Evaporadores de Efluentes (aguas de desecho)

Evaporadores de aguas de desecho para industrias alimenticia y láctea.

Las plantas de evaporación son usadas como tecnologías de separación térmica para la concentración o separación de soluciones líquidas, suspensiones y emulsiones.

GEA Process Enginering ha extendido su experiencia en tecnologías de separación térmica hacia la concentración de aguas de desecho y efluentes, que salen de las instalaciones de de procesos alimenticios y lácteos.

Este extenso Conocimiento Técnico se ha desarrollado, naturalmente, del trabajo de investigación y desarrollo y de la operación de nuestros evaporadores multi propósitos de referencia. La solución correcta, empleando eficientemente la energía, usando estrategias, para más productos, operando condiciones y aplicaciones, han sido desarrolladas y probadas.

Los dos conceptos principales de evaporador que usamos cuando trabajamos con efluentes son:

• Evaporadores de película descendente y
• Evaporadores de circulación forzada.

Evaporadores de Película Descendente

Diseño

Un intercambiador de calor vertical de tubo y coraza, con un separador arreglo centrífugo, lateral o concéntrico. El pecho del tubo, sobrepasa él asamblea del reborde (área de distribución de líquido), la parte baja (área de desembrague de vapor evaporado) es frecuentemente llamada "Calandria".

Operación

El líquido a ser concentrado es suministrado por la parte superior de los tubos de calentamiento y distribuido a cada uno, de tal manera que fluya hacia abajo por las paredes internas como una película fina. La película de líquido comienza a hervir debido al calentamiento externo de los tubos y como resultado es parcialmente evaporado. El flujo hacia abajo, causado inicialmente por la gravedad, es realzado por el flujo paralelo hacia abajo del vapor formado. La película de líquido residual y el vapor son separados en la parte baja de la calandria y en el separador centrífugo de gotas corriente abajo. Es esencial que la superficie de calentamiento de la película, especialmente en la zona más baja, esté completa y suficientemente mojada por el líquido. Donde esto no suceda, pueden aparecer puntos secos permitiendo la incrustación y crecimiento de depósitos. Para un humedecimiento completo es importante que un sistema de distribución conveniente se seleccione para el cabezal del evaporador. El comportamiento de humidificación se incrementa usando tubos más largos de calentamiento, dividiendo el evaporador en varios compartimientos o por la recirculación de producto.

Características

Mejor calidad de producto, debido a una evaporación uniforme, preferentemente al vacio y con tiempos de residencia extremadamente bajos en el evaporador.

Alta eficiencia energética, debido a al arreglo multi efecto o calentamiento por re-compresión térmica o mecánica. Basada sobre la menor diferencia teórica de temperatura.

Control y Automatización de proceso simple, debido a su pequeño contenido de líquido los evaporadores de película descendente reaccionan rápidamente a cambios en el suministro de energía, de vacío, o cantidad de alimentación, concentración, etc. Esto es un prerrequisito importante para una concentración final uniforme.

Operación Flexible. Arranque y paro de operación rápidos para la limpieza y cambios sencillos de producto.

Evaporadores de circulación forzada

Diseño

Un intercambiador de calor de tubo y coraza horizontal o vertical (Calentador o calandria), con un tanque flash (separador de vapor) colocado en la parte superior, con una bomba de circulación de producto.

Operación

Se circula el líquido a través del calentador por medio de una bomba de circulación, donde es super calentado a una presión elevada, mayor a su presión normal de ebullición. Una vez en el separador del vapor, la presión en el líquido se reduce rápidamente dando por resultado algo del líquido que es evaporado o hervido instantáneamente. Dado que la circulación de líquido se mantiene, la velocidad de flujo en los tubos y la temperatura líquida se puede controlar para adaptarse a los requisitos del producto independientemente de la diferencia preseleccionada de temperatura.

Características

Largos periodos de operación hervor/evaporación no toma lugar en las superficies de calentamiento. El ensuciamiento debido a la incrustación y a la precipitación en el "calentador" por lo tanto, se reduce al mínimo.

Superficie de intercambio de calor optimizada, velocidad de flujo en los tubos, determinada por el gasto de circulación y dimensiones de los tubos.

Criterios de Diseño del Evaporador

Durante el diseño del sistema evaporador en general y para evaporadores específicamente para efluentes lácteos, numerosos y en ocasiones conflictivos requerimientos deben ser evaluados.

Esos factores determinan los materiales de construcción, y que arreglo de equipo es empleado en el diseño del evaporador.

Uno de los principales problemas con evaporación de efluente es el hecho de que las características de los productos procesados son rara vez semejantes.

Efluente con el mismo nombre a menudo tiene características de evaporación únicas. Los criterios más importantes son los siguientes:

• Requerimientos de capacidad y operación incluyendo flujos, concentración, análisis químico, de la alimentación y horas de operación anual.
• Costo de los servicios en el sitio.
• Disponibilidad de vapor, agua, energía eléctrica, químicos de limpieza, y cualquier limitación, etc.
• Características de la alimentación, calor sensible, viscosidad, otras propiedades de flujo, tendencia ha espumar, la inclusión de gases, etcétera.
• La necesidad de probar el efluente en una planta piloto de evaporación un estudio completo de corrosión en las instalaciones de GEA.
• Selección de materiales de fabricación y acabado de superficies.
• Condiciones del sitio tales como espacio disponible, colocación dentro de puertas o al aire libre, requerimientos de plataformas y estructuras, etc.
• Asuntos legales incluyendo emisión de ruido, restricciones de altura, y requisitos regulatorios.
• El tipo de sistema de control deseado y el principio de operación del sistema de control.

Los sistemas de evaporación de GEA Process Enginering se caracterizan por su alta calidad y eficiencia operativa. Se pone atención a los detalles y criterios mencionados arriba, tomando en cuenta requerimientos individuales. Es particularmente importante mencionar que los evaporadores entregados por GEA son seguros y fáciles de operar.

Proyectos recientes de evaporación de efluentes

Un resumen de recientes proyectos de evaporación de efluentes sigue ofreciendo una visión de nuestras capacidades en procesamiento de efluentes de procesamientos de lácteos:

Reto No. 1: Reducción de aguas de desecho de una planta del sistema de salado de queso.

Un Cliente llegó buscando una solución para reducir los costos asociados por la disposición final de salmuera de exceso de su operación de queso y el agregado continuo de sal fresca.

Durante la operación del sistema de salmuera del queso el volumen de agua se incrementa en la circulación de solución salina. Esta acumulación también decrece la concentración de sal.

Como resultado, se tiene la disposición final de un exceso de salmuera, saliendo de las instalaciones de la planta láctea, dos veces por semana por medio de una compañía de manejo de desechos a un alto costo. Y es necesaria la adición continua de sal al sistema de salmuera.

Solución No.1: Aplicar un Evaporador de circulación forzada Niro para remover el agua.

Evaporador de circulación forzada para concentración de salmuera

El cliente determinó que remover 1000 libras por hora de agua de su sistema de salmuera le reduciría significativamente sus costos de disposición de desechos, logrando un rápido y valioso retorno de inversión.

Las pruebas en planta piloto se completaron para confirmar los detalles del diseño requerido del evaporador.

El evaporador habría de tener las superficies en contacto con el producto construidas en Titanio ya que una solución salmuera sería verdaderamente corrosiva para evaporadores estándar de acero inoxidable.

GEA Propuso un evaporador de circulación forzada de Simple efecto completamente ensamblado en fábrica y montado en un bastidor, completo, con arrancador de motor y sistema de control PLC, con calentamiento de re compresor térmico de vapor. El proyecto fue diseñado, fabricado y entregado en 24 semanas.

Una vez instalado en el sitio del cliente, solamente fueron necesarios traer al evaporador energía eléctrica, vapor, y aire comprimido, para ponerlo en operación. Los ingenieros de GEA entonces viajaron al sitio para arrancar el evaporador.

La solución específica de este cliente opera a vacío con una reducción de temperatura de ebullición para minimizar y no eliminar el tratamiento térmico de materiales orgánicos en la circulación del sistema de salmuera.

Reto No. 2. Efluentes de proceso mezclados con alto DBO provenientes de una planta láctea.

Un cliente lácteo se acerco a GEA respecto a reducir el volumen de desechos líquidos que son dispuestos de su sitio. Estos efluentes han sido dispuestos desde sus instalaciones por una compañía de manejo de residuos a un alto costo.

Sus corrientes de desecho consistían de un agua de lavado CIP, el agua permeada de un sistema de filtración, agua de la cocina de la planta de queso, y una solución salina de desecho. La combinación de todos estos materiales resultó en una conductividad eléctrica y un contenido de DBO muy altos. Generados por la gran planta de procesamiento lácteo.

El cliente solicitó un tiempo de entrega muy corto.

Solución No. 2. Aplicar un Evaporador Niro compacto para reducir el volumen del efluente

Evaporador Compacto GEA Niro, en el almacén de GEA antes de ser embarcado

El cliente solicitó un sistema para evaporar 28,000 libras por hora de agua de su corriente de desecho continuamente, 365 días por año.

Una aleación de acero inoxidable con alto contenido de Níquel fue seleccionada después de un estudio de corrosión para la fabricación de materiales en contacto con el efluente procesado.

Fue suministrado un evaporador compacto de película descendente de múltiple efecto, montado en bastidor y completamente ensamblado en fábrica, con arrancadores de motores y sistema de control PLC y con calentamiento de re compresión térmica de vapor (TVR).

El líquido concentrado resultante fue secado por aspersión, por lo que se eliminó completamente el BOD del efluente de la planta de tratamiento.

La unidad fue entregada en menos de 16 semanas después de la orden como sistema completo con todas las plataformas de acceso, conductos y cableado, neumática, y tuberías de distribución de servicios. La conexión eléctrica y conexión de servicios y pruebas finales tomo 10 días para ser completado después de la llegada del evaporador al sitio.

La unidad se arrancó inmediatamente a su capacidad total, 18 semanas después de su compra.

Reto No. 3. Dos efluentes. Una solución.

Un cliente se acercó a nosotros indicando que tenían dos productos muy diversos a manejar.

El primero era un efluente de su planta de tratamiento de aguas con membrana que contenía una alta conductividad eléctrica y un alto contenido de gas disuelto. El comprador necesitaba reducir el volumen de su efluente un 90%.

El segundo efluente provenía de su planta de membranas produciendo un permeado de suero de una planta de queso antes de la cristalización.

Solución No. 3. Aplicar un Evaporador Compacto Niro para reducir el volumen de efluentes.

El cliente había determinado que ellos requerían remover de su efluente 35,000 libras por hora de agua de forma continua, 365 días al año.

Varias opciones de evaporadores Niro fueron revisadas con el cliente, específicamente alcance de inversión y optimización en el consumo de servicios. Finalmente fue seleccionado un Evaporador marca Niro, compacto, de película descendente, de múltiple efecto, de tubos cortos.

Evaporador Compacto GEA Niro de múltiple efecto, antes de su instalación

Evaporador Compacto GEA Niro de múltiple efecto

GEA diseño y fabrico un Evaporador compacto de película descendente, de múltiple efecto y tubos cortos, montado en un bastidor y completamente ensamblado en fábrica, con arrancadores de motores, y sistema de control de PLC y con calentamiento de re compresión térmica de vapor.

GEA entregó la unidad de acuerdo con especificaciones 3A.

Reto No. 4: Reducción de Efluente lácteo con alto pH y alta conductividad eléctrica.

Un cliente se acercó a GEA buscando una solución para reducir sus costos de disposición final de aguas de desecho.

La fábrica estaba haciendo una disposición final de desechos de un alto volumen de efluentes a un costo verdaderamente alto por medio de una compañía de manejo de materiales de desecho.

El volumen del efluente debía de ser reducido por un gran factor para que el proyecto fuera viable.

Un Evaporador GEA Niro, simple efecto con re compresor mecánico de vapor

Solución No. 4: Un Evaporador de simple efecto con re compresión mecánica de vapor (Turbofan)

El cliente necesito evaporar 74,000 libras por hora de agua de su corriente de desecho y necesitó una reducción consistente del volumen de sus aguas de desecho en un factor de 20. Ellos requirieron que bajo ciertas condiciones de concentración el factor debía subir a 30 veces.

La unidad fue diseñada para dar una eficiencia energética verdaderamente alta, evaporando 190 libras por hora de agua por cada kilowatt consumido por el Turbofan.

GEA diseño, fabricó, instaló y arrancó un calentador re compresor mecánico de vapor simple efecto y múltiple paso (turbofan) a un evaporador de película descendente.

Un tubo de alto grado de humedecimiento se emplea para minimizar el ensuciamiento de áreas evaporadoras, permitiendo al sistema operar por periodos prolongados, antes de requerir un procedimiento de limpieza.

Otra característica única de este sistema es que no necesita de agua fría durante su operación.

Reto No. 5: Capturar sub productos recuperables a partir de un efluente de procesamiento de Soya.

Un Cliente se acercó a GEA indicando que tenían un efluente de sus instalaciones de procesamiento de Soya conteniendo productos secundarios recuperables.

El volumen de descarga de su proceso existente era verdaderamente alto. Más de 440 GPM conteniendo aproximadamente 2% de sólidos totales. El cliente quería recuperar estos sólidos valiosos.

Estudios de ingeniería confirmaron que el uso de un sistema de evaporación para capturar sus subproductos podría también eliminar la necesidad del propietario, de aumentar su sistema de tratamiento de efluentes. Ya que el agua destilada y condensada, producida por el evaporador sería re utilizada como agua limpia en sus procesos previos.

Solución No. 5. Un Evaporador Múltiple Efecto MVR para concentrar a un alto valor de sólidos

Se suministró un Evaporador de Película Descendente calentado con re compresión mecánica de vapor "Turbofan" trabajando como sistema de simple efecto acoplado al simple efecto de un Concentrador de alto calentamiento re compresor térmico de vapor de circulación forzada.

La instalación del evaporador estuvo diseñada para operar con una relación de concentración en exceso de 20, y habitualmente para operar con una relación de concentración en exceso de 25. La capacidad de evaporación de diseño de la unidad es de 215,000 libras por hora.

El Pre Evaporador calentado Turbofan opera con una temperatura de ebullición muy baja para minimizar el contacto térmico de los sub productos en el efluente. Como resultado 6 grandes Turbofans calentando 3 grandes Evaporadores de Película Descendente ensamblados. Se emplearon dos Turbofans por cada Evaporador de Película Descendente.

Un alto grado de humedecimiento en las paredes del Evaporador de Película Descendente se emplea para minimizar el ensuciamiento del área de las superficies de evaporación, permitiendo que el sistema trabaje por periodos prolongados de tiempo antes de requerir un procedimiento de limpieza. El Alto Concentrador de Circulación Forzada opera, naturalmente, para extender los tiempos entre procedimientos de limpieza.

Reto No. 6: Reducir un efluente con alto DBO

Un cliente se acercó a GEA con respecto a la concentración de un efluente procedente de las instalaciones de procesamiento de proteína(s), conteniendo un alto DBO, reduciendo el volumen de sus aguas de desecho.

El operador de la planta ha reducido el contenido de DBO de su efluente previo a su descarga a un sistema de tratamiento de aguas de desecho.

Solución No.6: Un Evaporador Múltiple Efecto TVR

El cliente necesitó una capacidad de remoción de agua de 12,100 libras por hora de su efluente.

Un Evaporador calentado por re compresión térmica de vapor de múltiple efecto fue suministrado e instalado.

A Producto B Concentrado C Condensado CC Vapor Condensado CD Condensado del Vapor de calentamiento D Vapor de calentamiento

La unidad emplea un mínimo espacio. El Re compresor térmico de vapor opera sobre el primer efecto.

Una característica única de este evaporador es que los dos efectos se combinan dentro de un cilindro simple, salvando espacio de piso.