1. INTRODUCCIÓ

1.1. Tipus d'intercanviadors de calor

EVAPORADORS

Un evaporador és un intercanviador de calor de carcassa i tubs. Les parts essencials d'un evaporador són la cambra de calefacció i la cambra d'evaporació. El feix de tubs correspon a una cambra i la carcassa correspon a l'altre cambra. La carcassa és un cos cilíndric a l'interior de la qual es troba el feix de tubs.

Les dues cambres estan separades per la superfície sòlida dels tubs, a través de la qual té lloc l'intercanvi de calor. La forma i disposició d'aquestes cambres, per aconseguir que la seva eficàcia sigui màxima, dóna lloc a diferents tipus d'evaporadors.

Podem classificar els evaporadors en dos grans grups:

- Evaporadors de tubs horitzontals. El vapor calefactor és vapor d'aigua saturat que cedeix la seva calor de condensació i surt com a aigua líquida a la mateixa temperatura i pressió d'entrada. Aquest evaporador s'anomena de tubs horitzontals perquè els tubs estan disposats horitzontalment.
En l'evaporador següent, la cambra de calefacció està formada pels tubs horitzontals, que estan suportats per dues plaques. El vapor entra als tubs i es condensa al cedir la seva calor de condensació. Hi pot quedar vapor no condensable, que s'elimina mitjançant una purga. La cambra d'evaporació està formada per un cos cilíndric vertical, tancat per les bases, amb una sortida pel dissolvent evaporat per la part superior i una altre sortida per la dissolució concentrada en la part inferior. Aquests evaporadors solen ser de xapa d'acer o ferro amb un diàmetre aproximat de 2 metres i 3 metres d'alçada. El diàmetre dels tubs acostuma a ser de 2 a 3 centímetres.

En el següent evaporador, el vapor entra per dins dels tubs, i al cedir calor al líquid que circula per sobre dels tubs, el vapor condensa. De l'evaporador surt la dissolució concentrada i el dissolvent evaporat.

- Evaporadors de tubs verticals. S'anomenen així perquè els tubs estan posats verticalment dins de la carcassa.

L'evaporador que es mostra a continuació és l'anomenat Evaporador Estàndard, que és un dels més coneguts. L'evaporació té lloc dins dels tubs, sortint per la part superior el dissolvent evaporat i per la part inferior la dissolució concentrada. El vapor calefactor entra per sobre del feix de tubs i surt com a aigua condensada.

L'Evaporador de Cistella que es troba a continuació, és un altre tipus d'evaporador de tubs verticals, en el qual la carcassa té forma cònica. Aquest tipus d'evaporador s'utilitza quan el que es pretén és portar l'evaporació a l'extrem, és a dir, evaporar tot el dissolvent de la dissolució diluïda per obtenir cristalls. També es pot anomenar cristal·litzador. Els cristalls formats es recullen per la part inferior. L'element calefactor és un cos compacte que es pot extreure per la seva neteja.

Evaporador múltiple efecte

Un evaporador de múltiple efecte consta d'un conjunt d'evaporadors, on el primer efecte és el primer evaporador i així successivament. Durant el funcionament, el vapor produït en el primer efecte s'utilitza com a vapor calefactor del segon efecte.

Mètodes d'alimentació en els múltiples efectes:

- Alimentació directa. L'aliment entra en el primer efecte i segueix el mateix sentit de circulació que el vapor, sortint el producte en l'últim efecte. El líquid circula en el sentit de les pressions decreixents i no és necessari aplicar cap energia auxiliar perquè el líquid passi d'un efecte a l'altre. Només fan falta dues bombes, una per introduir el líquid en el primer efecte i una altra per extreure el producte de l'últim efecte.

- Alimentació a contracorrent. El líquid a evaporar entra a l'últim efecte i surt concentrat pel primer. El líquid a concentrar i el vapor calefactor circulen en sentit contrari. Aquí el líquid circula en sentit de pressions creixents i això requereix l'ús de bombes en cada efecte per bombejar la dissolució concentrada d'un efecte cap al següent. Això suposa una complicació mecànica considerable que es suma al fet de fer treballar les bombes a pressions inferiors a l'atmosfèrica. Així, si no hi ha unes altres raons, es prefereix el sistema d'alimentació directa.

- Alimentació mixta. Quan en una part del sistema d'alimentació és directa i en l'altre part és a contracorrent. Aquest sistema és útil si tenim dissolucions molt viscoses. Si utilitzem la corrent directa pura, ens trobem que l'últim efecte, on la temperatura és més baixa, la viscositat de la dissolució concentrada augmenta, el que fa disminuir sensiblement el coeficient global, U, en aquest efecte. Per contrarestar això, s'utilitza l'alimentació a contracorrent o la mixta. La dissolució diluïda entra en el segon efecte i segueix el sentit de l'alimentació directa, passant després de l'últim efecte al primer, per completar l'evaporació a temperatura elevada.

<

- Alimentació en paral·lel. Quan l'aliment entra simultàniament a tots els efectes i el líquid concentrat s'uneix en un sol corrent. És un sistema utilitzat en la concentració de dissolucions de sal comú, on els cristalls dipositats fa que resulti difícil la disposició de l'alimentació directa.

En general, per decidir-nos per un sistema d'alimentació, és necessari efectuar el càlcul previ del rendiment d'evaporació per cada un dels sistemes.

Si la temperatura d'entrada de l'aliment és bastant inferior a la d'ebullició en el primer efecte, en el cas de corrents directes tota la calor que es dóna en el primer efecte va destinat a escalfar l'aliment (calor sensible) i molt poc a produir vapor, el que provocarà un baix rendiment en el procés global del múltiple efecte. En aquest cas es prefereix la circulació a contracorrent.

Per el contrari, quan la dissolució entra en el sistema a temperatura superior a la d'ebullició de l'últim efecte, serà més convenient l'alimentació directa, ja que la dissolució a l'entrar a l'últim efecte el vaporitzaria parcialment, produint un vapor que no té utilitats posteriors, llavors la dissolució el refredaria fins a la temperatura de la cambra d'evaporació de l'últim efecte i posteriorment s'hauria d'anar escalfant a l'entrar a cada efecte.