Evaporación y evaporadores
Principios Vaporización
La vaporización es el cambio de una sustancia líquida a gas o vapor. Básicamente, no hay diferencia entre los términos gas y vapor, pero gas se usa comúnmente para describir una sustancia que aparece en estado gaseoso bajo condiciones estándar de presión y temperatura, y vapor para describir el estado gaseoso de una sustancia que normalmente aparece como un líquido o sólido.Cuando se agrega calor a un líquido en su punto de ebullición, con la presión mantenida constante, las moléculas del líquido adquieren suficiente energía para vencer las fuerzas intermoleculares que las unen en el estado líquido, y escapan como moléculas individuales de vapor hasta que la vaporización está completa. La temperatura de un líquido en ebullición permanece constante hasta que todo el líquido se convierte en gas.
Para cada sustancia se debe suministrar una cierta cantidad específica de calor para vaporizar una determinada cantidad de la sustancia. Esta cantidad de calor se conoce como calor latente de vaporización de la sustancia. La cantidad de calor aplicada por cada gramo (o cada molécula) que experimenta el cambio de estado depende de la sustancia misma. Por ejemplo, la cantidad de calor necesaria para convertir un gramo de agua en vapor en su punto de ebullición a una atmósfera de presión, es decir, el calor de vaporización del agua, es de aproximadamente 540 calorías.
Evaporación
Los líquidos también pueden convertirse en gases a temperaturas por debajo de sus puntos de ebullición. La vaporización de un líquido por debajo de su punto de ebullición se llama evaporación y ocurre a cualquier temperatura cuando la superficie de un líquido se expone en un espacio no confinado. Sin embargo, cuando la superficie está expuesta en un espacio confinado y el líquido excede del necesario para saturar el espacio con vapor, se alcanza rápidamente un equilibrio entre el número de moléculas de la sustancia que salen de la superficie y las que regresan a ella. eso. Un cambio de temperatura altera este equilibrio; un aumento de temperatura, por ejemplo, aumenta la actividad de las moléculas en la superficie y, en consecuencia, aumenta la velocidad a la que vuelan.
El movimiento térmico de una molécula supera la tensión superficial del líquido y se evapora, es decir, su energía cinética supera la función de trabajo de la cohesión en la superficie.
Cuando la temperatura se mantiene en el nuevo punto durante un breve período de tiempo, pronto se establece un nuevo equilibrio.
La presión ejercida por el vapor de un líquido en un espacio confinado se llama presión de vapor. Se diferencia para diferentes sustancias a cualquier temperatura dada, pero cada sustancia tiene una presión de vapor específica para cada temperatura dada. En su punto de ebullición, la presión de vapor de un líquido es igual a la presión atmosférica. Por ejemplo, la presión de vapor del agua, medida en términos de la altura del mercurio en un barómetro, es de 4,58 mm a 0 ° C y de 760 mm a 100 ° C (su punto de ebullición).
El movimiento térmico de una molécula supera la tensión superficial del líquido y se evapora, es decir, su energía cinética supera la función de trabajo de la cohesión en la superficie.
Cuando la temperatura se mantiene en el nuevo punto durante un breve período de tiempo, pronto se establece un nuevo equilibrio.
La presión ejercida por el vapor de un líquido en un espacio confinado se llama presión de vapor. Se diferencia para diferentes sustancias a cualquier temperatura dada, pero cada sustancia tiene una presión de vapor específica para cada temperatura dada. En su punto de ebullición, la presión de vapor de un líquido es igual a la presión atmosférica. Por ejemplo, la presión de vapor del agua, medida en términos de la altura del mercurio en un barómetro, es de 4,58 mm a 0 ° C y de 760 mm a 100 ° C (su punto de ebullición).
Los factores que influyen en la evaporación son:
- Concentración de la sustancia que se evapora en el aire. Si el aire ya tiene una alta concentración de la sustancia que se evapora, entonces la sustancia dada se evaporará más lentamente.
- Concentración de otras sustancias en el aire. Si el aire ya está saturado con otras sustancias, puede tener una menor capacidad para que la sustancia se evapore.
- Temperatura de la sustancia. Si la sustancia está más caliente, la evaporación será más rápida.
- Caudal de aire. Esto está en parte relacionado con los puntos de concentración anteriores. Si el aire fresco se mueve sobre la sustancia todo el tiempo, es menos probable que la concentración de la sustancia en el aire aumente con el tiempo, lo que favorece una evaporación más rápida. Además, las moléculas en movimiento tienen más energía que las que están en reposo, por lo que cuanto más fuerte es el flujo de aire, mayor es el poder de evaporación de las moléculas de aire.
- Fuerzas intermoleculares. Cuanto más fuertes sean las fuerzas que mantienen unidas las moléculas en el líquido o en estado sólido, más energía debe introducirse para evaporarlas.
Evaporadores
Las unidades de evaporación (o evaporadores) utilizan el principio de evaporación para el tratamiento de agua de proceso, aguas residuales y residuos a base de agua. El líquido típico tratado es un residuo acuoso con contaminantes orgánicos e inorgánicos con una concentración no superior a 100 g / L.Los diferentes tipos de evaporadores pueden enfrentar diferentes problemas de tratamiento de agua con diferentes rendimientos.
La capacidad productiva varía de 0,15 a 60 toneladas / día y todos los modelos pueden concentrar las aguas residuales como un fluido bombeable, llegando fácilmente a un concentrado con 30% de TDS, con bajo consumo de energía.
Los evaporadores también pueden tratar líquidos preconcentrados o escamosos, o ácidos concentrados y líquidos extremadamente corrosivos. Utilizan bomba de calor, agua caliente o vapor, o Recompresión Mecánica de Vapor (MVR), con circulación natural o forzada.
Algunos ejemplos de aplicaciones de evaporador se refieren a la separación de agua de:
- baños galvánicos diluidos para recuperar sustancias e ingredientes activos
- emulsiones oleosas para recuperar aceite
- baños desengrasantes ricos en jabón y detergentes
- baños de ácido concentrado o soluciones altamente corrosivas
- baños de revelado fotográfico
- soluciones salinas concentradas
- Lixiviados de vertederos y goteos del almacenamiento y eliminación de desechos
- aguas de sentina
- aguas de enjuague que contienen tintas agotadas
- intermedios de síntesis y aguas residuales de la industria química, cosmética y farmacéutica
Ejemplos de aplicación
Descarga cero en la producción de policloruro de aluminio
Motivada por las autoridades medioambientales y por los mayores costes de eliminación, una empresa española, ubicada en una zona industrial no lejos de Barcelona, desarrolló en 2001 una planta (ver Fig.1) diseñada para tratar los eluidos ácidos de las resinas utilizadas para procesar las aguas residuales de su línea de producción.El propósito de la planta era recuperar el aluminio disuelto en las aguas residuales provenientes de planchas de impresión de planchas offset.
El evaporador suministrado fue un evaporador de vacío con bomba de calor con fluido intermedio: el material en contacto con el residuo concentrado y el condensado es acero recubierto de PTFE y el intercambio de calor se logra en dos intercambiadores de PVDF y carburo de silicio.
Un año después de la puesta en marcha, los resultados analíticos confirmaron las expectativas iniciales del producto final: una solución de densidad constante como demanda el mercado de productos químicos para el tratamiento del agua. El reciclaje de destilados para la producción de los baños de regeneración permitió contar con el permiso local para la expansión de la producción ya que se obtuvo un vertido cero.
En el pasado, la empresa eliminaba residuos que consistían en una solución de HCl y AlCl3 con un alto costo anual y importantes problemas de almacenamiento.
Actualmente, esta partida de costo ha sido eliminada y, junto con los limitados costos de administración de la planta, permite vender el producto concentrado de manera estable, garantizando un ingreso anual.
Tratamiento mediante evaporación al vacío de aguas residuales del proceso de grabado
En el proceso de huecograbado, los elementos de impresión se graban en forma de ranura en un cilindro. Luego, se sumerge el cilindro en la tinta, que llena el dibujo grabado, para luego transferir el dibujo directamente al papel.El cilindro suele tener un núcleo de hierro y, antes del grabado, está niquelado, cobreado electrolíticamente y rectificado. A continuación, el cilindro se somete al grabado y al cromado antes de colocarlo en la rotativa. El grabado se produce al exponer la superficie del cilindro, sobre la que se ha extendido una gelatina fotosensible, a un rayo láser. El láser quema la gelatina y crea un surco, que luego será sometido a la acción corrosiva de una solución de percloruro férrico.
Es la fase más importante del proceso. Una vez terminado, el cilindro se lava, para eliminar las trazas de percloruro férrico y de la gelatina sobrante, se seca y se croma.
Las aguas residuales producidas durante este proceso se dividen en cuatro corrientes: aguas de aclarado del niquelado, del cobre, del grabado y del cromo. Todas estas aguas residuales son soluciones acuosas con un pH ácido, una DQO superior a 8000 ppm y un alto contenido de metales pesados (níquel, cromo, cobre y de otras especies químicas como cloruros y sulfatos).
En particular, las aguas de grabado tienen una DQO superior a 1500 ppm, un pH ácido inferior a 1,5, un alto contenido de hierro y cloruros y una conductividad superior a 80000 µS / cm, índice de alta salinidad. La concentración de hierro y cloruros, proveniente del percloruro férrico, utilizado en el grabado es fundamental para este tipo de aguas residuales.
La alta concentración de metales pesados y especialmente el alto contenido de cloruros han hecho que las técnicas tradicionales anticontaminación no tengan éxito.
En el proceso de tratamiento, las cuatro corrientes se almacenan en un tanque para homogeneizarlas.
A continuación, las aguas residuales se someten a un ajuste de pH, mediante la adición de sosa cáustica al 30%, con el fin de neutralizar parte de la acidez y alcanzar un pH de 5,5.
La evaporación se produce mediante dos evaporadores de vacío con bomba de calor.
Estos evaporadores producen dos corrientes: un destilado, de producción continua, y un concentrado, que se descarga automáticamente de forma discontinua.
El rendimiento de la destilación es aproximadamente del 90%. El destilado se recicla en el proceso.
El concentrado, que se almacena en un tanque adecuado, se elimina de acuerdo con la normativa vigente.
La planta es capaz de tratar 4200 m3 / año de aguas residuales.
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Fuentes: www.answers.com, www.wikipedia.com