ES2259260A1 - Procedimiento para la evaporacion de aguas residuales y/o productos de cola aplicable en procesos de destilacion aprovechando la energia calorifica perdida en la salida de fluido de refrigeracion e instalacion. - Google Patents
Procedimiento para la evaporacion de aguas residuales y/o productos de cola aplicable en procesos de destilacion aprovechando la energia calorifica perdida en la salida de fluido de refrigeracion e instalacion.Info
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Abstract
Consiste en un procedimiento y una instalación para la evaporación de las aguas residuales o productos de cola en los procesos de destilación, aprovechando la energía calorífica perdida en la salida de agua de los condensadores de un equipo destilador, estando el procedimiento basado en la utilización de un evaporador de las aguas residuales o productos de cola de un equipo destilador de bao régimen de vacío, en simple o múltiple efecto, aprovechando como energía calorífica para producir la evaporación el agua caliente de la salida de los condensadores del equipo destilador, con un bajo consumo de energía calorífica exterior y un menor coste de producción.
Description
Procedimiento para la evaporación de aguas
residuales y/o productos de cola aplicable en procesos de
destilación aprovechando la energía calorífica perdida en la salida
de fluido de refrigeración e instalación.
La presente solicitud de Patente de Invención
tiene por objeto el registro de un procedimiento para la
evaporación de aguas residuales y/o productos de cola en procesos
de destilación y una instalación para que utiliza tal procedimiento
que incorpora notables innovaciones y ventajas frente a otros
procesos de destilación conocidos en la técnica.
En la actualidad, los procesos de destilación
conocidos en la técnica están basados en someter un líquido a
destilar a un proceso de evaporación, de forma continua o
discontinua, con columnas de platos, casquetes de burbujeo o
sistemas de relleno o bien mediante el uso de simples alambiques,
obteniéndose los productos que tienen un punto de ebullición más
bajo por la parte superior donde se sitúan los sistemas auxiliares
de condensación, mientras que los productos con un punto de
ebullición más alto se obtienen por la base o parte inferior, por
ejemplo, de las columnas de destilación o en vasos
destiladores.
Cuando el líquido a destilar, como en el caso de
destiladores de alcohol, contiene unas cantidades destacables de
agua, los productos de cola procedentes de la destilación con aguas
residuales originan una contaminación ambiental importante si no
son depurados de forma adecuada.
En industrias químicas y farmacéuticas, los
productos de cola pueden ser muy variados, siendo de interés en
determinadas ocasiones llevar a cabo una evaporación complementaria
para concentrar los productos residuales. En muchas destilerías
también se utilizan evaporadores de las aguas residuales de los
equipos de destilación como sistema de depuración obteniendo aguas
evaporadas, reutilizables en los procesos de fabricación y
concentrados de sólidos solubles para su posterior uso en
agricultura o alimentación.
En cualquier caso anterior, los evaporadores
asociados al tratamiento de los productos de cola o aguas
residuales de los equipos destiladores consumen una gran cantidad
de energía calorífica a pesar de que se utilizan sistemas de
evaporación en múltiple efecto, que reducen dicho consumo, si bien
a mayor número de efectos de evaporación los costes de inversión se
incrementan y los consumos de electricidad para su funcionamiento
son también mayores.
En los procesos descritos con anterioridad, los
vapores que salen de los equipos destiladores se introducen en los
sistemas de condensación, tales como por ejemplo haces tubulares o
intercambiadores de calor por "placas", circulando por el
interior de los tubos o por una sección de las placas el agua de
refrigeración mientras que por el exterior de dichos tubos o bien
por otra sección de las placas de las placas circulan los vapores
que contienen los productos que desean separar por destilación.
En estos sistemas de condensación, los vapores
pierden su energía calorífica y se condensan (pasando a estado
líquido), de modo que los líquidos son devueltos a las columnas de
destilación formando un sistema habitual dentro del estado de la
técnica conocido como sistema de reflujo, a fin de alcanzar una
mayor concentración de sustancias volátiles. En los procesos de
alambiques el líquido de salida de los condensadores puede alcanzar
la concentración deseada y es considerado como un producto ya
destilado de manera que pasa a continuación a una fase de
enfriamiento.
La presente invención se ha desarrollado con el
fin de proporcionar un procedimiento e instalación para la
evaporación de aguas residuales y/o productos de cola que utiliza
tal procedimiento que resuelva los inconvenientes anteriormente
mencionados, aportando, además, otras ventajas adicionales que serán
evidentes a partir de la descripción que se acompaña a
continuación.
El procedimiento para la evaporación de aguas
residuales y/o productos de cola aplicable en procesos de
destilación aprovechando la energía calorífica pérdida en la salida
de fluido de refrigeración de la presente invención, se caracteriza
por el hecho de que comprende los pasos siguientes:
- a)
- Conducir un flujo de un fluido a destilar de entrada a través de un primer pre-calentador mediante unos conductos;
- b)
- Conducir el flujo de fluido a destilar procedente de dicho primer pre-calentador hacia un segundo calentador a través de unos conductos;
- c)
- Conducir el flujo de fluido a destilar procedente de dicho segundo calentador hacia el interior de una columna o depósito similar en cuyo interior tiene lugar un intercambio de temperaturas entre la zona superior e inferior;
- d)
- Obtener a partir del flujo de fluido de la columna un producto destilado por la parte superior de la columna, un producto residual por la parte inferior que está a una temperatura mayor que el producto destilado y que es dirigido al segundo calentador y vapores del producto a destilar;
- e)
- Conducir los vapores obtenidos anteriormente hacia un condensador de vapores que presenta una entrada de fluido de refrigeración de menor temperatura que dicho vapor de modo que el vapor condensado es nuevamente circulado hacia la columna mientras que el fluido de refrigeración de menor temperatura es conducido a un evaporador;
- f)
- Dirigir dicho fluido de refrigeración procedente del evaporador hacia el primer pre-calentador de modo que realiza una primera fase de calentamiento del flujo de fluido a destilar; y
se caracteriza también por el hecho de que el
producto residual es conducido simultáneamente al segundo
calentador que debido a su mayor temperatura calienta en una
segunda fase el flujo de fluido a destilar, siendo posteriormente
conducido dicho producto residual al evaporador de modo que debido
al calentamiento llevado a cabo por la mayor temperatura del fluido
de refrigeración, tal producto residual se evapora.
Gracias a estas características, se obtiene un
procedimiento ventajoso aplicable, por ejemplo, a subproductos
vinícolas que destilan vino y lías (los restos situados en los
fondos de los tanques de fermentación de vinos) que permite una
concentración de las sustancias solubles en las aguas residuales o
productos de cola así como una depuración por evaporación de dichas
aguas residuales mediante un proceso de destilación con un bajo
coste de operación.
El procedimiento de la invención permite
conseguir la depuración de las aguas residuales o productos de cola
del equipo destilador por evaporación de las mismas obteniendo agua
evaporada limpia y un concentrado de sólidos solubles para su
utilización en agricultura, todo ello con un bajo consumo de energía
calorífica o incluso sin consumo de energía calorífica externa si
el evaporador de aguas residuales está diseñado con un número de
efectos apropia-
do.
do.
Según otro aspecto de la invención, se reivindica
una instalación para llevar a cabo un procedimiento para la
evaporación de aguas residuales y/o productos de cola aplicable en
procesos de destilación aprovechando la energía calorífica pérdida
en la salida de fluido de refrigeración, que se caracteriza por el
hecho de que comprende una columna de destilación que está
vinculada a través de conductos a un pre-calentador,
un calentador vinculado a través de conductos a dicho
pre-calentador, un equipo de condensación vinculado
a la columna de destilación a través de conductos definiendo un
circuito cerrado para el vapor procedente de la columna que regresa
posteriormente a dicha columna condensado, un equipo de evaporación
vinculado mediante conductos al pre-calentador y al
condensador, y un depósito para la extracción de los vapores
procedentes del evaporador.
Preferentemente, el equipo de condensación de la
instalación está constituido por un condensador.
Alternativamente, el equipo de condensación está
formado por dos o más condensadores dispuestos en serie con una
amplia superficie de intercambio térmico, de modo que la cantidad
de agua necesaria para producir la condensación de los vapores se
reduce y la temperatura de la misma se incrementa hasta una
temperatura próxima a la temperatura de los vapores que se desean
condensar.
Preferentemente, el equipo de evaporación está
formado por un evaporador que funciona bajo régimen de vacío de
simple efecto.
Es otro objeto de la presente invención,
proporcionar un equipo de condensación que incluye una botella
desgasificadora o de conexión con la atmósfera exterior.
De acuerdo con otro aspecto de la invención, el
equipo de evaporación está formado por un evaporador que funciona
bajo régimen de vacío de simple efecto.
Según otra realización de instalación de la
presente invención, la instalación comprende un equipo de
condensación formado por dos condensadores en serie asociados a una
columna de destilación que interiormente incluye una pluralidad de
platos, un dispositivo enfriante asociado a la columna de
destilación y al equipo de condensación, un
pre-calentador y un calentador asociados a la
columna de destilación, habiéndose previsto una bomba impulsora
vinculada al calentador y dicha columna, por lo menos dos torres de
refrigeración, una de las cuales está asociada al
pre-calentador mientras que la otra está asociada a
un tercer condensador que incluye a su salida una botella
colectora, una pluralidad de bombas para el bombeo de fluidos
dispuestas a las salidas de las torres de refrigeración y de un
evaporador asociado al pre-calentador.
Otras características y ventajas del
procedimiento y la instalación objeto de la presente invención
resultarán evidentes a partir de la descripción de una realización
preferida, pero no exclusiva, que se ilustra a modo de ejemplo no
limitativo en los dibujos que se acompañan, en los cuales:
Figura 1.- Es una vista esquematizada de una
instalación de destilación de tipo conocido;
Figura 2.- Es una vista esquematizada de una
instalación de destilación que utiliza el procedimiento de
evaporación de aguas residuales y/o productos de cola de la
presente invención;
Figura 3.- Es una vista esquematizada de una
instalación de destilación de vino de aplicación industrial que
opera mediante el procedimiento de la invención, y
Figura 4.- Es una vista esquematizada de otra
realización de una instalación de destilación.
Ejemplo
1
En la figura 1 se muestra un esquema que
corresponde a una instalación para llevar a cabo un proceso de
destilación convencional para vino, estando dicha instalación
constituida por una columna de destilación (1) que está vinculada a
través de un conducto a un calentador (2), un condensador (3)
asociado al calentador (2) y a la columna de destilación (1), y
botella de conexión atmosférica (4) asociada a dicho condensador
(3), habiéndose representado mediante flechas de sentido en los
diversos conductos la dirección de flujo. En dicha figura no se ha
representado el evaporador.
A continuación se aportan unos datos
correspondientes a los balances de materia y energía en base a un
ejemplo que parte de los siguientes datos iniciales:
- Caudal de vino a destilar: 10.000 l/h
- Graduación del vino a destilar: 10º (10% de alcohol en volumen)
- Temperatura de entrada del vino: 20ºC
- Alcohol obtenido: 1053 l/h a 95º (860 Kg/h)
- Temperatura de agua fría en condensadores: 30ºC
A continuación, se establecen los balances de
materia y energía a partir de los datos anteriores sobre el
funcionamiento de la instalación de la figura 1:
\vskip1.000000\baselineskip
Balance de materia
- \sum entradas = \sum salidas
- Entradas: F + K + L
- Salidas: V + D + W + N
- Relación de reflujo: L/D = 5
\vskip1.000000\baselineskip
Valores equivalentes:
- V = L
- K = N
\vskip1.000000\baselineskip
Por lo tanto, sustituyendo y simplificando el
balance:
- F + K + L = L + D + W + K
- F = D + W, es decir;
- 9900 Kg/h = 860 Kg/h + W
- W = 9040 Kg/h
- V = L = D x 5 = 860 Kg/h x 5 = 4300 Kg/h
\vskip1.000000\baselineskip
Balance entálpico
- \sum entradas = \sum salidas
\vskip1.000000\baselineskip
Entradas:
- F (alimentación a 10º)
- QF = 9900 Kg/h x 1,06 Kcal/Kg ºC x 70ºC = 734580 Kcal/h
- L (reflujo a 95º)
- QL = 4300 Kg/h x 065 Kcal/Kg ºC x 80ºC = 223600 Kcal/h
- K (entrada de vapor a 5 Kg/cm^{2})
- QK = K (Kg/h) x 659,5 Kcal/Kg
\vskip1.000000\baselineskip
Salidas:
- V (vapores alcohólicos a 95º)
- QV = 4300 Kg/h x 291 Kcal/Kg = 1251300 Kcal/h
- D (destilado alcohólico a 95º)
- QD = 860 Kg/h x 0,65 Kcal/Kg ºC x 80ºC = 44720 Kcal/h
- W (aguas residuales)
- QW = 9040 Kg/h x 1 Kcal/Kg ºC x 103ºC = 931120 Kcal/h
- N (vapor condensado)
- QN = N (Kg/h) x 1 Kcal / Kg ºC x 103ºC
\vskip1.000000\baselineskip
De este modo, sustituyendo y simplificando el
balance se obtiene:
- QF + QL + QK = QV + QD + QW + QN
- 734580 + 223600 + 659,5 x K = 1251300 + 44720 + 931120 + 103 x K
- 553 x K = 1268960
- K = N = 2295 Kg/h
\vskip1.000000\baselineskip
Funcionamiento del pre-calentador
de la alimentación:
- Entalpía utilizada en precalentar la alimentación
- Q = 9900 Kg/h x 1,06 Kcal/Kg x (70ºC -20ºC) = 524700 Kcal/h
\vskip1.000000\baselineskip
Funcionamiento del condensador de vapores:
- Entalpía que sale del precalentador y llega al condensador
- Q = 1251300 Kcal/h - 524700 Kcal = 726600 Kcal/h
\vskip1.000000\baselineskip
De este modo el caudal de agua de refrigeración
necesario será:
- Q = M x Cp x \DeltaT
- 726000 Kcal/h - 223600 Kcal/h = M x 1 Kcal/Kg ºC x (50ºC-30ºC)
- M = 25120 Kg/h
El funcionamiento del evaporador se consigue
mediante el acoplamiento de una bomba de vacío, de anillo líquido
en el condensador del evaporador, pudiendo conseguir una
temperatura de ebullición en el evaporador de 50ºC. Por lo tanto, en
este sistema como la temperatura de salida del condensador del
equipo de destilación es de 50ºC no existe un salto térmico
aprovechable en la evaporación. Sin embargo, si se aprovecha la
entalpía existente en las aguas residuales que salen del equipo
destilador y entran en el evaporador 9040 Kg/h a 103ºC, generándose
una evaporación por diferencia de entalpía del agua residual de
entrada al evaporador respecto a la temperatura de ebullición de
los mismos, siendo la cantidad de agua evaporada que se produciría
de:
- W = 9040 Kg/h x 1 Kcal/Kg ºC x (103ºC - 50ºC) = 479120 Kcal/h
De este modo, la evaporación será:
- 479120 Kcal/h / 570 Kcal/Kg = 840,60 Kg/h
Ejemplo
2
En el ejemplo 2 se llevan a cabo los mismos
cálculos balances de materia y energía a partir de los datos
iniciales del ejemplo anterior pero en este caso se llevan a cabo
mediante el procedimiento de la presente invención que corresponde a
la figura 2 representada y a las características descritas en la
segunda reivindicación.
Para llevar a cabo este proceso, la instalación
comprende una columna de destilación (1) que está vinculada a
través de conductos a un pre-calentador (5), un
calentador (2) vinculado a través de conductos a dicho
pre-calentador (5), un equipo de condensación (3)
vinculado a la columna de destilación (1) a través de conductos
definiendo un circuito cerrado para el vapor (V) procedente de la
columna (1) que regresa posteriormente a dicha columna (1)
condensado, un equipo de evaporación (6) vinculado mediante
conductos al pre-calentador (5) y al equipo de
condensación (3), y un depósito (7) para la extracción de los
vapores procedentes del evaporador.
A continuación se establecen los balances de
materia y energía correspondientes a la instalación mostrada en la
figura 2:
\vskip1.000000\baselineskip
Balance de materia
- \sum entradas = \sum salidas
- Entradas: F + K + L
- Salidas: V + D + W + N
- Relación de reflujo: L/D = b
\vskip1.000000\baselineskip
Valores equivalentes:
- V = L
- K = N
\vskip1.000000\baselineskip
Por lo tanto, sustituyendo y simplificando el
balance:
- F + K + L = L + D + W + K
- F = D + W, es decir;
- 9900 Kg/h = 860 Kg/h + W
- W = 9040 Kg/h
\vskip1.000000\baselineskip
Balance entálpico
- \sum entradas = \sum salidas
\vskip1.000000\baselineskip
- F (Alimentación a 10º)
- QF = 9900 Kg/h x 1,06 Kcal/Kg ºC x 93ºC = 975942 Kcal/h
- L (reflujo a 95º)
- QL = L (Kg/h) x 0,65 Kcal/Kg ºC x 80ºC = 52 x L
- K (entrada de vapor a 5 Kg/cm^{2})
- QK = 2295 Kg/h x 659,5 Kcal/Kg = 1513553 Kcal/h
\vskip1.000000\baselineskip
- V (vapores alcohólicos a 95º)
- QV = V (Kg/h) x 291 Kcal/Kg = 291 x V
- D (destilado alcohólico a 95º)
- QD = 860 Kg/h x 0,65 Kcal / Kg ºC x 80ºC = 44720 Kcal/h
- W (aguas residuales)
- QW = 9040 Kg/h x 1 Kcal/Kg ºC x 103ºC = 931120 Kcal/h
- N (vapor condensado)
- QN = 2295 (Kg/h) x 1 Kcal / Kg ºC x 103ºC = 236385 Kcal/h
\vskip1.000000\baselineskip
De este modo, sustituyendo y simplificando el
balance se obtiene:
- QF + QL + QK = QV + QD + QW + QN
- 975942 + 52xL + 1513553 = 291xL + 44720 + 931120 + 236385
- 239xL = 1277270
- L = V = 5344 Kg/h
\vskip1.000000\baselineskip
De este modo la relación de reflujo será:
- L/D = 2344/860 = 6,21
\vskip1.000000\baselineskip
Funcionamiento del precalentador de la
alimentación
- Entalpía utilizada en precalentar la alimentación (F)
- Q = 9900 Kg/h x 1,06 Kcal/Kg x (93ºC - 20ºC) = 766062 Kcal/h
\vskip1.000000\baselineskip
Funcionamiento del condensador de
vapores
- QV = 5344 Kg/h x 291 Kcal/Kg = 1555104 Kcal/h
- QL = 5344 Kg/h x 0,65 Kcal/Kg ºC x 80ºC = 277888 Kcal/h
\vskip1.000000\baselineskip
De este modo, el caudal de agua de refrigeración
necesario será:
- Q = QV - QL = 1555 x 100 Kcal/h - 277888 Kcal/h = 1277216 Kcal/h
- Q= m X Cp x \DeltaT
- 1277216 Kcal/h = M x 1 Kcal/Kg ºC x (79ºC - 30ºC)
- M= 26066 Kg/h
Estableciendo las mismas condiciones de
funcionamiento del evaporador que en el Ejemplo 1, es decir, simple
efecto que funciona bajo régimen de vacío con una temperatura de
ebullición de 50ºC, utilizándose como fluido calefactor el agua de
salida del condensador del equipo de destilación 26066 Kg/h a 79ºC.
La superficie de evaporación se calcula para aprovechar la máxima
entalpía posible del fluido calefactor pudiendo salir el agua del
evaporador a 52ºC, por lo tanto, la entalpía utilizada en la
evaporación será:
- QA = 26066 Kg/h x 1 Kcal/Kg ºC x (79ºC - 30ºC) = 703782 Kcal/h
El agua de salida del evaporador (a 52ºC) se
utiliza para precalentar la alimentación (F) del equipo destilador
en el pre-calentador (5), por intercambio térmico
con el caudal de alimentación (F) del equipo destilador (990 Kg/h a
20ºC) calculando la superficie del pre-calentador
(5) para calentar (F) hasta 48ºC.
Por ello, la entalpía aportada a (F) será:
- QP5 = 9900 Kg/h x 1,06 Kcal/Kg ºC x (48ºC - 20ºC) = 293832 Kcal/h
- 293832 Kcal/h = 26066 Kg/h x 1 Kcal/Kg ºC x (52ºC - ts)
- ts = 40,73ºC, que corresponde a la temperatura de salida T que se conduce a la torre de refrigeración).
La alimentación (F) del equipo destilador en el
pre-calentador (5) a 48ºC se introduce en el
calentador (2) para terminar de calentar la alimentación por
intercambio térmico con el caudal de aguas residuales (W) que sale
de la columna de destilación (9040 Kg/h a 103ºC) calculando la
superficie del calentador (2) para calentar (F) hasta 93ºC.
La entalpía aportada a (F) será:
- QP2 = 9900 Kg/h x 1,06 Kcal / Kg ºC x (93ºC - 48ºC) = 472230 Kcal/h
- 472230 Kcal/h = 9040 Kg/h x 1 Kcal/Kg ºC x (103ºC - tw)
- tw = 50,8ºC (temperatura de las aguas residuales (W) que sale del calentador (2) y se introduce en el evaporador (6)).
Como "W" entra en el evaporador (6)
prácticamente a la misma temperatura de ebullición no tendrá lugar
ninguna evaporación adicional en el evaporador (6).
Por ello, la evaporación total del evaporador (6)
será:
- 703782 Kcal/h / 570 Kcal/Kg = 1234 Kg/h
Esto supone un incremento de evaporación en
comparación con el ejemplo 1 anterior de 1,47.
Cabe mencionar que en el estudio comparativo de
los ejemplos 1 y 2 se ha partido de una sola columna de destilación
y de un evaporador de simple efecto asociado para la evaporación de
las aguas residuales de la destilación, por tratarse del modelo más
sencillo, objeto de la invención, si bien, con el proceso de la
invención puede aprovecharse la energía calorífica procedente de
las aguas de refrigeración de varias columnas de destilación que
trabajen simultáneamente así como utilizar procesos de evaporación
en doble efecto o múltiple efecto, consiguiendo de éste modo
incrementar la capacidad de evaporación del procedimiento objeto de
la invención.
- 1.
- Columna de destilación
- 2.
- calentador
- 3.
- condensador
- 4.
- botella de conexión atmosférica
- 5.
- Pre-calentador
- 6.
- evaporador
- 7.
- dispositivo de salida de agua evaporada
Ejemplo
3
En la figura 3 se aprecia un esquema de una
instalación que utiliza en procedimiento de la invención descrito
con anterioridad que utiliza una sola columna de destilación a
presión atmosférica y un evaporador de simple efecto, que funciona
bajo régimen de vacío, para evaporar las aguas residuales de un
procedimiento de destilación, presentando los elementos comunes las
mismas referencias numéricas anteriores y que se describe a
continuación:
En primer lugar, el producto a destilar se
introduce mediante la ayuda de una bomba de impulsión en un primer
pre-calentador (5) donde tiene lugar un primer
calentamiento por convección con la salida de agua de calefacción
del cuerpo de evaporación (6). El producto precalentado se
introduce en un segundo calentador (2) donde se termina de calentar
mediante la salida de aguas residuales de destilación las cuales
son impulsadas por la bomba de proceso (9). El producto a destilar,
que está caliente, se introduce en un plato de alimentación de la
columna destiladora (1), descendiendo plato a plato, por su
interior en contracorriente con el vapor de arrastre, perdiendo en
este recorrido su contenido en sustancias ligeras (de menor punto de
ebullición) hasta llegar a la base de columna (1') donde se somete
a fuerte ebullición por la acción del sistema de calefacción
indirecto, con vapor, generando el vapor de arrastre que asciende
por la columna de columna de destilación y desprendiendo las
sustancias volátiles, saliendo los vapores juntamente con las
sustancias volátiles por el tubo de vapores (12).
A continuación tales vapores son conducidos al
equipo de condensación, estando dicho equipo formado por dos
condensadores (3) y (8), donde se condensan los vapores mediante
intercambio térmico con el agua de refrigeración. A continuación el
líquido resultante de la condensación de los vapores regresa a la
columna de destilación (1) por su parte superior a través de los
conductos (10) y (11), formando el denominado caudal de
reflujo.
Posteriormente, el producto destilado se extrae a
través de varios platos por debajo de la entrada de reflujo a fin
de depurarlo de los gases incondensables que serán evacuados a la
atmósfera a través de la botella de desgasificación (4).
El producto destilado sale en forma de un líquido
caliente por el tubo (13) y es conducido al enfriante (14), de tipo
serpentín, en dirección a unos depósitos de almacenamiento.
El sistema de calefacción de la columna
destiladora (1) de la instalación está acoplado en la base (1') de
dicha columna (1), siendo en este caso considerado vapor indirecto,
es decir, sin contacto directo con el líquido, de modo que el vapor
cede su entalpía al líquido a través de una superficie calefactora
y se condensa saliendo el vapor condensado caliente para retornar
al depósito de alimentación de agua del generador de vapor,
aprovechando de este modo su entalpía, que reduce el consumo de
combustible de dicho generador.
Las aguas residuales que salen de la base (1') de
la columna de destilación (1), son aspiradas por la bomba (9) y se
impulsan al intercambiador de calor (2) donde se enfrían
parcialmente por intercambio térmico con el producto a destilar,
saliendo las aguas residuales a través del conducto (15) y
conducidas en dirección a la parte superior del cuerpo de
evaporación (6), siendo en este caso, del tipo de haz tubular de
película descendente. El agua residual cae por el interior de los
conductos en forma de película, circulando por el exterior de los
mismos el agua caliente de salida del condensador (3) que sale por
el conducto (16). El agua caliente cede su entalpía al líquido, el
cual se evapora en el cuerpo de evaporación (6) y sale a través del
conducto (17) que pasa seguidamente por el
pre-calentador (5) donde se vuelve a enfriar, de
modo que cede su entalpía al producto a destilar. Seguidamente, el
agua residual sale del pre-calentador (5) por el
conducto (18) y se dirige finalmente a una torre de refrigeración
(19) donde se enfría por contacto directo con el aire atmosférico.
Una vez enfriada el agua residual retorna mediante la ayuda de la
bomba (20) al circuito de refrigeración por el conducto (21).
Con el fin de conseguir un baño uniforme en todos
los tubos de calefacción del evaporador (6), la bomba (22) aspira
el agua residual de la base del evaporador que la impulsa a través
del conducto (23) a la cabeza del mismo.
El agua evaporada en el evaporador (6) junto con
una pequeña porción de líquido arrastrado pasa a través del
conducto (24) hacia el dispositivo de separación (25) donde se
separa el líquido arrastrado del agua evaporada, retornando el
citado líquido al circuito de evaporación por el conducto (26)
mientras que el agua evaporada (en estado gaseoso) sale por el
conducto (27).
Por otro lado, el agua residual concentrada en
sólidos solubles sale del evaporador (6) por el conducto (28),
siendo éste líquido concentrado aspirado por la bomba (29) de modo
que los impulsa a un depósito (no representado) para su posterior
proceso de industrialización o para su comercialización directa.
El agua evaporada de las aguas residuales que
sale por el conducto (27) se introduce por el exterior de los tubos
del condensador (30), donde se licua por intercambio térmico con
agua de refrigeración, que circula por el interior de los conductos
de condensación. El condensado de agua depurada pasa a la botella
colectora (31) y es conducida por el conducto (32) a la aspiración
de la bomba (33) que posteriormente lo impulsa por el conducto (34)
hasta el conducto (18) por el que circula el agua de salida del
circuito de refrigeración que se dirige a la torre de refrigeración
(19). De esta manera, el agua evaporada procedente de las aguas
residuales es utilizada para reponer las pérdidas de evaporación de
la torre de refrigeración (19). Como el volumen de agua evaporada
es superior al volumen de agua de reposición de la torre de
refrigeración (19), el circuito de salida de agua evaporada dispone
de dos válvulas, pudiendo salir por el conducto (35) y
posteriormente al conducto (36) que conduce el agua de salida del
circuito de refrigeración del condensador (30) sobre la torre de
refrigeración (37) de modo que el agua evaporada también se utiliza
para reponer las pérdidas de agua por evaporación en la torre de
refrigeración (37). Ambas torres de refrigeración (19), (37)
disponen de entradas de agua de red (38), (39) conectadas a los
interruptores de nivel de una boya (40), (41) para proceder a la
fase inicial de llenado de los circuitos. La salida del agua
evaporada sobrante que sale de las torres de refrigeración (19),
(37) tiene lugar a través de los conductos (42), (43) que están
comunicados con desagües para su posterior vertido o bien se recogen
para su aplicación en otros procesos de industrialización.
Para conseguir la evaporación del agua residual a
baja temperatura se dispone de una bomba de vacío de anillo líquido
(44) que aspira el aire del sistema de evaporación a través del
conducto (45) e impulsa el agua juntamente con el aire extraído a
través del conducto (46) que comunica con el conducto (18) que
alimenta el agua a la torre de refrigeración (19). A través de la
conducción (47) se suministra el agua necesaria para el
funcionamiento de la bomba de vacío (44).
El agua de refrigeración del condensador (30) es
suministra por la bomba (48) que impulsa el agua por el conducto
(49) hasta el interior de los tubos del condensador, saliendo el
agua caliente por el tubo (36) dirigiéndose a la torre de
refrigeración (37).
Cabe mencionar que el objeto de la invención
puede aplicarse a otros campos de la técnica, tales como el
alimentario, químico o farmacéutico que utilice equipos de
destilación en sus procesos de industrialización y existe un interés
de la concentración por evaporación, de las aguas residuales o los
productos de cola que salen de los mismos.
Los detalles, las formas, las dimensiones y demás
elementos accesorios, así como los materiales empleados en la
fabricación del procedimiento e instalación de la invención podrá,
ser convenientemente sustituidos por otros que sean técnicamente
equivalentes y no se aparten de la esencialidad de la invención ni
del ámbito definido por las reivindicaciones que se incluyen a
continuación.
Ejemplo
4
En esta variante, que corresponde a la
instalación mostrada en la figura 4, el fluido refrigerante
saliente (T) que sale del sistema de condensación (3) es conducido
al sistema de evaporación (6) cediendo la energía calorífica a los
productos de cola (W) que se evaporan, en este proceso el fluido
refrigerante se enfría saliendo por el conducto (S), conduciéndolo
de nuevo a través de una bomba (50) al sistema de condensación (3)
del equipo destilador (1). De este modo, se establece un circuito
cerrado con el fluido refrigerante, consiguiendo un máximo
rendimiento en el aprovechamiento calorífico.
En efecto, en los cálculos correspondientes a la
figura 2, el caudal T (fluido de refrigeración) a la salida del
intercambiador de placas tiene una temperatura de 40,73ºC,
conduciéndose a la torre de refrigeración para su enfriamiento final
a 30ºC para ser utilizada nuevamente en el condensador (3) del
equipo de destilación como fluido "S", pero en este proceso se
pierde parte de la energía calorífica en la torre de refrigeración,
siendo el enfriamiento de fluido refrigerante (T) desde 40,73ºC
hasta 30ºC. En el proceso reflejado en la figura 4 esta pérdida
calorífica no tiene lugar, si bien el líquido refrigerante (S) que
sale del evaporador (6) tendrá una temperatura de 52ºC y el
condensador (3) deberá disponer de mayor superficie de condensación
debido a que el fluido refrigerante entra a una temperatura mayor,
lógicamente el caudal de fluido refrigerante también será mayor al
disponer de menor salto térmico (79ºC - 52ºC) respecto al proceso
de la figura 2 (79ºC - 30ºC).
- K.
- Entrada de vapores
- F.
- Alimentación
- T.
- Salida de agua de refrigeración
- W.
- Aguas residuales
- L.
- Reflujo
- V.
- salida de vapores
- S.
- Entrada de agua de refrigeración
- D.
- Producto destilado
- N.
- Salida de vapor condensado
Claims (7)
1. Procedimiento para la evaporación de aguas
residuales y/o productos de cola aplicable en procesos de
destilación aprovechando la energía calorífica pérdida en la salida
de fluido de refrigeración, caracterizado por el hecho de que
comprende los pasos siguientes:
- a)
- Conducir un flujo de un fluido (F) a destilar a través de un primer pre-calentador mediante unos conductos;
- b)
- Conducir el flujo de fluido a destilar procedente de dicho primer pre-calentador hacia un segundo calentador a través de unos conductos;
- c)
- Conducir el flujo de fluido a destilar procedente de dicho segundo calentador hacia el interior de al menos una columna o depósito similar en cuyo interior tiene lugar un intercambio de temperaturas entre la zona superior e inferior;
- d)
- Obtener a partir del flujo de fluido de la columna un producto destilado por la parte superior de la columna, un producto residual por la parte inferior que está a una temperatura mayor que el producto destilado y que es dirigido al segundo calentador y vapores (V) del producto a destilar;
- e)
- Conducir los vapores (V) obtenidos anteriormente hacia un equipo condensador de vapores que presenta una entrada de fluido de refrigeración de menor temperatura que dicho vapor de modo que el vapor condensado (L) es nuevamente circulado hacia la columna mientras que el fluido de refrigeración (T) de menor temperatura es conducido a un evaporador;
- f)
- Dirigir dicho fluido de refrigeración procedente del evaporador hacia el primer pre-calentador de modo que realiza una primera fase de calentamiento del flujo de fluido a destilar; y
por el hecho de que el producto residual (W) es
conducido simultáneamente al segundo calentador que debido a su
mayor temperatura calienta en una segunda fase el flujo de fluido a
destilar, siendo posteriormente conducido dicho producto residual al
evaporador de modo que debido al calentamiento llevado a cabo por
la mayor temperatura del fluido de refrigeración, tal producto
residual se evapora.
2. Instalación para llevar a cabo un
procedimiento para la evaporación de aguas residuales y/o productos
de cola aplicable en procesos de destilación aprovechando la
energía calorífica pérdida en la salida de fluido de refrigeración,
caracterizada por el hecho de que comprende una columna de
destilación (1) que está vinculada a través de conductos a un
pre-calentador (5), un calentador (2) vinculado a
través de conductos a dicho pre-calentador (5), un
equipo de condensación (3) vinculado a la columna de destilación
(1) a través de conductos definiendo un circuito cerrado para el
vapor (V) procedente de la columna (1) que regresa posteriormente a
dicha columna (1) condensado, un equipo de evaporación (6) vinculado
mediante conductos al pre-calentador (5) y al
equipo de condensación (3), y un depósito (7) para la extracción de
los vapores procedentes del evaporador.
3. Instalación según la reivindicación 2,
caracterizada por el hecho de que el equipo de condensación
(3) está constituido por un condensador.
4. Instalación según la reivindicación 2,
caracterizada por el hecho de que el equipo de condensación
(3) está constituido por dos o más condensadores en serie.
5. Instalación según la reivindicación 2,
caracterizada por el hecho de que el equipo de evaporación
(6) está formado por un evaporador que funciona bajo régimen de
vacío de simple efecto.
6. Instalación según la reivindicación 2,
caracterizada por el hecho de que el equipo de condensación
(3) incluye una botella desgasificadora (4) o de conexión con la
atmósfera exterior.
7. Instalación según la reivindicación 2,
caracterizada por el hecho de que comprende un equipo de
condensación formado por dos condensadores (3, 8) en serie asociados
a una columna de destilación (1) que interiormente incluye una
pluralidad de platos, un dispositivo enfriante (14) asociado a la
columna de destilación (1) y al equipo de condensación, un
pre-calentador (5) y un calentador (2) asociados a
la columna de destilación (1), habiéndose previsto una bomba
impulsora (9) vinculada al calentador (2) y dicha columna (1), por
lo menos dos torres de refrigeración (19, 37), una de las cuales
está asociada al pre-calentador (5) mientras que la
otra está asociada a un tercer condensador (30) que incluye a su
salida una botella colectora (31), una pluralidad de bombas (20,
29, 48) para el bombeo de fluidos dispuestas a las salidas de las
torres de refrigeración (19, 37) y de un evaporador (6) asociado al
pre-calentador (5).
Priority Applications (2)
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ES200401723A ES2259260B1 (es) | 2004-07-14 | 2004-07-14 | Procedimiento para la evaporacion de aguas residuales y/o productos de cola aplicable en procesos de destilacion aprovechando la energia calorifica perdida en la salida de fluido de refrigeracion e instalacion. |
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