recibe alimentación y produce líquido terminado, y los cristales precipitan en cada efecto. Los cristales se pueden separar rápidamente y esto generalmente se usa para la evaporación de soluciones saturadas.
2.4 Principio de película descendente: El material a evaporar ingresa desde la parte superior del evaporador de película descendente a través de una bomba de alimentación, fluyendo a través de los tubos de evaporación (lado del tubo). El material se distribuye en forma de película dentro de los tubos de intercambio de calor mediante un distribuidor de película. A medida que el material fluye por la cavidad del tubo por gravedad, el vapor que se encuentra fuera de los tubos lo calienta, alcanza la temperatura de evaporación y se evapora. El material, junto con el vapor secundario, fluye por los tubos en forma de una fina película. El vapor secundario se comprime mediante un compresor de vapor y se envía al lado de la carcasa de la cámara de calentamiento de película descendente como vapor de calentamiento. El lado de la carcasa de la cámara de calentamiento de película descendente tiene placas para guiar el vapor secundario, condensarlo y descargar gases no-condensables. Durante el proceso, la energía térmica del propio evaporador se transfiere desde el exterior de los tubos al material que se evapora en el interior. Después del intercambio de calor, el vapor secundario se condensa en agua y se descarga del evaporador de película descendente.
2.5 Características de los sistemas de evaporación de película descendente:
2.5.1 En un evaporador de película descendente, el líquido de alimentación se agrega desde la parte superior del evaporador y cae a lo largo de la pared del tubo en forma de película bajo gravedad. Durante este proceso, se evapora y se concentra, dando como resultado un líquido concentrado en el fondo. Los evaporadores de película descendente pueden evaporar materiales con altas concentraciones y alta viscosidad.
2.5.2 Debido a que la solución fluye en forma de película en un evaporador de un solo paso-, el coeficiente de transferencia de calor es alto.
2.5.3 El tiempo de residencia corto reduce el riesgo de deterioro del material, lo que lo hace adecuado para procesar materiales sensibles al calor-.
2.5.4 La baja retención de líquido permite que el evaporador de película descendente funcione rápidamente de acuerdo con los cambios en el suministro de energía, el nivel de vacío, la velocidad de alimentación y la concentración.
2.5.5 Debido a que el fluido del proceso fluye solo por gravedad, en lugar de ser impulsado por una diferencia de temperatura, se puede utilizar la evaporación por diferencia de temperatura baja-.
2.5.6 Los evaporadores de película descendente son adecuados para la evaporación y concentración de materiales espumantes. A medida que el líquido se evapora en forma de película-dentro del tubo calefactor, se logra la separación de ambos vapores-líquidos. Al mismo tiempo, en el fondo del evaporador, la mayor parte del líquido se extrae y sólo una pequeña porción del líquido y todo el vapor secundario ingresan al separador para mejorar la separación. El líquido no genera demasiado impacto durante todo el proceso, evitando así la formación de espuma.