MPEva2000esp C

6 rue Calmette BP1169 741 GENAS cedex France

Date de création : 05/03/02

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Document N° : MPEva2000esp-C

EVAPORADOR DOBLE EFECTO

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MANUAL PEDAGÓGICO

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Nro total páginas : 71 MPEVA2000fr Versión C

PIGNAT s.a. 6 Rue Calmette BP 11 69741 GENAS France Document N°

Liste des modificationsIndice

VersionDate Page Modifications et motifs

B 12/2000 Révision des rappels théoriques et mode opératoireC 7/02/02 Chap 3 Mise à jour du mode opératoire en fonction de l'option pompe

de recirculation sur le premier étageC_esp 12/07/0

4toutes Correction par E. SPI de la version traduite

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SUMARIO

1 PRESENTACIÓN TÉCNICA.................................................................51.1 OBJETIVOS PEDAGÓGICOS........................................................................6

1.2 ESTUDIO PROPUESTO.................................................................................6

2 INFORMACIONES SEGURIDAD......................................................72.1 RESPONSABILIDADES.................................................................................8

2.2 LOS RIESGOS POSIBLES.............................................................................9

3 REPASOS TEÓRICOS.......................................................................103.1 GENERALIDADES SOBRE LA EVAPORACIÓN......................................11

3.2 LOS EVAPORADORES MÚLTI-EFECTO.................................................14

3.3 CALCULACION DE LOS EVAPORADORES.............................................16

4 PRÉSENTACIÓN DE LA UNIDAD.................................................204.1 CONDICIONES DE UTILIZACIÓN.............................................................21

4.2 CONTRA INDICACIONES...........................................................................22

4.3 ESQUEMA DE PRINCIPIO : UNIDAD DE BASE.......................................23

4.4 ESQUEMA DE PRINCIPIO : CON OPCIÓN CIRCULACIÓN FORZADA.24

4.5 DESCRIPTIVO DE LA INSTALACIÓN......................................................25

4.6 LOS DIFERENTES MODOS DE CONFIGURACIÓN.................................29

5 MONTAJE, INSTALACIÓN Y PUESTA EN SERVICIO..............315.1 SOPORTE DE LA UNIDAD.........................................................................32

5.2 MANTENIMIENTO DE LA UNIDAD.........................................................32

5.3 MONTAJE..................................................................................................... 32

5.4 NORMAS DE INSTALACIÓN.....................................................................33

5.5 CONEXIONES A LOS SERVICIOS.............................................................33

5.6 ENCENDIDO DE LA UNIDAD....................................................................34

6 NOTICIA DE UTILIZACIÓN...........................................................356.1 PREPARACIÓN DE LA SOLUCIÓN INICIAL............................................36

6.2 MODO DE CIRCULACIÓN..........................................................................37

6.3 LLENADO DE LOS EVAPORADORES......................................................38

6.4 REGLAJE DE LA PRESIÓN DE PROCESO................................................39

6.5 REGULACIÓN DEL VAPOR.......................................................................40

6.6 MÉTODO DE ANÁLISIS..............................................................................42

6.7 LLENADO CON DIFERENTES CAUDALES..............................................43

6.8 EVAPORACIÓN SIMPLE EFECTO.............................................................44

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6.9 CONFIGURACIÓN PARA LA EVAPORACIÓN DOBLE EFECTO A CORRIENTES PARALELAS........................................................................47

6.10 CONFIGURACIÓN PARA LA EVAPORACIÓN DOBLE EFECTO A CONTRA-CORRIENTE................................................................................48

6.11 ESTUDIO DE LA EVAPORACIÓN DOBLE EFECTO À CORRIENTES PARALELAS................................................................................................. 49

6.12 ESTUDIO DE LA EVAPORACIÓN DOBLE EFECTO À CONTRA-CORRIENTE................................................................................................. 53

6.13 VACIADO EN CURSO DE LA OPERACIÓN..............................................55

6.14 VACIADO EN FIN DE LA OPERACIÓN....................................................56

6.15 LIMPIEZA DE LA INSTALACIÓN.............................................................57

6.16 PARO AL FINAL DE LA OPERACIÓN.......................................................59

6.17 MANTENIMIENTO DE LA UNIDAD.........................................................61

6.18 REPARACIONES.......................................................................................... 61

7 ESTUDIO DE UN EVAPORADOR DOBLE EFECTO...................627.1 EJEMPLO DE CÁLCULO.............................................................................63

7.2 ANÁLISIS Y CONCLUSIÓN........................................................................66

8 anEXOS................................................................................................ 68

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MANUAL PEDAGÓGICO

1 PRESENTACIÓN TÉCNICA

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1.1 OBJETIVOS PEDAGÓGICOSEl objetivo de esta práctica es demostrar a los estudiantes que :

El proceso de evaporación conduce a una concentración de la solución inicial.El método operativo es un factor no despreciable en los resultados de la evaporación.

La instalación de evaporación doble efecto permite determinar la influencia de los siguientes parámetros sobre la calidad de la solución concentrada :

caudal de alimentaciónefecto de recirculación en los evaporadores

recirculación naturalrecirculación forzada

modo de circulación proceso/vaporcirculación a co-corrientecirculación a contra-corriente

presión operativa de evaporaciónpresión atmosféricapresión reducida

Un estudio sobre los diferentes caudales así como sobre las concentraciones obtenidas permite establecer balances de materia globales..

Se puede establecer un balance térmico a nivel del intercambiador sobre los condensados obtenidos en el segundo evaporador.

1.2 ESTUDIO PROPUESTO

1.2.1 Evaluación de la eficacidad de la evaporación en cada una de las configuraciones de la instalación

· observación de la concentración de las soluciones obtenidas en cada etapa de evaporación.

· determinación de la influencia de los siguientes parámetros sobre la calidad de condensados :

caudal de alimentaciónefecto de recirculación : natural o forzadamodo de circulación : pro y contra-corrientepresión operativa de evaporación : atmosférica o reducida

· balance materia sobre el conjunto de la instalación.

1.2.2 Estudio del intercambio térmico en el condensador· balance térmico en el intercambiador térmico ECH· evaluación de las pérdidas térmicas· estimación del coeficiente de intercambio térmico del intercambiador ECH

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MANUAL PEDAGÓGICO

2 INFORMACIONES SEGURIDAD

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2.1 RESPONSABILIDADES

2.1.1 Responsabilidad del fabricante.La unidad de evaporación doble efecto en continuo al vacío es una unidad didáctica que está destinada a la enseñanza de los procesos de concentración por evaporación del solvente de soluciones acuosas en modo continuo a presión atmosférica y en vacío.La unidad presenta los mismos riesgos que los encontrados en la industria con la diferencia que los volúmenes a reaccionar llevados a cabo son más pequeños.

Su utilización debe estar bajo control de los profesores y en un local apropiado del cual el fabricante ha proporcionado las especificaciones previamente.Ver el capítulo del presente documento « utilización ».

Toda utilización de esta unidad fuera de las recomendaciones técnicas suministradas por el fabricante estánfuera de la responsabilidad de la empresa en caso de incidentes ó accidentes ocurridos durante ejercicios no especificados.

2.1.2 Responsabilidad del usuarioEl profesor encargado de la práctica con los alumnos deberá remitirse a las condiciones de utilización suministradas por el fabricante con la documentación técnica entregada con la unidad.Deberá igualmente tomar las precauciones necesarias para el trabajo en un laboratorio de química como : Llevar una vestimentaria correcta :

bata de algodón y gafas de seguridad guantes contra quemaduras térmicas durante la manipulación de productos químicos.

una actitud correcta :no correr, no fumar, ...

precaución en el transporte de productos químicos almacenado de productos químicos en lugar apropiado. utilización de volúmenes en cantidad correcta con respecto al volúmen útil de la unidad.

......Esta lista de recomendaciones no es definitiva y deberá ser completada por el equipo pedagógico en función de las características específicas del laboratorio.

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2.2 LOS RIESGOS POSIBLES

2.2.1 Los productos utilizadosEl estudio de la evaporación doble efecto utiliza como producto a concentrar una solución acuosa de azúcar. Estos productos no presentan riesgos químicos particulares.Sin embargo, es importante para los usuarios conocer los riesgos ligados a su utilización. Es especialmente aconsejable :leer la hoja de datos de seguridad de los diferentes reactivos a utilizar. llevar protección personal :

bata de algodón, gafas de seguridad, guantes de protección durantes las sesiones de TP y en las manipulaciones de productos químicos,

respetar las normas expuestas en el modo operativo. anotar en un cuaderno de todas las operaciones realizadas con la unidad.

2.2.2 La instalaciónLa unidad presenta los riesgos generales en este tipo de plantas químicas.Con el fín de asegurar una utilización de la unidad sin riesgos, se dispone de varios dispositivos de protección.Protecciones personales contra las quemaduras térmicasLos riesgos de quemaduras térmicas están localizados a nivel de la canalización de circulación del vapor primario (en la salida del circuito de distribución de vapor del laboratorio), y en las piezas en vidrio en contacto con la solución azucarada.Una protección de metacriato va dispuesta alrededor de cada tubo de evaporación para evitar los riesgos de quemaduras cuando estos están calientes.El circuito vapor va equipado con válvulas con prolongador térmico, las canalizaciones de circulación de vapor van calorifugadas. Los ciclones y los recipientes no van protegidos. Es entonces importante informar a los operadores del riesgo de quemaduras en este lugar de la unidad, principalmente durante las operaciones de toma de muestra.

Protección mecánica

Sobre el circuito vacío, una válvula de descarga automática permite poner automáticamente a la presión atmosférica la unidad de manera a no someter a presión las piezas en vidrio.

Sobre la canalización de introducción de la fase concentrada en el ciclón C1, la válvula de descarga permite limitar la presión en el evaporador EVP1 en caso de mal posicionamiento de la válvula de tres vías de alimentación de vapor.

Los riesgos residualesLos pictogramas que indican los riesgos de quemaduras térmicas van ubicados en los lugares donde se encuentran los contactos de las partes calientes o frias.

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MANUAL PEDAGÓGICO

3 REPASOS TEÓRICOS

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3.1 GENERALIDADES SOBRE LA EVAPORACIÓN

La evaporación es un método de concentración de una solución que contiene :- un constituyente no volátil- un solvente volátil ( o mucho más volátil que el constituyente )

La concentración de las soluciones por evaporación parcial (o total) de un solvente es un proceso corrientemente utilizado en las industrias :

· farmacéutica· química· alimenticia· cosmética y perfumería

Esta evaporación permite por lo tanto la regeneración del solvente y su reciclado en un proceso, tal como una extracción sólido líquido,por ejemplo.

El solvente es, en la mayoría de los casos el agua.

Con otros tipos de solventes, será conveniente operar con todas las condiciones necesarias de seguridad ( límite de explosividad, punto de encendido y de autoinflamación, toxicidad de los solventes considerados, etc...)

Ejemplo de soluciones :· agua / azúcar· agua / sal· agua / menta

Otros solventes : Podemos encontrar, particularmente en los casos de extracción de aromas naturales o de los aceites esenciales.

· hexano / constituyente.· ciclohexano / constituyente.· etanol / constituyente.· acetona / constituyente.

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3.1.1 Principio de funcionamiento de un evaporadorEl proceso de evaporación rápida utiliza generalmente el calor como fuente de energía de evaporación ( a la excepción de las evaporaciones naturales llamadas lentas : marismas salinas) a la presión atmosférica o bajo presión reducida.

El principio del evaporador consiste generalmente en aumentar la superficie de contacto de la solución a evaporar sobre la parte calefactora, por creación de un film líquido, disminuyendo el espesor de este film.

La formación de un film líquido tiene por objetivo aumentar las transferencias térmicas y aumentar la velocidad de evaporación.

La creación de este film puede efectuarse :Naturalmente :

· por derramamiento gravitario a lo largo del tubo : descendente.· por emulsión engendrada por una ebullición en el tubo : ascendente.

Artificialmente :· por un sistema mecánico : rotores

evaporador a capa delgada

La evaporación es un proceso particularmente adaptado al tratamiento de productos termosensibles.

El dominio y el conocimiento de los siguientes parámetros permiten disminuir los tiempos de contacto y operar bajo condiciones de temperatura óptimas :

· temperatura de calefacción· temperatura de evaporación· temperaturas de permanencia de los productos ( velocidad de pasada ) por

circulación natural o por circulación forzada

Influencia de la presión reducidaOperando sobre presión reducida, se conjugan dos efectos :

· disminución del punto de ebullición· crecimiento de la diferencia de temperatura entre el fluido calefactor y el producto

tratado

Ventajas · aumento de la transferencia térmica· aumento del caudal de evaporación· bajada de la temperatura de evaporación· disminución de la temperatura del fluido calefactor

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3.1.2 Propiedades físicas de los productosPara definir y conducir una evaporación, es necesario conocer las constantes fisico-químicas de los productos a tratar, particularmente :

El solvente· la curva de tensiones de vapor· la densidad· el calor latente de vaporización para diferentes temperaturas· el calor específico· los límites de explosividad, si es necesario

El concentrado· la estabilidad térmica ( temperatura de degradación )· viscosidad de las soluciones en el solvente a diferentes temperaturas

3.1.3 Diferentes tipos de evaporadores

Evaporador a haz tubular· a film descendente· a film ascendente· a circulación forzada por bomba

Evaporador rotativo de lámina delgada

Evaporador múlti efecto

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3.2 LOS EVAPORADORES MÚLTI-EFECTOEl vapor de calentado alimenta un primer evaporador. El vapor emitido por la evaporación de la solución es utilizado para calentar otro evaporador idéntico funcionando a una temperatura inferior.

3.2.1 Los métodos de alimentación

3.2.1.1 Alimentación en paralelo Cada evaporador es alimentado separadamente por el líquido en cantidad suficiente para compensar la evaporación del solvente.

Este tipo de evaporación es raramente utilizado, salvo en el caso de los evaporadores de sal.

Su principal ventaja es la comodidad de utilización.

3.2.1.2 Alimentación a corrientes paralelas

Es el método más utilizado.La solución a concentrar es introducida en primer efecto ( ó etapa ) y los efectos siguientes son alimentados por la etapa precedente.La extracción de la solución concentrada es realizada en la etapa final.

La ventaja de este proceso es que la solución circula en el mismo sentido del vapor.La circulación de las soluciones de una etapa a la otra se efectúa naturalmente por caída de presión.

El inconveniente de esta alimentación es que es necesario recalentar la solución a la temperatura de la primera etapa para no reducir su eficacidad.

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Agua evaporada

Solución concentrada

Soluciones evaporadas

Vapor

Solución alimentación


3.2.1.3 Alimentación a contra-corriente

La circulación a contra-corriente consiste en introducir la solución a evaporar en la última etapa, haciendola progresar de etapa en etapa con la ayuda de una bomba para que la solución concentrada salga en la primera etapa.

La ventaja de esta alimentación es su utilización para las soluciones muy viscosas.

El hecho de tener las soluciones más concentradas en el punto más caliente favorece su derrame por la disminución de su viscosidad.

3.2.2 Comparación de los métodos

La elección de un método de alimentación depende de las condiciones de funcionamiento :· temperatura de alimentación· viscocidad de las soluciones· sensibilidad de las soluciones· elevación del punto de ebullición

3.2.3 Número de etapas económicasLa elección del número óptimo de etapas es simplemente un problema económico

El precio de coste de un evaporador depende de cinco variables escenciales :· cargas fijas : amortización y mantenimiento· mano-de obra· coste de producción del vapor· coste del agua de condensación· coste de la energía

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Solución alimentación

Vapor

Solución concentrada

Agua evaporada

Soluciones evaporadas


3.3 CALCULACION DE LOS EVAPORADORES

3.3.1 Balances de materias

3.3.1.1 Balance de materia global El balance materia de un evaporador es relativamente simple de establecer.

La ecuación que rige el balance global es la siguiente :Solución de alimentación = solución concentrada + agua evaporada

( 1 )

Qma = caudal másico de alimentación

Qmc = caudal másico de concentración

Qme = caudal másico de evaporación

3.3.1.2 Balance materia sobre el constituyente El balance materia que se puede establecer sobre el constituyente es el siguiente :constituyente disuelto en la solución inicial = constituyente disuelto en el concentrado + constituyente disuelto en los condensados

( 2 )

Ca =concentración en constituyente de la solución de alimentaciónCc = concentración en constituyente de la solución concentradaCe = concentración en constituyente de la solución evaporada

Los balances materias son siempre establecidos en peso de manera a evitar los errores debidos a las variaciones de densidad de los volúmenes.

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3.3.2 Balance energéticoEl balance energético de un evaporador está basado en la relación siguiente :

la cantidad de energía aportada por los elementos entrantes es igual a la de los elementos salientes.

3.3.2.1 Sobre el evaporador

E1 energía de la solución de alimentación

( 3 )

E2 energía de la solución evaporada

( 4 )

E3 energía de la solución concentrada

( 5 )

E4 energía del vapor

E5 energía de las pérdidas térmicas sobre las paredes del evaporador

En nuestro caso, la ecuación se convierte en la igualdad siguiente :

E1 + E4 = E2 + E3 + E5

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Solución evaporada

Solución concentradaCircuito de calentado

Solución de alimentación


3.3.2.2 Sobre el condensador

E6 energía del agua condensada

( 6 )

E7 energía del agua de enfriamiento a la entrada del condensador

( 7 )

E8 energía perdida por la solución evaporada

( 8 )

E9 energía del agua de enfriamiento a la salida del condensador

( 9 )

E10 energía de las pérdidas térmicas sobre las paredes del condensador

En nuestro caso, la ecuación se convierte en la igualdad siguiente :

E6 + E7 + E8= E9 + E10

Otros elementos pueden intervenir en este balance térmico :· energía total de la sal precipitada· energía de cristalización· energía de concentración de las soluciones · energía de recalentado del vapor evaporado

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Entrada caliente TeE

Salida fría TfS

Salida caliente TeS

Entrada fría TfE


3.3.2.3 Evaluación del coeficiente de intercambio global

La relación que define el coeficiente global es :

Potencia intercambiada a nivel del condensadorS Superficie de intercambio del condensadorK Coeficiente de intercambio global

Evaluación de la potencia intercambiada sobre el condensador

cálculo de la diferencia de temperatura promedio Tmlog

En realidad es Tmlog = (T1-T2)/(Ln(T1/T2)T1 diferencia de temperatura en la extremidad donde esta es la más elevadaT1 diferencia de temperatura en la extremidad donde esta es la menos elevada

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Ref. EVA/2000

MANUAL PEDAGÓGICO

4 PRÉSENTACIÓN DE LA UNIDAD

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4.1 CONDICIONES DE UTILIZACIÓN

Todas las operaciones (carga, reglajes de las condiciones operativas, vaciados, anotaciones de los parámetros) son accesibles por la parte frontal de la planta piloto.La regulación de las condiciones operativas se realiza manualmente mediante el reglaje de la abertura de las válvulas.

El evaporador doble efecto es destinado a la concentración de la solución acuosa a baja viscosidad.

Solución agua azucarada.

Advertencia :Las evaporaciones presentan los riesgos de colmataje (jugos de frutas cargados en pulpa por ejemplo) no podrán llevarse a cabo con en esta unidad.

4.1.1 Productos utilizados

Agua desmineralizada

Azúcar (tipo de cocina)

Observaciones :La concepción del EVA/2000 es compatible con estos diferentes productos. Los materiales para las partes en contacto con los reactivos y los productos sintetizados son :

Inox 316 L PTFEVidrio borosilicatado

Es sin embargo recomendable de validar la resistencia de estos materiales teniendo en cuenta las concentraciones y condiciones operativas.

4.1.2 Volúmenes reaccionales máximos

La bombona de alimentación : 60 litros

El evaporador : 3 litros

Los recipientes : 10 litros

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4.1.3 Puntos de funcionamientoEl EVA/2000 ha sido dimensionado para los puntos de funcionamiento más abajo indicados:

Tipo de evaporación : simple efectodoble efecto a co-corriente y contra-corriente

Tipo de proceso : continuo.

Presión proceso : Presión atmosférica.Presión reducida : vacío limitado a 100 mbars. (función de la bomba de vacío P4)

Caudal de alimentación : 15 L/h de solución de alimentación para el funcionamiento en simple efecto20 L/h de solución de alimentación para el funcionamiento en doble efecto.

Caudal de recirculación en EVP2 : en función de las condiciones operativasde 40 a 120L/h

Calefacción: vapor ajustado a 1 bar como máximoestimación del caudal de vapor : 15 L/h (a medir por llenado)

Caudal de agua del condensador : 300 l/h como mínimo

Concentración inicial del agua azucarada : 15 g azúcar /100g agua

4.2 CONTRA INDICACIONES

La lista de contraindicaciones no es exacta y será completada por las con los riesgos específicos de la manipulación de los reactivos a utilizar y por las normas específicas del laboratorio.

Sin embargo, es importante anotar que es prohibido :

utilizar las soluciones colmatantes en las unidades de evaporaciòn a film.

someter a presión la unidad.

dejar la unidad en funcionamiento sin supervisión de un operador conocedor del funcionamiento de la unidad.

introducir objetos rígidos en los orificios de la unidad (lápices, llaves …..).

introducir reactivos no compatibles con los materiales de la unidad.

………

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4.3 ESQUEMA DE PRINCIPIO : UNIDAD DE BASE

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V25

FI5

C2

T6

V36

V29

V34

V35

PI3

ECH

T5

T4

T7

V32

V31

V33

PI2

P4

V18

EMPOTAGE P2

PR1

CONDENSATS

T1

V21

V10

EMPOTAGE

CONDENSATS

EV1

V13

PE

V9

V12

EAU

T3

PR2

V20

VAPEUR V39

V40

PI1

V41

V42

L1

V6

FI1

V15

C1

V19

V14

V17

FI4

FI3

EVP2

T2

V16

V27

R2

V37EAU

V5

V4

PE

V22

V23

PI4

EV2

V24

P1

V2

R1V30

V3

V1

60L

R3

V28

PE

V38

L2

V26


4.4 ESQUEMA DE PRINCIPIO : CON OPCIÓN CIRCULACIÓN FORZADA

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página - 25 -

V25

FI5

C2

T6

V36

V29

V34

V35

PI3

ECH

T5

T4

T7

V32

V31

V33

PI2

P4

V18

EMPOTAGE P2

V7

PR1

CONDENSATS

T1

V21

V10

EMPOTAGE

CONDENSATS

EV1

V13

PE

P3

V9

PI5

V11

V12

EAU

T3

PR2

V20

VAPEUR V39

V8

FI2

V40

PI1

V41

V42

L1

V6

FI1

V15

C1

V19

V14

V17

FI4

FI3

EVP2

T2

V16

V27

R2

V37EAU

V5

V4

PE

V22

V23

PI4

EV2

V24

P1

V2 R1V30

V3

V1

60L

R3

V28

PE

V38

L2

V26


4.5 DESCRIPTIVO DE LA INSTALACIÓN

4.5.1 Descripción general

EVP1 y EVP2 evaporadores doble camisa :

EVP1 es la primera etapa EVP2 es la segunda etapa, en doble efecto a co-corrienteEVP1 es la segunda etapa y EVP2 es la primera etapa, en doble efecto a contra-corrienteEVP2 puede funcionar sólo en simple efecto

C1 ciclón de separación Gas Líquido del evaporador EVP1

C2 ciclón de separación Gas Líquido del evaporador EVP2

ECH condensador calorifugado, superficie de 0,2 m²

P1 bomba de alimentación de los evaporadores en solución inicial

P2 bomba de alimentación forzada de EVP2

P3 bomba de alimentación forzada de EVP1 (en opción)

P4 bomba al vacío

R1 recipiente de solución evaporada

R2 recipiente de solución concentrada

R3 recipiente de solución inicial de alimentación

PR1 purgador sobre el circuito de alimentación de vapor sobre el primer evaporador

4.5.2 Parte eléctrica

· Interruptor general y piloto luminoso

· Puesta bajo tensión de la unidad, piloto y paro general tipo golpe de puño

· Marcha / Paro de cada bomba P1, P2 et P4

· Un indicador electrónico de temperatura configurable

· Un conmutador multivías

· Indicación del estado de las electroválvulas

Si opción "bomba de recirculación forzada sobre EVP1" agregar un M/P para la bomba P3

Si opción "cuadro multi-indicador visual" : seis indicadores electrónicos para visualización simultánea de todas las temperaturas

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4.5.3 Indicación de diferentes medidasTemperaturas :

T1 temperatura de la solución de alimentación del primer evaporador EVP1.

T2 temperatura de los vapores salidos del primer evaporador EVP1.

T3 temperatura de la solución de alimentación del segundo evaporador EVP2.

T4 temperatura de los vapores salidos del segundo evaporador EVP2.

T5 temperatura de los condensados a la salida del condensador ECH.

T6 temperatura del agua de enfriamiento a la entrada del condensador ECH.

T7 temperatura del agua de enfriamiento a la salida del condensador ECH.

Presión :

PI1 presión del circuito de vapor a la entrada del primer evaporador EVP1.

PI2 presión vacío proceso.

PI3 presión vacío recipiente R1.

PI4 presión de rechazo de la bomba P2.

PI5 presión de rechazo de la bomba P3 (si opción "bomba de recirculación forzada").

Caudalímetros:

FI1 caudalímetro alimentación primer evaporador EVP1.

FI2 caudal de circulación forzada primer evaporador EVP1 (con opción "bomba de recirculación forzada").

FI3 caudalímetro de alimentación segundo evaporador EVP2.

FI4 caudal circulación forzada segundo evaporador EVP2.

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4.5.4 Nominación de las válvulasVálvula manual :

V1 Alimentación general en solución inicial

V2 purgado del circuito de alimentación en solución inicial

V3 by pass del circuito de alimentación en solución inicial

V4 alimentación en solución inicial del segundo evaporador

V5 alimentación en solución inicial del primer evaporador

V6 reglaje del caudal de alimentación del primer evaporador

V7 recirculación natural de la solución concentrada del primer evaporador (con opción "bomba de recirculación forzada")

V8 reglaje del caudal de recirculación del primer evaporador(con opción "bomba de recirculación forzada")

V9 vaciado del primer evaporador

V10 almacenado o purgado de los condensados vapor salidos del primer evaporador

V11 by pass de la bomba de recirculación del primer evaporador(si opción "bomba de recirculación forzada")

V12 toma de muestra de la solución concentrada salida del primer evaporador

V13 reglaje del caudal de trasiego sobre el primer evaporador

V14 funcionamiento a corrientes paralelas

V15 trasiego de la solución concentrada del primer evaporador

V16 selección funcionamiento simple o doble efecto del segundo evaporador

V17 reglaje del caudal de alimentación del segundo evaporador

V18 recirculación natural de la solución concentrada del segundo evaporador

V19 reglaje del caudal de recirculación del segundo evaporador

V20 vaciado del segundo evaporador

V21 almacenado o purgado de los condensados vapor salidos del segundo evaporador

V22 toma de muestra de la solución concentrada salida del segundo evaporador

V23 by pass de la bomba de recirculación del segundo evaporador

V24 reglaje del caudal de trasiego sobre el segundo evaporador

V25 funcionamiento a contra-corriente

V26 trasiego de la solución concentrada del segundo evaporador

V27 toma de muestra de la solución concentrada

V28 vaciado del recipiente R2

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V29 vaciado del recipiente condensador

V30 vaciado del recipiente R1

V31 corte vacío general

V32 reglaje presión vacío proceso

V33 reglaje fuga vacío proceso

V34 aislamiento del recipiente R1

V35 repuesta al vacío del recipiente R1

V36 corte vacío del recipiente R1

V37 aislamiento alimentación agua de enfriamiento

V38 reglaje del caudal de alimentación de agua de enfriamiento

V39 aislamiento de la alimentación de vapor

V40 reglaje del caudal de alimentación de vapor

V41 válvula de alimentación vapor EVP2

V42 válvula de alimentación vapor EVP1

Electroválvula :

EV1 electroválvula de regulación del trasiego sobre el evaporador EVP1.

EV2 electroválvula de regulación del trasiego sobre el evaporador EVP2.

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4.6 LOS DIFERENTES MODOS DE CONFIGURACIÓN

4.6.1 Evaporación simple efectoSólo el evaporador EVP2 es alimentado con vapor de calentado y con solución inicial. La parte gris de la unidad no funciona en esta configuración.Principio de funcionamientoLa solución azucarada es vertida en la bombona de 60 Litros.

La bomba P1 alimenta el evaporador con un caudal regulado mediante el caudalímetro FI3.El vapor, tomado de la red de distribución del laboratorio, es inyectado en la toma inox del evaporador, en la base una válvula de tres vías permite orientar los condensados, enfriados por el intercambiador, ya sea hacia la red o a un recipiente.Por transferencia térmica, la solución se pone en ebullición y por efecto de un termosifón, sube a lo largo de la toma inox formando un film.Los vapores y la fase líquida concentrada son introducidos en el ciclón para ser separados.Los vapores son orientados hacia el condensador donde se condensan sobre el serpentín inox. este serpentín es alimentado con agua fría con un caudal regulado mediante FI5.Los condensados de vapor son recogidos en el recipiente R1, una válvula de aislamiento en la base del condensador permite efectuar la medida del caudal por llenado.La bomba P2 tiene dos funciones : efectuar una circulación forzada en la solución a evaporar en el evaporador con un caudal definido en FI4 y trasegar la fase concentrada recogidada en la base del ciclón para ser transferida al recipiente R2.El detector de nivel L2 permite mantener el nivel constante en el evaporador y abrir la electroválvula EV2 con el fin de trasegar la fase concentrada.Se define la circulación natural en el evaporador cuando no se impone caudal de recirculación en FI4. El circuito de vacío permite regular la presión del proceso, la bomba P4 permite a la unidad ser autónoma.

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FI3

V20

V17

EMPOTAGE

CONDENSATS

T1

V21V10

EMPOTAGE

CONDENSATS

V12

EV1

V13

PE

PR1

V9

EAU

T3

PR2

EVP1

VAPEUR

V39

V40

PI1

V6

FI1

V15

L1

C1

V14

V19

FI4

EVP2

T2

V16

V4

V5

PE

P2

V22V23

PI4

V18

EV2

V24

V2P1

V30

R1

V3

EAU

V37

V1 60L

R3

V28

R2 PE

V27

V32

FI5

V38

L2

V26

V25

C2

T6

V29

V35V36

V34PI3

ECH

T5

T4

T7

PI2

V31

V33

P4

V41 V42


4.6.2 Evaporación doble efectoLa evaporación doble efecto consiste en evaporar la solución en dos etapas consecutivas.

4.6.2.1 A corrientes paralelas El evaporador EVP1 constituye la primera etapa y el evaporador EVP2 constituye la segunda etapa de esta evaporación. EVP1 es alimentado por solución inicial.

Modo de circulaciónla circulación de la solución en los evaporadores pueden ser natural o forzada.

Condiciones de presiónLos evaporadores pueden funcionar :

• a la presión atmosférica • a la presión atmosférica para el primero y a presión reducida para el segundo.

Para el primer evaporador, la energía necesaria a la evaporación del solvente es suministrada por el circuito de vapor.El segundo evaporador es calentado por el vapor producido por el primer evaporador.

4.6.2.2 A contra -corriente El evaporador EVP1 constituye la primera etapa y el evaporador EVP2 constituye la segunda etapa de esta evaporación. EVP2 es alimentado por la solución inicial.

Modo de circulaciónla circulación de la solución en los evaporadores puede ser natural o forzada.

Condiciones de presiónLos evaporadores pueden funcionar :

• a la presión atmosférica • a la presión atmosférica para el primero y a presión reducida para el segundo.

Para el primer evaporador, la energía necesaria a la evaporación del solvente es suministrada por el circuito de vapor.El segundo evaporador es calentado por el vapor producido por el primer evaporador

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Ref. EVA/2000

MANUAL PEDAGÓGICO

5 MONTAJE, INSTALACIÓN Y PUESTA EN SERVICIO

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AdvertenciaTodas las reparacionesciones de las unidades PIGNAT deben efectuarse bajo la responsabilidad de un técnico PIGNAT.

5.1 SOPORTE DE LA UNIDADLa concepción de las unidades PIGNAT es de tipo autoportante es decir, que todos los equipos van montadosdos en el bastidor inox.Sin embargo, es importante fijar el bastidor al suelo o sobre una pared con el fin de asegurar su estabilidad.La elección entre la fijación al suelo o a al pared se efectuará de acuerdo con el cliente.

5.2 MANTENIMIENTO DE LA UNIDADExisten dos tipos de plantas :

Las fijadas definitivamenteLas móviles

Plantas fijadas definitivamente :Una barra desmontable situada el la parte frontal permite el transporte de la planta. Los pies regulables permiten nivelar la unidad.

Máquinas móviles :La movilidad de las plantas se realiza mediante 4 ruedas auto pivotantes, dos de ellas con frenos.Durante la utilización, es importante bloquear los frenos.Durante el mantenimiento es importante comprobar que la máquina no está conectada a los servicios (principalmente eléctricidad y agua fría).

5.3 MONTAJEMontaje en fábrica :Las plantas son premontadas en fábrica por técnicos especializados en la fabricación de equipos pilotos de ingeniería de procesos. Este premontaje permite realizar los ensayos de validación de las plantas antes de su utilización final por el cliente.

Montaje en el destino :El montaje en destino se realizará por técnicos PIGNAT.La comprobación de los equipos es realizada con pruebas de hermeticidad hidráulicas por el técnico responsable en el lugar de destino.

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5.4 NORMAS DE INSTALACIÓNLa unidad debe ser ubicada en un laboratorio destinado a trabajos prácticos de química.Lo cual implica los siguientes requisitos del lugar : los vapores emitidos durante la manipulación, la carga y los vaciados de la unidad deben ser recogidos y extraídos rápidamente. Un sistema de recogida de vapores lo más próximo de la fuente de emisión es especialmente aconsejado.

Alumbrado del puesto de trabajo : La utilización del puesto es compatible con un alumbrado ambiental conveniente. Es importante verificar que la unidad esté situada en un lugar donde el alumbrado sea correcto. La dotación de los medios de alumbrado específicos será realizado por el cliente.

Emisión del ruido : El nivel sonoro originado por la unidad no sobrepasa los 70 dB. La emisión de ruido está relacionada con el motor de las diferentes bombas.

Normas de seguridad : Las normas de seguridad relacionadas con la utilización de la unidad deberán ser expuestas en la proximidad del puesto de trabajo por el cliente. La unidad va dotada de pictogramas que señalan los riesgos residuales.

5.5 CONEXIONES A LOS SERVICIOSLa conexión a los servicios es realizada por los técnicos PIGNAT y su buen funcionamiento es verificado durante los ensayos de comprobación en destino.

La conexión es efectuada a las diferentes tomas situadas en la proximidad de la máquina. Las los dispositivos de corte deben ser montados en la conexiones de la unidad por el cliente.

La unidad va equipada con sus propias válvulas de corte, accesibles facilmente por el operador.

Conexión eléctrica :La conexión eléctrica es realizada en el cuadro eléctrico. Se debe disponer en la red eléctrica de una protección diferencial general de alta sensibilidad 30mA.

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5.6 ENCENDIDO DE LA UNIDAD

5.6.1 Conocimiento de la instalaciónAntes de comenzar toda operación, es importante comprender el funcionamiento de la instalación.

Con la ayuda del esquema de principio :Seguir las canalizaciones y estudiarr las diferentes posibilidades de circulación de los fluidos.

Sobre el esquema :ubicar las diferentes indicaciones dadas sobre el esquema sinóptico.

5.6.2 Comprobación de las conexionesVerificar las conexiones de agua del intercambiador térmico ECH a nivel de la válvula V37.

Verificar la conexión del circuito vapor a nivel de la válvula V39.

Verificar la puesta al desagüe de las canalizaciones del circuito de vapor y del agua de refrigeración.

Poner bajo tensión el cuadro de mandos con el interruptor general : el piloto luminoso blanco deberá estar encendido.Poner en funcionamiento la caldera de vapor y remitirse a las condiciones de funcionamiento dadas por el constructor.

5.6.3 Regulación de las válvulasRegulación de los caudales de trasiego :

V3 : 1 vuelta ½V11 : ½ vuelta (si opción "bomba de recirculación forzada")V13 : ½ vueltaV23 : ½ vuelta V24 : ½ vuelta

Comprobar la posición de válvula de tres vías V16 en función del modo de funcionamiento de la instalación :Simple efecto : el vapor procedente de la red de vapor debe alimentar el evaporador EVP2.Doble efecto : el vapor procedente de la red de vapor debe alimentar el evaporador EVP1.

Todas las otras válvulas deberán estar cerradas en su posición de reposo.

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Ref. EVA/2000

MANUAL PEDAGÓGICO

6 NOTICIA DE UTILIZACIÓN

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6.1 PREPARACIÓN DE LA SOLUCIÓN INICIALLa solución que se propone evaporar es una solución de glucosa en el agua desmineralizada.

La concentración inicial es expresada en solubilidad :

5 g de glucosa por 100 g de solvente (agua)

Esta solución puede obtenerse a partir de :agua desmineralizada y glucosadel reciclado de las soluciones de glucosa salidos de las evaporaciones

Modo operativo :Llenar el depósito con 50 litros de agua desmineralizada.Pesar 2500 g de azúcar cristalizada.Con un vaso, sacar 3 litros de agua desmineralizada del depósito.Disolver 1000 g de azúcar en el vaso antes de vaciarlo en el depósito.Repetir esta operación hasta disolver toda la masa de azúcar.

Homogeneizar la solución :abrir las válvulas V1 y V3.poner bajo tensión la bomba P1 en el cuadro de mandos.

Coprobar la concentración por medida de su índice de refracción y la curva de calibrado.

Ajustar el valor de la concentración a 5 g / 100 g de solvente y el volúmen a 50 litros.

Es interesante reciclar durante las operaciones esta solución vaciando en el recipiente R3 las diferentes soluciones obtenidas.

Observación :Con el fin de poder utilizar la solución durante una semana, es imprescindible agregar formalina (0,1% en masa) en la solución azucarada para limitar el desarrollo bacteriano.Igualmente es necesarioo cambiar la solución todas las semanas con el fin de no contaminar la unidad.

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6.2 MODO DE CIRCULACIÓN

6.2.1 RecapitulaciónDos tipos de circulación son definidos en los evaporadores :

La circulación natural creada por el efecto termosifón.La circulación forzada por la bomba P2 (y P3 si opción sobre EVP1).

6.2.2 Circulación naturalEn EVP1 :Esta es necesaria cuando la opción de bomba de recirculación no es conectada en la unidad.

Con bomba de recirculación P3.La bomba P3 estará bajo tensión para permitir el trasiego de la solución concentrada hacia EVP2.Cerrar la válvula V8 del caudalímetro FI2.Abrir la válvula V7.

En EVP2 :La bomba P2 estará bajo tensión para permitir el trasiego de la solución concentrada hacia el recipiente R2.Cerrar la válvula V19 del caudalímetro FI4.Abrir la válvula V18.

6.2.3 Circulación forzadaEn EVP1 (Con opción)Cerrar la válvula V7.Poner bajo tensión la bomba P3.Regular la presión de rechazo en el manómetro PI5 a un mínimo de 1 bar con la válvula V11.Regular el caudal de recirculación sobre FI2 con V8.

En EVP2 Cerrar la válvula V18.Poner bajo tensión la bomba P2.Regular la presión de rechazo en el manómetro PI4 a un mínimo 1 bar con la válvula V23.Regular el caudal de recirculación en FI4 con V19.

6.2.4 Elección del tipo de circulaciónLa elección del tipo de circulación puede efectuarse durante el funcionamiento del evaporador.

Circulación forzada hacia circulación natural :Cerrar la válvula V8 o V19 sobre los caudalímetros FI2 y FI4Abrir V7 o V18.Circulación natural hacia circulación forzada : Proceder de manera inversa.

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6.3 LLENADO DE LOS EVAPORADORES

6.3.1 Evaporador simple efectoAsegurarse que el depósito de alimentación contiene como mínimo 20 litros de solución o de agua.Abrir la válvula V3.Abrir la válvula V4 y cerrar la válvula V5.Poner bajo tensión la bomba P1.Regular el caudal sobre FI3 al máximo con V17.

Llenar el evaporador hasta que el nivel del líquido alcance el detector de nivel L2.Desconectar la bomba P1.

Continuar el modo operativo para la elección de la configuración y de la presión proceso.

6.3.2 Evaporador doble efectoAsegurarse que el deppósito de alimentación contiene como mínimo 20 litros de solución o de agua.Abrir la válvula V3.Abrir las válvulas V4 y V5Poner bajo tensión la bomba P1.Regular el caudal sobre FI1 al máximo con V6 y el caudal sobre FI3 al máximo con V17.

Llenar los evaporadores hasta el nivel de detección L1 y L2Desconectar la bomba P1.

Continuar el modo operativo para elección de la configuración y de la presión de proceso.

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6.4 REGLAJE DE LA PRESIÓN DE PROCESO

6.4.1 RecapitulaciónEl evaporador doble efecto presenta dos evaporadores que funcionan :

para EVP1 a la presión atmosférica únicamente.para EVP2 a la presión atmosférica y al vacío.

Durante el estudio de la evaporación simple efecto sobre EVP2, es posible trabajar tanto a la presión atmosférica como en vacío.Durante el estudio de la evaporación doble efecto (a corriente paralela y a contra corriente), es imperativo trabajar al vacío con EVP2 con el fin de permitir el derramamiento de la solución a concentrar.

6.4.2 Évaporación a la presión atmosféricaAbrir V31, V33, V36.Las otras válvulas del circuito vacío estarán cerradas.

6.4.3 Evaporación bajo presión reducidaAdvertencia

La regulación de la presión reducida debe efectuarse cuando las temperaturas en los evaporadores sean inferiores a 40 °C de modo a evitar el atascamiento del evaporador.

Indicar en el manómetro PI2 la presión de vacío a la cual se desea trabajar.Cerrar V31, V33, V36 Conectar la bomba P4.Abrir de 2 vueltas la válvula V32.Asegurarse que la membrana de la válvula de descarga está situada sobre la brida superior.Retardar la reducción de vacío abriendo ligeramente V33 para crear una tasa de fuga.Reducir la abertura de la válvula V32 para establecer la medida de presión a la consigna elegida.

IMPORTANTERespetar este modo operativo con el fin de no arrastrar gotas de líquido en las canalizaciones.

Controlar durante la operación el valor de vacío y actuar sobre las válvulas V32 y V33 para mantener un valor constante.

6.4.4 Venteo de la unidad.

Desconectar la bomba P4 en el cuadro de mandos.Cerrar la válvula V32.Abrir la válvula V33 para poner la unidad a la presión atmosférica.Abrir las válvulas V31 y V36.Asegurarse que la membrana de la válvula de descarga está despegada.

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6.5 REGULACIÓN DEL VAPOR

6.5.1 AdvertenciaEl vapor debe alimentar la unidad cuando los procesos siguientes son puestos emarchar :

Preparación de la solución a concentrar o de limpiezaElección del modo de configuración :

simple o doble efectocirculación natural o forzada

Llenado de los evaporadoresPuesta a presión reducidaReglaje del caudal de agua en el condensador

6.5.2 Reglaje del caudal de agua de enfriamientoAbrir la válvula V37.Regular el caudal de enfriamiento por la válvula V38 sobre FI5.

El caudal de enfriamiento es función del caudal de vapor salido de EVP2 a la entrada del condensador.El caudal mínimo aconsejado es 300 L/h.

6.5.3 Configuración de la red de vapor sobre el evaporadorSi evaporador simple efecto :Ajustar la válvula 3 vías V16 para alimentar la toma inox de EVP2 mediante la red de vaporAbrir la válvula V41.Comprobar que la válvula V42 esté cerrada.

Si evaporador doble efecto :Ajustar la válvula 3 vías V16 para alimentar la toma inox de EVP1 de la red de vapor.Abrir la válvula V42 y cerrar la válvula V41.

Observación :La válvula 3 vías tiene una indicación sobre su manilla para facilitar la visualización del circuito.

6.5.4 Configuración de la red de condensados de vaporRecapitulación : Los condensados de vapor de calentado (aquellos que circulan en la bujía inox) son enfriados a la salida de cada evaporador por un intercambiador de tipo a espiral.Estos dos intercambiadores son enfriados en serie por la circulación de agua fría salida del condensador ECH.

A la salida de estos intercambiadores, una válvula de tres vías permite orientar los condensados hacia la red de evacuación de aguas residuales o de efectuar un almacenado.

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En EVP1 :Situar la válvula V10 preferentemente hacia la red de evacuación de condensados.

En EVP2 :Cn configuración simple efecto :Situar la válvula V21 preferentemente hacia la red de evacuación de condensados.La válvula V21 será utilizada únicamente para efectuar las medidas del caudal de llenado.

Cn configuración doble efecto:Situar la válvula V21 preferentemente hacia la salida de llenado.Situar un recipiente de 5 litros bajo la salida de llenado de la válvula V21.Recuperar el volúmen de condensados para regenerar la solución.

6.5.5 Reglaje del caudal de vaporElegir la configuración de la red de vapor y de red de condensados.

Abrir el manorreductor al máximo..Abrir la válvula V40 a 2 vueltas.Abrir la válvula V39.

Regular la presión del vapor sobre PI1 a 0,5 bars cerrando progresivamente el manorreductor.A la salida de las válvulas V10 y V21, realizar una medida del caudal volumétrica para verificar que el caudal de alimentación de vapor está conforme a :

Simple efecto sobre EVP2 : 10 kg/h.Doble efecto sobre EVP1 : 15 kg/h.

6.5.6 Llenado de condensadosMaterial necesario :Un cronómetro y un recipiente de 1 litro.

Orientar la válvulas 3 vías hacia la red de condensados.

Colocar el recipiente de 1 litro a la salida de los condensados y accionar el cronómetro.

Medir el tiempo necesario para obtener 0,5 litros.Deducir el caudal por volumen : V/t

Volver a colocar el recipiente de 5 litros y orientar las válvulas hacia la red de condensados.

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6.6 MÉTODO DE ANÁLISISEl análisis de las muestras puede realizarse por medición del índice de refracción de la luz.

6.6.1 Curva de calibradoPreparar una decena de soluciones de solubilidad creciente a partir de glucosa y de agua desmineralizada.(de 0 a 100g de azúcar para 100g agua).

6.6.2 Toma de muestraEs posible seguir la evolución de la concentración de las soluciones para cada evaporador durante las diferentes operaciones.

Las tomas de muestras son realizadas mediante las válvulas :· V27 para el evaporador EVP1, abertura realizada de EV1 desde el cuadro· V27 para el evaporador EVP2, abertura de EV2 desde el armario· V30 para el recipiente de condensados R1· V28 para el recipiente de concentrados R2

Las bombas P2 y P3 deben conectarse para efectuar estas tomas de muestras.

Método de muestreo· Abrir la válvula.· Dejar derramar 4 a 5 segundos la solución para eliminar el volúmen de retención

de la válvula.· Sacar algunos milímetros de solución en un frasco limpio.· Dejar enfriar la muestra.

6.6.3 Análisis de las muestras· Medir el índice de refracción de la luz de cada una de las soluciones.· Deducir la concentración a partir de la curva de calibrado.· Establecer los balances de materia.· Obtener conclusiones sobre la eficacidad de los evaporadores.

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6.7 LLENADO CON DIFERENTES CAUDALES

6.7.1 Llenado con los condensados procedentes de V10 y V21 Material necesario :Un cronómetro y un vaso de 1 litro.

Orientara la válvula de 3 vías hacia la red de condensados.

Ubicar el vaso de 1 litro bajo la salida de condensados y accionar el cronómetro.

Medir el tiempo necesario para obtener 0,5 litros.

Deducir el caudal por volumen : V/t

Volver a colocar el vaso de 5 litros y orientar la válvula hacia la red de condensados

6.7.2 Llenado en la fase concentrada finalMaterial necesario :Un cronómetro

Accionar el cronómetro cuando el nivel de la fase concentrada alcanza una graduación en el recipiente R2.Medir el tiempo necesario para obtener el volúmen entre dos graduaciones.Deducir el caudal de la fase concentrada.

6.7.3 Llenado de la fase evaporada a la salida del condensadorMaterial necesario :Un cronómetro

Caudal instantáneo

Cerrar la válvula V29Esperar que el nivel de condensados alcance la primera graduación para accionar el cronómetro.Medir el tiempo necesario para alcanzar la segunda graduación.Deducir el caudal.

Caudal promedioAccionar el cronómetro cuando el nivel de la fase concentrada alcanza una graduación en el recipiente R1.Medir el tiempo necesario para obtener el volúmen entre dos graduaciones.Deducir el caudal de la fase concentrada.

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6.8 EVAPORACIÓN SIMPLE EFECTO

Puesta en régimen del evaporador : 30 minutosDuración de un ensayo unitario : 1 hora a 1hora ½

Antes de continuar este modo operativo, elegir :

el modo de funcionamientoel modo de circulación las condiciones de presión

Consultar los párrafos del modo operativo correspondiente.

6.8.1 Puesta a régimen de la instalación

Alimentación del evaporador EVP2

· Abrir las válvulas V1, V3, V4, V17, V18, V31, V33, V36.· Situar V16 para orientar los vapores de calentado en EVP2· Conectar la bomba P1.· Regular el caudal de alimentación FI3 del evaporador EVP2 a 20 l/h.· Llenar el evaporador hasta la consigna de nivel ( piloto de electroválvula EV2

encendid0 en el cuadro ).

Circuito de enfriamiento· Abrir V29.· Alimentar el intercambiador ECH con agua abriendo V37.· Regular el caudal de enfriamiento a 400 l/h con V38.

Circuito de vapor de calentadoAsegurarse que la caldera está en condiciones de funcionamiento.

ATENCIÓN:

Vigilar especialmente esta operación : · Abrir las válvulas V39 y V41.· Abrir V40 y regular PI1 a 0,5 bar relativos.· Verificar que los condensados se derraman a la salida del purgador PR2 y

orientarlos hacia la evacuación con V21.

Hacer funcionar la instalación en circulación natural una veintena de minutos sin trasiego (P2 desconectada, V19, V23 y V24 cerradas) para concentrar la solución antes de utilizar la circulación forzada.

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6.8.1.1 Modo de circulación en el evaporador EVP2

Después de haber hecho funcionar la instalación 20 minutos en circulación natural sin trasiego, elegir un modo de circulación.Circulación natural

· Abrir V18.· Cerrar V19.· Abrir V23 de ½ vuelta· Conectar P2 y dejarla funcionar.

Circulación forzada· Cerrar V18 y dejar el líquido subir hasta alcanzar el nivel L2.· Abrir V23 de ½ vuelta y conectar P2. · Abrir V19 y regular el caudal de circulación a 80 l/h en FI4.· Seguir la presión PI4, la bomba P2 debe siempre estar bajo presión.

6.8.1.2 Trasiego de la solución concentrada · Hacer funcionar la instalación durante 30 a 45 minutos antes de comenzar el

trasiego.· Tomar una muestra de la solución en :

V27 para EVP2 abriendo de EV2 desde el cuadro.· Si la concentración es conveniente ( más allá de 10 g / 100 g ) :

Abrir V24 de ½vuelta y V26

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6.8.2 En régimen establecido duración 1 hora

6.8.2.1 Seguimiento de la operación

Controlar Las condiciones de los caudales

Las condiciones de presión

Comprobar el nivel de solución inicial en el recipiente R3.

Reciclar las diferentes soluciones de R1 y R2 para mantener la concentración inicial constante durante la operación.

6.8.2.2 Análisis

· Anotar los niveles de los recipientes R1 y R2.· Anotar las temperaturas, los caudales de circulación.· Tomar muestras a nivel de los evaporadores y de los recipientes.·· Recapitulación : En funcionamiento a presión reducida :

Aislar la instalación en caso de toma de muestra o vaciado del recipiente R1 ( cf. § 3.4.2.2 "Análisis de las muestras" ).

6.8.2.3 Conclusiones

Analizar la eficacidad de esta evaporación en estas condiciones de funcionamiento (concentraciones y balances de materia).

Evaluar la eficacidad del intercambiador ECH por un balance térmico.Comparar los resultados con aquellos de otro modo de funcionamiento.

6.8.3 Paro de la operaciónParar las operaciones ( ver capítulo "Paro de la instalación" ) luego :

· Elegir otro modo de funcionamiento, de circulación o de condiciones de presión y consultar el párrafo correspondiente.

· O terminar el paro de la instalación.

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6.9 CONFIGURACIÓN PARA LA EVAPORACIÓN DOBLE EFECTO A CORRIENTES PARALELAS

V41 cerrada y V42 abiertaV16 : posicionada de manera a orientar los vapores procedentes de EVP1 hacia EVP2V5 y V6 abiertas, FI1 : ajuste del caudal a 20 l/h.V14 abierta, V25 cerrada.

circulación natural :V18 abierta V19 cerrada V23 abiertaP2 cerrada (la bomba funcionando )

Con opción "bomba de recirculación forzada" : Abrir V7 y V11Cerrar V8Poner bajo tensión P3

Circulación forzada :V18 cerradaV19 abierta y ajuste del caudal FI4 a 80 l/hP2 conectadaV23 abierta : ½ vuelta y leer una presión de 1bar aproximadamente en PI4

Con opción"bomba de recirculación forzada" : Cerrar V7Abrir V8 y regular el caudal FI2 a 80 l/hConectar P3Abrir V11 de ½ vuelta y leer una presión de 1 bar aproximadamente sobre PI5

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6.10 CONFIGURACIÓN PARA LA EVAPORACIÓN DOBLE EFECTO A CONTRA-CORRIENTE

V41 cerrada y V42 abiertaV16 : posicionada de manera de orientar los vapores procedentes de EVP1 hacia EVP2V4 y V15 abiertas.FI3 : ajuste del caudal a 20 l/h.V25 abierta, V14 cerrada.

Circulación natural:V18 abierta V19 cerrada V23 abiertaP2 conectada (la bomba funcionando )

Con opción "bomba de recirculación forzada" : Abrir V7 y V11Cerrar V8Conectar P3

Circulación forzada :V18 cerradaV19 abierta y ajuste del caudal FI4 a 80 l/hP2 conectadaV23 abierta : ½ vuelta y leer una presión de 1 bar aproximadamente en PI4

Con opción "bomba de circulación forzada" : Cerrar V7Abrir V8 y ajustar el caudal de FI2 a 80 l/hConectar P3Abrir V11 de ½ vuelta y leer una presión de 1 bar aproximadamente en PI5

6.10.1 Condiciones de presiónBajo presión atmosférica : V31, V33 y V36 abiertas

Bajo presión reducida para la segunda etapa :P4 conectadaV31 y V36 cerradasV33 ligeramente abierta para proporcionar una tasa de fugaV34 abiertaV35 cerradaReglaje de la presión con V32

Observación : Con el fin de evitar todo problema de ebullición debida a la baja de presión, es preferible efectuar los ensayos a presión reducida primeramente.

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6.11 ESTUDIO DE LA EVAPORACIÓN DOBLE EFECTO À CORRIENTES PARALELAS

Puesta en régimen del evaporador : 30 minutosDuración de un ensayo unitario : de 1 hora a 1 hora ½

Antes de continuar con este modo operativo, consultar el capítulo "3.4 Preliminares".

Elegir el modo de funcionamiento, de circulación y de las condiciones de presión y consultar los párrafos del modo operativo correspondiente.

6.11.1 Puesta a régimen de la instalaciónVerificar la posición de V16 de modo a orientar los vapores producidos por la primera etapa EVP1 hacia la segunda EVP2.

Alimentación de la primera etapa del evaporador ( EVP1 )· Abrir las válvulas V1, V3, V5, V6, V31, V33, V36.· Abrir V7 si la instalación posée la opción "bomba de recirculación"· Cerrar V13 y V15· Orientar los vapores hacia EVP2 con V16.· Conectar la bomba P1.· Regular la bomba de alimentación FI1 del evaporador EVP1 a 20 l/h.· Llenar el evaporador hasta la consigna de nivel L1 ( lámpara de la electroválvula

EV1 encendida en el armario ).

Hacer funcionar la instalación en circulación natural una veintena de minutos sin trasiego (P3 apagada, V8, V11, V15 y V13 cerradas) para concentrar la solución antes de alimentar la segunda etapa y utilizar la circulación forzada.

Circuito de enfriamiento· Abrir V29.· Alimentar el intercambiador ECH en agua abriendo V37.· Regular un caudal de enfriamiento a 400 l/h con V38.

Circuito de vaporAsegurarse que la caldera esté en condiciones de funcionamiento.

ATENCIÓN:Permanecer atentos durante esta operación : no situarse delante la salida de los vapores para evitar las quemaduras.

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Sobre el evaporador EVP1· Abrir las válvulas V39 y V42.· Regular PI1 a 0,5 bar relativos con V40.· Verificar que los condensados se derraman a la salida del purgador PR1 y

orientarlos hacia la evacuación con V10.

Sobre el evaporador EVP2El vapor de calentado sale de la primera etapa.

· Verificar que los condensados se derraman a la salida del refrigerante y orientarlos hacia la evacuación con V21.

Modo de circulación EVP1Circulación natural sobre la versión de base

Circulación forzada si opción "bomba de recirculación forzada" :· Cerrar V7 y dejar el líquido montar hasta detección del nivel L1.· Abrir V11 de ½ vuelta y poner bajo tensión P3.· Abrir V8 y regular el caudal de circulación a 80 l/h sobre FI2.· Observar la presión PI5, la bomba P3 debe siempre estar bajo presión.

Alimentación de la segunda etapa del evaporador ( EVP2 )Esta alimentación se efectúa desde que la solución del primer evaporador y deberá estar suficientemente concentrada.

· Abrir V13, V14 y V18.· Dejar EVP2 llenarse hasta detección del nivel L2.

6.11.1.1 Puesta a presión reducida de la segunda etapa (EVP2)

Evaporación a presión reducida· Cerrar V31, V36 y fijar una tasa de fuga dejandoV33 ligéramente abierta.· Abrir V34 y V32.· Poner bajo tensión la bomba a vacío P4.· Regular la presión PI2 a –0,5 bar relativos con V32.

IMPORTANTERespetar este modo operativo con el fin de no acarrear gotas de líquido en las canalizaciones.

Controlar durante la manipulación el valor del vacío y actuar sobre las válvulas V32 y V33 para mantener un valor constante.

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6.11.1.2 Modo de circulación EVP2 Circulación natural

· Abrir V18.· Cerrar V19.· Abrir V23 de ½ vuelta· Poner bajo tensión P2 y dejar funcionar sobre ella misma.

Circulación forzada· Cerrar V18 y dejar subir el líquido hasta detección del nivel L2.· Abrir V23 de ½ vuelta y poner conectar P2.· Abrir V19 y regular el caudal de circulación a 80 l/h sobre FI4.· Controlar la presión PI4, la bomba P2 debe siempre estar bajo presión.

6.11.1.3 Trasiego de la solución concentrada · Hacer funcionar la instalación durante 30 a 45 minutos antes de comenzar el

trasiego.· Tomar una muestra de la solución :

Abrir V24 y V26Abrir V27 y efectuar la abertura de EV2 desde el cuadro.

· Si la concentración es conveniente ( más allá de 10 g / 100 g ) : Abrir V24 de ½ vuelta


6.11.2.1 Seguimiento de la operación Controlar las condiciones de caudales


Comprobar el nivel de solución inicial en el recipiente R3.

Reciclar las diferentes soluciones de R1 y R2 para mantener la concentración inicial constante durante la operación.

6.11.2.2 Análisis · Anotar los niveles en los recipientes R1 y R2.

· Anotar las temperaturas, los caudales de circulación.

· Tomar las muestras a nivel de los evaporadores y de los recipientes.·· Repaso : En funcionamiento a presión reducida :

Aislar la instalación en caso de toma de muestra o de vaciado del recipiente R1 ( cf. § 3.4.2.2 "Análisis de las muestras" ).

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6.11.2.3 Conclusiones Concluír sobre la eficacidad de esta evaporación en estas condiciones de funcionamiento( concentraciones y balance materia ).

Evaluar la eficacidad del intercambiador ECH por un balance térmico.

Comparar los resultados con aquellos de otro modo de funcionamiento.

6.11.3 Paro de la instalación

Parar las manipulaciones ( ver capítulo "Paro de la instalación" ) luego :· Elegir otro modo de funcionamiento, de circulación o de condiciones de presión y

consultar el párrafo correspondiente.· O terminar el paro de la instalación.

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6.12 ESTUDIO DE LA EVAPORACIÓN DOBLE EFECTOÀ CONTRA-CORRIENTE

Puesta en régimen del evaporador : 30 minutosDuración de un ensayo unitario : 1 hora a 1hora½

Antes de seguir este modo operatorio, consultar el capítulo "3.4 Preliminares".

Elegir el modo de funcionamiento, de circulación y las condiciones de presión y consultar los párrafos del modo operatorio correspondiente.

6.12.1 Puesta en régimen de la instalaciónVerificar la posición de V16 de modo a orientar los vapores producidos por la primera etapa EVP1 hacia la segunda EVP2.

6.12.1.1 Arranque En un primer tiempo, hacer funcionar la instalación en doble efecto con una alimentación a corrientes paralelas luego pasar a la evaporación a contra-corriente.

6.12.1.2 Evaporación a contra-corriente Cerrar V14 Abrir V6, V15 y V25Cerrar V26Abrir V4 y cerrar V5Regular el caudal de alimentación FI3 del evaporador EVP2 a 20 l/h.

6.12.1.3 Modo de circulación

Circulación natural· Abrir V18.· Cerrar V19.· Abrir V23 de ½ vuelta· Conectar P2 y dejarla funcionar.

Con opción recirculación forzada· Abrir V7· Cerrar V8.· Abrir V11 de ½ vuelta· Conectar P3 y dejarla funcionar.

Circulación forzada· Cerrar V18 y dejar el líquido subir hasta alcanzar el nivel L2.· Abrir V23 de ½ vuelta y poner conectar P2.· Abrir V19 y regular el caudal de circulación a 80 l/h sobre FI4.· Mantener la presión PI4, la bomba P2 debe siempre estar bajo presión.

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Con opción recirculación forzada· Cerrar V7 y dejar el líquido subir hasta alcanzar el nivel L1.· Abrir V11 de ½ vuelta y poner bajo tensión P3.· Abrir V18 y regular el caudal de circulation a 80 l/h sobre FI2.· Seguir la presión PI5, la bomba P3 debe siempre estar bajo presión.

6.12.1.4 Trasiego de la solución concentrada Observación : con el fin de favorecer la evaporación, se aconseja concentrar las soluciones en los recipientes R1 y R2.

· Hacer funcionar la instalación durante 30 a 45 minutos antes de comenzar el trasiego.

· Tomar una muestra de la solución por : V27 abriendo EV1 desde el cuadro.


6.12.2.1 Seguimiento de la operación Controlar las condiciones de los caudales


Comprobar el nivel de solución inicial en el recipiente R3.Reciclar las diferentes soluciones de R1 y R2 para mantener la concentración inicial constante durante operación.

6.12.2.2 Análisis · Anotar los niveles de los recipientes R1 y R2.

· Anotar las temperaturas, los caudales de circulación.

· Tomar las muestras a nivel de los evaporadores y de los recipientes.·· Repaso : En funcionamiento a presión reducida :

Aislar la instalación en caso de toma de muestra o vaciado del recipiente R1 ( cf. § 3.4.2.2 "Análisis de muestras" ).

6.12.2.3 Conclusiones Obtener conclusiones sobre la eficacidad de esta evaporación en estas condiciones de funcionamiento( concentraciones y balance materia ).

Evaluar la eficacidad del intercambiador ECH por un balance térmico.

Comparar los resultados con aquellos de otro modo de funcionamiento.

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6.12.3 Paro de la instalación Paro de las operaciones ( ver capítulo "Paro de la instalación" ) luego :

· Elegir otro modo de funcionamiento, de circulación o de condiciones de presión y consultar el párrafo correspondiente.

· O terminar el paro de la instalación.

6.13 VACIADO EN CURSO DE LA OPERACIÓN

6.13.1 Vaciado del recipiente R1Para el recipiente R1, durante un funcionamiento a presión reducida, es imperativo aislar la instalación para no romper el vacío durante la toma de muestra o de su vaciado.

Aislamiento de la instalación :· Cerrar V29 y V34.· Cerrar V32 para aislar la unidad.· Abrir lentamente V36 de modo a llegar progresivamente a la presión atmosférica en

el recipiente R1.

Toma de muestra o de vaciado :· Tomar la muestra o vaciar el recipiente con V30 en un recipiente de 5 litros ó 10

litros.· Cerrar V30.· Cerrar V36.· Abrir V31 hasta equilibrar la presión : PI3 = PI2.

Re-equilibrado de la unidad :· Cerrar V31.· Abrir V32 para estabilizar la presión sobre PI2.· Abrir V34 luego V29.· Cerrar V31.

6.13.2 Vaciado del recipiente R2Ubicar un recipiente de 5 litros bajo la válvula V28.Abrir la válvula V28 para vaciar el recipiente.

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6.14 VACIADO EN FIN DE LA OPERACIÓN

6.14.1 RepasoEl vaciado de la unidad se realiza cuando :

La unidad ya no está alimentada por vapor : válvula V39 cerradaLa unidad está a la presión atmosférica : Bomba P4 fuera de tensión, válvula V33

abiertaLas temperatura T1 y T3 son inferiores a 45 °C.

6.14.2 Vaciado de los recipientesDebajo de las válvulas de vaciado V30 y V28, ubicar un recipiente de 5 Litros.

Recipiente solución concentrada R2 Abrir la válvula V28 para vaciar la solución concentrada.Vaciar el recipiente en la bombona de alimentación.

Cuando el recipiente está totalmente vacío :Enjuagar el recipienteProceder a una limpieza del recipiente (ver capítulo limpieza de la unidad)

Recipiente solvente R1Cerrar las válvulas de puesta en vacío del recipiente : V34, V31Abrir la válvula de venteo del recipiente V36.Abrir la válvula V30 para vaciar la solución concentradaVaciar el recipiente en la bombona de alimentación

Cuando el recipiente está totalmente vacío :Enjuagar el recipienteProceder a la limpieza del recipiente ( ver capítulo limpieza de la unidad )

6.14.3 Vaciado de los evaporadoresVaciado de EVP1Ubicar un vaso de 1 litro bajo cada válvula V9 y V12.Abrir las válvulas V9 y V12 hasta vaciar totalmente el evaporador.

Vaciado de EVP2Ubicar un vaso de 1 litro bajo cada válvula V20 y V22.Abrir las válvulas V20 y V22 hasta vaciar totalmente el evaporador.

Proceder a la limpieza de la unidad completamente ( ver capítulo limpieza de la unidad )

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6.15 LIMPIEZA DE LA INSTALACIÓN

6.15.1 AdvertenciaLa limpieza del evaporador forma parte integrante de la operaciónEs IMPERATIVO limpiar todas las canalizaciones y recipientes al fin de la operación de modo a evitar toda suciedad en la unidad.

La limpieza de la unidad deberá fectuarse con agua desmineralizada

6.15.2 Enjuague de la bombona de alimentaciónVaciar la bombona R3 en un recipiente ( si se desea reutilizar la solución azucarada ) o hacia la red de evacuación de aguas usadas.Enjuagar correctamente la bombona con agua de la ciudad hasta eliminar toda traza de solución azucarada.Llenar la bombona con 50 litros de agua desmineralizada.Conectar la válvula V1 con el flexible de aspiración de la bomba P1.

6.15.3 Enjuague al vacío de los evaporadoresAbrir V1 y V3 luego conectar la bomba P1.Alimentar a caudal máximo :EVP1 abriendo la válvula de FI1.EVP2 abriendo la válvula de FI3.

Alimentar los evaporadores EVP1 y EVP2 hasta que el nivel de agua alcance la parte superior de los evaporadores.Poner bajo tensión la bomba P1.

Vaciar los dos evaporadores mediante las válvulas V12 y V22 en recipientes de 5 litros.Vaciar la solución de enjuague en la red de evacuación de aguas.

6.15.4 Enjuague al frío del recipiente R2Abrir V1 y V3 luego poner bajo tensión la bomba P1.Alimentar a caudal máximo EVP2 abriendo la válvula de FI3.

Alimentar el evaporador EVP2 hasta que el nivel de agua alcance el detector de nivel para conectar la bomba P2.Llenar el recipiente R2 para trasiego abriendo V26 hasta el nivel de solución concentrada almacenada durante la operación.

Vaciar el recipiente en un recipiente de 10 litres abriendo V28.Vaciar la solución de enjuague en la red de evacuación.

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6.15.5 Enjuague al caliente de la unidadConfigurar la unidad en modo Evaporación doble efecto a corriente paralela.Volver a iniciar el modo operativo de puesta en régimen de la unidad para esta configuración :

Vacío : 500 mbarsPresión de vapor : 0,5 barsCaudal de enfriamiento : 400 L/hCaudal de alimentación de EVP1 : 25 L/h

Recircular el agua durante 20 minutos a fin limpiar todas las canalizaciones.

Al cabo de estos 20 minutos : Apagar P1 en cuadro de mandos.Cerrar la alimentación de vapor mediante la válvula V39.Efectuar la abertura las electroválvulas EV1 y EV2 en el de cuadro para vaciar los evaporadores (vigilar el nivel de líquido en los evaporadores de manera a evitar de desactivar las bombas P2 y P3).Apagar las bombas P2, P3 y P4 en el cuadro de mandos.Poner al respiradero la unidad abriendo V33.Cerrar la circulación de agua fría cerrando la válvula V37.

Esperar que las temperaturas T1 y T3 sean inferiores a 45 °C para vaciar los evaporadores y los recipientes :

EVP1 por V12 y V9EVP2 por V22 y V20R2 por V30R3 por V28.

6.15.6 Enjuague exterior de la unidadLavar todas las superficies exteriores de la unidad con un trapo suave mojado con agua tibia.Secar con un trapo seco y suave para eliminar toda traza de agua.

Lavar el suelo alrrededor de la unidad para eliminar todo resto de agua azucarada.

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6.16 PARO AL FINAL DE LA OPERACIÓNRespetar el orden abajo indicado

6.16.1 Paro de las operaciones al final de la evaporaciónApagar las bombas en el cuadro de mandos

Circuito vaporCerrar V39, V40, V41 y V42.

Circuito de vacíoApagar la bomba P4Cerrar V32Abrir lentamente V33, V31 y V36

Circuito de enfriamiento Cuando no hayan más vapores que se condensen en ECH, cerrar V37 y V38.

1) Parar el calentadoCerrar V31 para parar la alimentación de vapor.

Esperar que la presión baje en PI2 para cerrar la válvula V32 (sin forzar).

2) Poner en reflujo total el cuadro neumático y mantener el enfriamiento en el condensador.

3) Poner el reactor a la presión atmosférica.

Cerrar V23, V24 y V25.

Abrir V26.

4) Enfriar el reactor si la temperatura del medio reaccional es superior a 35°C.

Ver el capítulo correspondiente.

5) Apagar la agitación con el mando Marcha Paro.

6) Proceder al vaciado y al enjuague cuando la temperatura del reactor sea inferior a 35 °C.

Ver el capítulo correspondiente.

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6.16.2 Paro finalPoner fuera de tensión el cuadro de mandos mediante el interruptor general.Cerrar con llave el interruptor.

Cerrar las válvulas de aislamiento de los servicios.

V : aislar la alimentación de agua de la red.

V35 : aislamiento de la alimentación vacío.

V39 : aislamiento de la alimentación de vapor.

Atención :

Poner la unidad en contacto con la atmósfera, la válvula V35 debe permanecer abierta cuando la unidad esté parada.

Dejar las válvulas de vaciado abiertas :

V1 : depósito de alimentación

V6 : vaciado del depósito de alimentación .

V9 y V20 : vaciado de los evaporadores

V28 y V30 : vaciado de recipientes.

Cerrar las válvulas de aislamiento en la red de distribución de servicios :Cerrar la alimentación de agua.Cerrar la alimentación de vapor.Cerrar la alimentación de vacío.

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6.17 MANTENIMIENTO DE LA UNIDAD

6.17.1 Mantenimiento general

El mantenimiento general de la unidad es parte integrante de las operaciones a efectuar. Comprende :

Redacción de las condiciones operativas y resultados obtenidos en el cuaderno de trabajo.

El vaciado de la unidad

La limpieza interna y externa de la unidad

El paro de la unidad.

6.17.2 Mantenimiento específico

El mantenimiento específico de la unidad estará a cargo del responsable del funcionamiento.

Después de leer las diferentes informaciones del fabricante de los equipos integrados en la unidad, es importante realizar el mantenimiento específico sobre cada pieza "sensible" :

Verificación del estado de las hermeticidades.

Comprobación del estado de desgaste de los tubos flexibles

Comprobación general de las piezas en vidrio.

Comprobación de los sensores y de los órganos de seguridad.

Comprobación de la precisión de los reguladores según los parámetros definidos en fábrica. (ver documento técnico)

Las informaciones de los fabricantes vienen incluidas en el dosier técnico entregado con la unidad.

6.18 REPARACIONES

Las reparaciones de la unidad deben ser realizadas por un técnico habilitado por la sociedad PIGNAT.

Todas las piezas defectuosas deberán ser reemplazadas por piezas certificadas de orígen.

La lista de piezas que componen la unidad viene con el documento técnico que se acompaña.

Es importante prever una visita de mantenimiento todos los años a fin de verificar el buen funcionamiento de la unidad.

Todas las operaciones de mantenimiento deberán ser anotadas en un cuaderno de seguimiento precisando las operaciones de mantenimiento y de reparaciones como también el nombre de la persona que ha realizado dichas operaciones.

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Ref. EVA/2000

MANUAL PEDAGÓGICO

7 ESTUDIO DE UN EVAPORADOR DOBLE EFECTO

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Condiciones operativas :Se ha estudiado la evaporación de una solución de glucosa en agua de concentración inicial :

5 g / 100 g de solvente.

Este estudio se refiere a los tres tipos de alimentación posibles :Evaporación simple efecto

Evaporación doble efecto a corrientes paralelas

Evaporación doble efecto a contra-corriente

Estudiaremos, en cada caso :

la influencia de los modos de alimentación

el efecto de la naturaleza de la circulación de la solución en los evaporadores

el efecto de la presión operatoria

Hemos elegido :un caudal de alimentación de 20 litros / hora

un caudal de recirculación de 80 litros / hora

La consigna de presión reducida es fijada a 500 mbar.

Observación : la caldera de vapor utilizada para realizar estos ensayos no nos ha permitido d probar todos los modos de funcionamiento por falta de potencia.

La evaporación doble efecto a la presión atmosférica como también la evaporación simple efecto la presión atmosférica no han podido ser realizadas.

7.1 EJEMPLO DE CÁLCULOLos resultados experimentales vienen indicados en anexo.

El ejemplo de cálculo es tratado para la configuración de la evaporación es el siguiente :

Evaporación doble efecto a co-corriente, con circulación natural, a la presión atmosférica.

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7.1.1 Cálculo de los balances de materiasCálculo de los balances másicos :

V volumen total de la solución a partir del tiempo "cero"t duración de la evaporación masa volúmica de la solución ( asimilada a aquella del solvente puro )

Los diferentes caudales son :Qma =

Qme

Qmc =

Cálculo de las concentraciones :Hipótesis :

-la masa del constituyente disuelto en el solvente no perturba las características físicas de éste : densidad, volumen.-la solución evaporada está constituida del solvente puro.

Es entonces posible deducir de la solubilidad dada por la curva de dosificado por índice de refracción, la concentration másica de diferentes soluciones.

La solubilidad es expresada en gramo para 100 gramos de solvente.La concentración es expresada en gramo para 1 litro de solvente.

Ca = 50 g.l-1

Cc = 210 g.l-1

Ce = 0 g.l-1

Cálculo del balance de materia sobre el constituyente : ( 2 )

Podemos observar que el balance sobre el constituyente no es equilibrado.La principal causa de este desequilibrio es debida a las fluctuaciones encontradas en la instalación a nivel :

del caudal de alimentaciónde la potencia de calentado generada por la caldera

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Cálculo del balance materia global

En este caso de configuración de la instalación, no es posible establecer el balance de materia global puesto que el caudal de la solución evaporada no es conocido.Sería interesante para este estudio, medir el volumen de la solución evaporada a la salida del segundo evaporador.

7.1.2 Cálculo de los balances térmicosQm Caudal de condensado 6.5 l/hTf Diferencia de temperatura fría T9-T6 8.4 °CTc Diferencia de temperatura caliente T8-T7 67.3 °CT1 Diferencia de temperatura a la entrada T8-T9 60.4 °CT2 Diferencia de temperatura a la salida T7-T6 1.5 °C Masa volúmica del agua 1000 kg/m3

Cp Calor másico 4.18 J.g-1

Lv Calor de vaporización 2050 J.g-1

7.1.2.1 Balance térmico sobre el fluido caliente :

Cálculo de la energía perdida por los condensados :Em = Qm * * ( Cp * Tc + Lv )

Em = 6.5 * 1 * ( 4.18 * 67.3 + 2050 ) / 3600 = 3529 Watt

7.1.2.2 Balance térmico sobre el fluido frío :

Cálculo de la energía recibida por el fluido frío :El = Ql * * Cp * Tf

El = 500 * 1 * 4.18 * 8.4 / 3600 = 4876 Wat

La diferencia entre estas dos energías corresponde a las pérdidas térmicas a lo largo de la pared del intercambiador.

7.1.2.3 Evaluación del coeficiente de intercambio global K :

La relación que define el coeficiente global es :

Potencia de intercambio a nivel del condensadorS Superficie de intercambio del condensadorK Coeficiente de intercambio global

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Evaluación de la potencia de intercambio en el condensador

Cálculo de la diferencia de temperatura promedio Tmlog

Cálculo del coeficiente de intercambio global K

Esta fórmula permite estimar este coeficiente. El valor calculado corresponde al proporcionadodado por los datos técnicos para condensadores funcionando en las mismas condiciones operativas.

7.2 ANÁLISIS Y CONCLUSIÓN

7.2.1 Comparación de los diferentes modos de funcionamientoEstas diferentes comparaciones son efectuadas para un análisis cualitativo de la concentración final de la solución de glucosa.

Evaporación simple efecto y evaporación doble efectoPodemos observar entre estos tres modos de funcionamiento que el aumento del número de etapas en una evaporación conduce a un aumento de la concentración.Así, con un simple efecto, concentramos de 5 a 10% como máximo, mientras que para el doble efecto, la concentración final puede alcanazar más del 25%.

Evaporación a corrientes paralelas y evaporación a contra-corrientePodemos demostrar fácilmente que en nuestro caso, el funcionamiento a contra-corriente es adecuado para una ganancia de concentración.En efecto es en este modo de funcionamiento que el valor de la concentración final es la más elevada ( 26%).

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Modo de circulación natural o forzadaEn el caso de una evaporación simple efecto, no podemos anotar resultados diferentes concerniente a los dos modos de circulación.Un tiempo de evaporación más largo permitiría definir la influencia de los modos de circulación sobre la calidad de la concentración final.

En el caso de la evaporación doble efecto, podemos observar que la recirculación de la solución, a un caudal de 80 litros por hora, altera la calidad de la solución final.Los valores de la concentración bajan de mitad para la evaporación a corrientes paralelas.Aquellas evaluadas para el modo de funcionamiento a contra-corriente son un poco menos sensibles pero disminuyen igualmente.

Condiciones de presiónLa disminución de la presión sobre el segundo evaporador favorece la evaporación por un aporte de energía relativamente importante por la producción de vapor sobre el primer efecto y por la caída de la temperatura de ebullición en estas condiciones de presión.

Podemos ver facilmente que el segundo evaporador, a corrientes paralelas y a contra corriente permite una concentración más importante que sobre el primer evaporador.

7.2.2 ConclusiónEl modo de funcionamiento de una evaporación depende de las propiedades fisico-químicas de la solución que se desea evaporar.

La optimización de los parámetros de funcionamiento necesita efectuar ensayos para mejorar la calidad y la producción de condensados. Es cierto que es difícil de acumular un aumento de la concentración, una producción importante y un costo energético débil.

El número de etapas depende de esto.

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Ref. EVA/2000

MANUAL PEDAGÓGICO

8 ANEXOS

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TENSIÓN DE VAPOR DE AGUA

T (°C)Tensión de vapor

Densidad T (°C)Tensión de vapor

DensidadTorr bar Torr bar

5 6,55 0,0087 1,0000 48 83,7 0,112 0,98896 7,01 0,0093 1,0000 50 92,5 0,123 0,98807 7,50 0,0100 0,9999 52 102 0,136 0,98718 8,03 0,0107 0,9999 54 112 0,149 0,98629 8,60 0,0115 0,9998 56 124 0,165 0,985210 9,21 0,0123 0,9997 58 136 0,181 0,984211 9,84 0,0131 0,9997 60 149 0,198 0,983212 10,52 0,0140 0,9996 65 187 0,249 0,980513 11,23 0,0150 0,9994 70 233 0,310 0,9777 14 11,99 0,0160 0,9993 75 289 0,385 0,974815 12,79 0,0170 0,9992 80 255 0,473 0,971616 13,64 0,0182 0,9990 85 433 0,577 0,968417 14,5 0,0193 0,0088 90 525 0,700 0,965218 15,5 0,0206 0,9987 95 633 0,844 0,961619 16,5 0,0220 0,0085 100 760 1,013 0,958120 17,7 0,0236 0,9983 105 - 1,21 0,954521 18,7 0,0249 0,9981 110 - 1,46 0,950722 19,5 0,0260 0,9978 115 - 1,67 0,946823 21,1 0,0281 0,9976 120 - 2 0,942924 22,4 0,0300 0,9974 125 - 2,4 0,938825 23,8 0,0317 0,9971 130 - 2,8 0,934626 25,2 0,0336 0,9968 135 - 3,2 0,930228 17,4 0,0378 0,9963 140 - 3,7 0,925830 31,8 0,0424 0,9957 150 - 5 0,916832 35,7 0,0476 0,9951 160 - 6,3 0,907334 39,9 0,0532 0,9944 170 - 8 0,897336 44,6 0,0594 0,9937 180 - 10 0,886938 49,7 0,0662 0,9931 190 - 13 0,876040 53,3 0,0710 0,9923 200 - 16 0,864742 61,5 0,0820 0,9915 210 - 19,5 0,852844 68,3 0,0910 0,9907 220 - 24 0,840346 75,7 0,101 0,9898 230 - 28,3 0,8273

MASA VOLÚMICA DE LAS SOLUCIONES CONCENTRADAS

solubilidadg / 100 g de solvente

Masa volúmicag.l

0 9785 96310 98020 103630 1100

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CURVA DE CALIBRADO PARA EL DOSIFICADO DE LA GLUCOSA EN SOLUCIÓN ACUOSA

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RESULTADOS EXPERIMENTALES

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Documents

MPEva2000esp C