ES2271344T3 - Dispositivo de evaporacion de flujo descendente de una sustancia liquida y la subsiguiente condensacion de los vapores formados. - Google Patents
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Abstract
Instalación para la evaporación por flujo descendente de una sustancia líquida y la subsiguiente condensación de los vapores formados, que comprende - varios tubos evaporadores (12; 12a) alojados en una carcasa y dispuestos verticales unos junto a los otros, - un espacio hueco de calentamiento (40, 12a), calentable mediante un fluido calentador, para calentamiento de los tubos evaporadores (12; 12a), - una cubeta de distribución (16, 16a) dispuesta por encima de los tubos evaporadores (12, 12a) desde la cual se puede conducir la sustancia allí contenida a los tubos evaporadores (12, 12a), formando una película de sustancia que escurre bajando por las envolventes de los tubos, - un conjunto intercambiador de calor dispuesto en la carcasa (10, 10a) con varios tubos de condensación en posición vertical (18, 18a), en cuyas envolventes tubulares se pueden condensar los vapores, - debajo de los tubos evaporadores (12, 12a) y debajo de los tubos de condensación (18, 18a), unos medios de recogida (20, 22, 20a, 22a) alojados en la carcasa (10, 10a) que recogen por separado el concentrado de la sustancia no evaporada que escurre a lo largo de las envolventes tubulares de los tubos evaporadores (12, 12a) o el destilado condensado de la sustancia que escurre por las envolventes tubulares de los tubos de condensación (18, 18a), donde los tubos evaporadores (12, 12a) y los tubos de condensación (18, 18a) están dispuestos por parejas con un mismo eje, unos dentro de los otros, y donde la superficie de evaporación formada por la envolvente tubular del tubo evaporador (12, 12a) y la superficie de condensación formada por la envolvente tubular del tubo de condensación (18, 18a) de cada pareja de tubos están situadas coaxialmente enfrentadas entre sí, estando previstos unos medios de bombeo para hacer el vacío en la cámara de trabajo situada entre el tubo evaporador (12, 12a) y el tubo de condensación (18, 18a) de cada pareja de tubos, caracterizado porque la superficie de evaporación y la superficie de condensación de cada pareja de tubos están enfrentadas entre sí sin ningún obstáculo intermedio con una separación entre 0, 5 y 12 centímetros, y los medios de bombeo generan en la cámara de trabajo una depresión inferior a 1 mbar, y porque el espacio hueco de calentamiento (40, 12a) está subdividido en dirección axial de los tubos evaporadores (12, 12a), pudiendo alimentarse estas cámaras parciales por separado con fluido calentador, de tal manera que a lo largo de los tubos evaporadores (12, 12a) se ajuste una temperatura de calentamiento diferente.
Description
Dispositivo de evaporación de flujo descendente
de una sustancia líquida y la subsiguiente condensación de los
vapores formados.
La invención se refiere a la evaporación de
flujo descendente de una sustancia líquida y a la subsiguiente
condensación de los vapores formados.
Los evaporadores de flujo descendente (llamados
también evaporadores moleculares por gravedad) se emplean, por
ejemplo, en la industria química para la concentración de soluciones
acuosas o para la reconcentración de diversas sustancias orgánicas
o inorgánicas, tales como caprolactamo o glicerina. Para ello se
deja salir generalmente el líquido que se desea tratar desde una
cubeta situada en la parte superior, sobre la envolvente interior
de uno o varios tubos evaporadores calentados, desde donde escurre
hacia abajo en forma de película. El líquido que va descendiendo se
evapora parcialmente y se convierte en vapores. Los componentes no
evaporados del líquido se recogen en la parte inferior del tubo
evaporador y se reúnen. De esta manera se pueden separar mezclas
líquidas de sustancias mediante la evaporación de los distintos
componentes, o mediante la evaporación de los componentes
fácilmente volátiles se puede reconcentrar una sustancia
líquida.
A diferencia de los evaporadores de película
delgada con disco distribuidor rotativo y cesto frotador de
rodillos, la estructura sencilla de los evaporadores de flujo
descendente, al poder prescindir de piezas móviles y sin sistema
frotador, construir evaporadores con un coste económico, que pueden
transformar grandes caudales, por ejemplo, de varias toneladas por
hora. Las posibilidades de empleo de los evaporadores de flujo
descendente actuales tienen sin embargo límites debido a la presión
mínima que se pueda alcanzar en la cámara de evaporación. Cuanto
más baja sea esta presión tanto más baja es la temperatura de
ebullición de los componentes de la sustancia que se trata de
evaporar. Pero cuanto más baja es la temperatura de ebullición tanto
más fácil y cuidadosamente se pueden separar los diferentes
componentes de una sustancia, tanto menos energía de calentamiento
hay que aplicar para calentar los tubos evaporadores y tanto más
económica resulta por lo tanto la explotación de las instalaciones
evaporadoras.
En los evaporadores de flujo descendente
anteriores, los vahos producidos se aspiran de forma regular del
evaporador y se vuelven a licuar en un condensador exterior,
generalmente mediante un intercambiador de calor. Para ello se
conducen los vapores a través de una tubería desde el evaporador de
flujo descendente al condensador. A lo largo de su recorrido en el
tubo evaporador y a través de la tubería, el flujo de vapores sufre
una pérdida de presión; en el caso de las dimensiones usuales de la
tubería ésta puede ser perfectamente de algunos mbar. En la cámara
de evaporación se puede conseguir entonces como mínimo sólo una
presión que equivalga a la presión reinante en la cámara de
condensación, más la pérdida de presión en la tubería. Incluso en el
caso de un vacío intenso en la cámara de condensación, por ejemplo
de 0,1mbar, no se puede generar por lo tanto en la cámara de
evaporación ningún vacío inferior a algunos mbar.
En la técnica de proceso aparecen ocasionalmente
productos que es necesario evaporar, concentrar o destilar en
grandes cantidades, con un coste razonable, bajo alto vacío. A la
vista del alto vacío deseado, no se podía recurrir hasta ahora a
evaporadores de flujo descendente, si bien éstos serían más
adecuados que otras soluciones técnicamente más complejas, debido a
unos costes de inversión comparativamente reducidos.
Por la patente suiza 510 450 o la memoria
descriptiva alemana 1 519 714 se conocen evaporadores de flujo
descendente, en los que un intercambiador de calor compuesto por un
haz de tubos de condensación está dispuesto en el interior de un
tubo evaporador de posición vertical. Si bien en estos evaporadores
de flujo descendente la distancia entre la superficie evaporadora
formada por la envolvente interior del tubo evaporador y las
superficies de condensación de los tubos de condensación es
relativamente pequeña, sin embargo, un tubo de celosía dotado de
orificios de paso rodea al haz de tubos condensadores entre el haz y
la envolvente interior del tubo del evaporador. El tubo de celosía
se extiende en toda la longitud axial del tubo evaporador, y en el
caso de sustancias que desprendan gases debe evitar que lleguen
salpicaduras de concentrado a los tubos de condensación. Sin
embargo, se ha observado que el tubo de celosía da lugar a unas
pérdidas de presión indeseables, de manera que también en los
conocidos evaporadores de flujo descendente con un haz de tubos de
condensación situado en el interior, no se puede trabajar en la
cámara de evaporación en las condiciones de alto vacío deseadas.
Por la patente US 3.233.656 se conoce un
evaporador de flujo descendente con un tubo evaporador con
accionamiento rotativo alrededor de un eje vertical, dispuesto
coaxial dentro de un tubo de condensación. En la cámara de trabajo
entre las envolventes tubulares enfrentadas radialmente entre sí,
del tubo evaporador y del tubo de condensación, están dispuestos
diametralmente enfrentados entre sí dos frotadores, que durante la
rotación del tubo evaporador distribuyen sobre el tubo evaporador
la película de producto que fluye desde arriba hacia abajo.
El objetivo de la invención es por lo tanto
perfeccionar un evaporador de flujo descendente con un diseño
sencillo, de tal manera que se puedan trabajar sustancias líquidas
con vacíos superiores a los de hasta ahora.
La solución de este objetivo está caracterizada
por las características de la reivindicación 1. Una instalación de
este tipo para la evaporación por flujo descendente de una sustancia
líquida y la subsiguiente condensación de los vapores formados,
comprende
- varios tubos evaporadores dispuestos
verticalmente unos junto a los otros, alojados en el interior de una
carcasa,
- un espacio hueco de calentamiento, que puede
calentarse mediante un fluido calentador, para calentar los tubos
evaporadores,
- una cubeta de distribución dispuesta encima de
los tubos evaporadores, desde la cual se puede conducir la
sustancia allí contenida a los tubos evaporadores, formando una
película de sustancia que escurre bajando por las envolventes de
los tubos,
- un conjunto intercambiador de calor dispuesto
en la carcasa con varios tubos de condensación en posición
vertical, en cuyas envolventes tubulares se pueden condensar los
vapores,
- debajo de los tubos evaporadores y debajo de
los tubos de condensación unos medios de recogida alojados en la
carcasa, que recogen por separado el concentrado de la sustancia no
evaporado que escurre bajando por las envolventes de los tubos
evaporadores, o el destilado de la sustancia condensado que escurre
hacia abajo por las envolventes tubulares de los tubos de
condensación,
donde los tubos evaporadores y los tubos de
condensación están dispuestos por parejas con el mismo eje, unos
dentro de los otros,
y donde la superficie de evaporación formada por
la envolvente tubular del tubo evaporador y la superficie de
condensación formada por la envolvente tubular del tubo de
condensación de cada pareja de tubos están situadas coaxialmente
enfrentadas, estando previstos unos medios de bombeo para evacuar la
cámara de trabajo situada entre el tubo evaporador y el tubo de
condensación de cada pareja de tubos.
En la instalación conforme a la invención, las
superficies de condensación y la superficie de evaporación se
encuentran a una distancia radial relativamente reducida,
directamente y sin elementos instalados que den lugar a pérdidas de
presión, por ejemplo, un tubo de celosía, es decir enfrentados sin
obstáculos. La separación entre las envolventes tubulares es del
orden de magnitud de 0,5 a 15 centímetros, y por lo tanto, y de
acuerdo con el alto vacío que se produce durante el funcionamiento
entre el tubo evaporador y el tubo de condensación, es del orden de
magnitud de la longitud de recorrido libre de las moléculas que
pasan de la superficie del evaporador a la superficie de
condensación. De este modo, el evaporador de flujo descendente
conforme a la invención puede trabajar bajo alto vacío de menos de
1 mbar, con un rendimiento de condensación elevado. Si en el caso
de sustancias que desprendan gases hay que temer salpicaduras que
pasen del tubo evaporador al tubo de condensación, éstas se pueden
evitar de forma conocida mediante unas temperaturas adecuadas del
evaporador.
El destilado precipitado en la envolvente
exterior del tubo de condensación se recoge por los medios de
recogida, separado por los componentes no evaporados del líquido,
denominados aquí concentrado. Ahora bien, el concepto de
concentrado debe referirse aquí exclusivamente a estos componentes
no evaporados, incluso si en algunas de las aplicaciones de la
instalación conforme a la invención no se tiende principalmente a la
reconcentración de una sustancia, sino por ejemplo, a la separación
de una mezcla de sustancias, por ejemplo, una emulsión
agua-aceite o una destilación. La instalación
conforme a la invención es por lo tanto adecuada para la
destilación, concentración o también separación de componentes de
la sustancia.
En un perfeccionamiento preferido de la
invención está previsto que los medios de recogida comprendan dos
bandejas de recogida dispuestas una sobre la otra, donde la superior
recoge el concentrado y la inferior el destilado. Para que el
destilado pueda pasar a través de la bandeja de recogida superior a
la bandeja de recogida inferior, la superior de las dos bandejas de
recogida presenta un orificio de paso que se corresponde con cada
tubo de condensación, a través de los cuales el destilado
precipitado sobre el correspondiente tubo de condensación llega a
la bandeja de recogida inferior.
Preferentemente pasará incluso cada tubo de
condensación a través del correspondiente orificio de paso con
separación todo alrededor con respecto al borde del orificio. De
este modo, el destilado no tiene que gotear en caída libre a través
del orificio u orificios de paso de la bandeja de recogida superior
a la bandeja de recogida inferior, sino que escurre a través del
orificio de paso a lo largo del tubo de condensación. De este modo
se pueden evitar eficazmente salpicaduras de destilado indeseables
sobre la bandeja de recogida superior.
Convenientemente cada orificio de paso estará
rebordeado por una pestaña anular que sube hacia arriba. Ésta
conduce el concentrado recogido por la bandeja de recogida superior
alrededor del orificio u orificios de paso.
En la realización preferida antes descrita, la
envolvente interior tubular del tubo exterior de cada pareja de
tubos forma la superficie de evaporación, mientras que la envolvente
exterior del tubo interior forma la superficie de condensación. Se
sobreentiende que en una forma de realización alternativa, la
superficie de evaporación también podría estar formada por el tubo
interior mientras que el tubo exterior forma la superficie de
condensación. De este modo se puede aprovechar la superficie mayor
de la envolvente interior del tubo exterior, en comparación con la
envolvente exterior del tubo interior, para aumentar el rendimiento
de condensación, algo que es deseable para muchas aplicaciones.
En ambas variantes, las bandejas de recogida
están formadas preferentemente por unas planchas de recogida
esencialmente planas, instaladas en la carcasa inclinadas,
especialmente inclinadas en sentido opuesto con respecto a la
horizontal. Naturalmente cabe imaginar también realizaciones
curvadas de las bandejas de recogida.
Puede ser beneficioso el que por lo menos una de
las bandejas de recogida, en particular al menos la bandeja de
recogida de concentrado, pueda tener calentamiento. Y es que en
algunos de los productos a tratar, el concentrado no evaporado
puede tener una viscosidad tan alta que le resulte difícil escurrir.
Calentando la bandeja de recogida correspondiente se puede mantener
entonces el concentrado con suficiente fluidez para evacuarlo sin
problemas fuera de la carcasa.
Una forma sencilla pero eficaz de calentamiento
puede consistir en que la bandeja de recogida calentable esté
realizada con doble pared, con un espacio hueco entre sus dos
paredes, y que el espacio hueco esté conectado a un circuito de un
fluido calentador.
En la carcasa puede estar situada entre las dos
bandejas de recogida una conexión para un conducto de evacuación
unido a los medios de bombeo, y por medio del cual se pueda hacer el
vacío entre el tubo evaporador y el tubo de condensación. El
conducto de evacuación desemboca preferentemente encima de la
bandeja de recogida de destilado para que únicamente se aspiren los
componentes no condensables. Los medios de bombeo están en este caso
realizados de manera que puedan generar en la cámara de trabajo una
depresión inferior a 1 mbar.
Para su sujeción, el tubo interior de cada
pareja de tubos puede ir apoyado en la cubeta de distribución.
Para conducir la sustancia al por lo menos un
tubo evaporador que rodea al tubo de condensación, la cubeta de
distribución puede estar realizada en una primera variante como
cubeta perforada, cuyo fondo de cubeta presenta en correspondencia
con cada tubo evaporador un conjunto de orificios de paso repartidos
circularmente para la sustancia contenida en la cubeta de
distribución. En esta variante el líquido sale por el fondo de la
cubeta de distribución a través de los orificios de paso y cae hacia
el respectivo tubo evaporador.
A continuación se describen con mayor detalle
unos ejemplos de realización de la invención, sirviéndose del
dibujo adjunto. Las figuras muestran:
Figura 1 Una sección en alzado de un primer
ejemplo de realización de un evaporador de flujo descendente
conforme a la invención con condensación interior;
Figura 2 Vista en planta desde arriba, una
imagen de la disposición de los tubos evaporadores y de los tubos
de condensación del evaporador de flujo descendente de la figura 1,
y
Figura 3 Una sección en alzado de un segundo
ejemplo de realización de un evaporador de flujo descendente
conforme a la invención.
El equipo representado en las figuras 1 y 2,
destinado a la evaporación y subsiguiente condensación de productos,
por ejemplo de la industria química o farmacéutica, presenta una
carcasa 10 de forma cilíndrica en la parte principal de su altura,
en la cual están alojados uno junto a otro una multitud de tubos del
evaporador de flujo descendente 12, cada uno de ellos con ejes de
tubo verticales 14. Por encima de los tubos evaporadores 12 está
situada en la carcasa 10 una cubeta de distribución 16, desde la
cual se alimentan con el líquido a evaporar los tubos evaporadores
12. El líquido baja en forma de película por la envolvente
periférica interior de cada tubo evaporador 12; mientras va bajando
se evapora parcialmente. Para condensar al menos parcialmente los
vapores así formados, dentro de cada tubo evaporador 12 y centrado
con respecto a su eje tubular 14 va colocado un tubo de
condensación 18, en cuya envolvente periférica exterior se depositan
los componentes condensables del vapor. Esencialmente a lo largo de
toda la zona axial en la que el tubo de condensación 18 solapa al
tubo evaporador 12, no hay ningún elemento instalado que
obstaculice el paso del vapor del tubo evaporador 12 al tubo de
condensación 18. La distancia radial de las envolventes tubulares
enfrentadas respectivamente es del orden de centímetros, entre 0,5
a 15 centímetros. Esta distancia, por lo tanto, es del orden de
magnitud de la longitud del recorrido molecular libre. La
precipitación en el tubo de condensación 18, denominada aquí
destilado, escurre hacia abajo por los tubos de condensación 18. En
su extremo inferior, los tubos de condensación 18 están unidos a
una placa de recogida 20 instalada inclinada oblicuamente en la
carcasa 10, y que recoge el destilado. El destilado escurre en el
sentido de la pendiente de la placa de recogida 20 hacia el punto
más bajo de ésta, donde se acumula. Mediante una conexión de la
carcasa 21 a continuación se puede extraer de la carcasa el
destilado recogido.
Debajo de los tubos evaporadores 12 pero por
encima de la placa de recogida 20 hay otra placa de recogida 22,
instalada también inclinada oblicua en la carcasa 10. Esta placa de
recogida 22 sirve para recoger los componentes no evaporados del
líquido que escurre bajando por los tubos evaporadores 12 y que aquí
se designa abreviadamente como concentrado. Los tubos evaporadores
12 terminan a una cierta distancia por encima de la placa de
recogida 22, por lo que el concentrado cae desde el extremo inferior
de los tubos evaporadores 12 en caída libre sobre la placa de
recogida 22. La posición de instalación oblicua de la placa de
recogida 22 también vuelve a dar lugar a que el concentrado fluya
en el sentido de la pendiente de la placa de recogida 22 hacia el
punto más bajo de ésta, y se acumule allí. A través de la conexión
de la carcasa 24 se puede extraer entonces de la carcasa 10 el
concentrado acumulado.
En algunos de los productos a evaporar, el
concentrado puede ser comparativamente viscoso, fluyendo sólo con
dificultad por la placa de recogida 22. Esta fluencia se facilita si
se reduce la viscosidad del concentrado. Para ello la placa de
recogida 22 está realizada como placa hueca de doble pared, cuyo
espacio hueco entre placas designado por 26 se puede conectar a
través de las tubuladuras de conexión 28, 30 en la carcasa 10, a un
circuito de calentamiento que no está representado con mayor
detalle. En este circuito de calentamiento circula un fluido
calentador (por ejemplo vapor o aceite caliente), que entra por una
de las tubuladuras de conexión 28, 30 y se evacua por la otra
tubuladura de conexión. Por ejemplo, se introduce vapor a través de
la tubuladura de conexión 30 situada a mayor altura, en el espacio
hueco entre las placas 26, y se evacua el vapor condensado por la
tubuladura de conexión situada más abajo. En el caso de utilizarse
aceite como fluido calentador, la forma de conexión es a la
inversa.
Para cada tubo de condensación 18 está realizada
en la placa de recogida superior 22 un orificio de paso, cuya
sección libre es mayor que la sección de los tubos de condensación
18, de manera que estos últimos pueden bajar con espacio libre
radial todo alrededor a través de los orificios de paso 32 hasta la
placa de recogida inferior 20. En cada uno de los orificios de paso
32 va colocado un tubo separador 34, que sobresale hacia arriba de
la placa de recogida 22 formando de esta manera una pestaña anular
que impide que el concentrado que cae de los tubos evaporadores 12,
sobre la placa de recogida 22, penetre en los respectivos orificios
de paso 32. Los tubos separadores 34 aseguran así una separación
limpia entre el destilado y el concentrado. Se recomienda que los
tubos separadores 34 sean suficientemente largos para que no
solamente puedan conducir alrededor de los orificios de paso 32 el
concentrado que fluye por la placa de recogida 22 sino que también
puedan interceptar eventuales salpicaduras de concentrado sobre los
tubos de condensación 18.
En la figura 1 se ve claramente que las dos
placas de recogida 20, 22 están instaladas en la carcasa 10 con una
inclinación en sentido opuesto. De esta manera se puede crear en una
zona de la carcasa una separación grande entre las placas de
recogida 20, 22 sin tener por ello que aumentar en conjunto la
altura de construcción del equipo. En la zona citada de mayor
separación entre las placas de recogida 20, 22 hay entonces
suficiente espacio para situar en la carcasa 10 una conexión de
evacuación 36, a la cual se puede conectar en forma no descrita con
mayor detalle una conducción de aspiración unida a una bomba de
vacío. A través de la conexión de evacuación 36 se aspiran gases
así como los componentes no condensables de los vapores, desde la
cámara de trabajo entre los tubos evaporadores 12 y los tubos de
condensación 18, a través de los espacios libres entre los tubos de
separación 34 y los tubos de condensación 18. La gran extensión de
las superficies de evaporación y de las superficies de condensación
y su escasa separación sólo dan lugar a una pérdida de presión
despreciable en el flujo de los vapores. Esto permite generar en la
cámara de trabajo presiones inferiores a 1 mbar, por ejemplo, del
orden de magnitud de 0,1 mbar. Con los evaporadores de flujo
descendente actuales no se conseguía una evaporación a presiones
tan bajas.
Por los extremos del pie y de la cabeza, los
tubos evaporadores 12 están unidos entre sí y a la carcasa 10 por
medio de unas placas de puente 38. Entre la carcasa 10, los tubos
evaporadores 12 y las placas de puente 38 se forma una oquedad 40
que rodea cada tubo evaporador 12, y que es parte de otro circuito
de calentamiento que no está representado con mayor detalle. En
este circuito de calentamiento circula un fluido calefactor que
sirve para calentar los tubos evaporadores 12, por ejemplo, vapor
caliente o un aceite portador de calor. El fluido calentador se
introduce en la oquedad de calentamiento 40 y se vuelve a evacuar de
ésta a través de una tubuladura de conexión superior 42 y una
tubuladura de conexión inferior 44, en la carcasa 10. Si se utiliza
vapor como fluido calentador se empleará la tubuladura de conexión
superior 42 como entrada, con el fin de que el condensado que se
formará inevitablemente se pueda drenar por la tubuladura de
conexión inferior 44. Si se emplea un aceite portador de calor se
puede emplear la tubuladura de conexión inferior 44 como entrada y
la tubuladura de conexión superior 42 como salida.
El espacio hueco de calentamiento 40 está
subdividido en dirección axial y cada uno de estos espacios
parciales se puede alimentar de forma independiente con un fluido
calentador (esto no está representado en las figuras). De esta
manera se tiene la posibilidad de ajustar una temperatura de
calentamiento diferente a lo largo de los tubos evaporadores
12.
Para conseguir una condensación eficaz de los
vapores, los tubos de condensación 18 llevan por el interior una
refrigeración. Para ello los tubos de condensación 18 están
incorporados a un circuito refrigerador, no representado con mayor
detalle, en el cual circula un medio refrigerador. El medio
refrigerador pasa a través de una tubuladura de entrada 46 en la
carcasa 10 a una cámara de distribución de refrigerante 48, que está
limitada hacia arriba por la placa de recogida 20 y hacia abajo por
una pared intermedia 50 intercalada en la carcasa 10. Cada uno de
los tubos de condensación 18 es de doble pared y presenta para esto
un tubo interior 52, que por el extremo del pie llega hasta la
pared intermedia 50, donde se apoya. Por el extremo de la cabeza,
los tubos interiores 52 llegan hasta cerca del fondo de la cubeta de
distribución 16, designado por 54. Allí se apoyan en unos anillos
de sujeción 56 situados en la cara inferior del fondo de la cubeta
54.
En cada tubo de condensación 18 se forma
alrededor de su tubo interior 52 una cámara anular 58, dentro de la
cual penetra desde abajo el refrigerante procedente de la cámara de
distribución de refrigerante 48. El refrigerante fluye hacia arriba
por las cámaras anulares 58 de los tubos de condensación 18 hasta
llegar a unos orificios 60, mecanizados en los tubos interiores 52.
Allí fluye a la cámara interior de los tubos interiores 52 y fluye
nuevamente hacia abajo. Al pie de los tubos interiores 52 entra en
una cubeta de recogida 62, situada debajo de la pared intermedia
50, y sale del grupo evaporador a través de una tubuladura de salida
64. El recorrido que realiza el refrigerante dentro del equipo
evaporador está indicado mediante flechas en la figura 1.
Para conducir el líquido que se trata de
evaporar, y que está contenido en la cubeta de distribución 16, a
los tubos evaporadores 12, la cubeta de distribución 16 está
realizada como cubeta perforada, es decir que su fondo de cubeta 54
está atravesado por multitud de orificios de paso 66. Tal como se
puede ver especialmente en la figura 2, los orificios de paso 66
están distribuidos en círculo alrededor de cada tubo evaporador 12.
Esto permite conducir el líquido a los tubos evaporadores 12,
uniformemente distribuido alrededor del perímetro de los tubos. Los
orificios de paso 66 están situados encima de las placas de puente
38, es decir que con respecto a la envolvente periférica interior
de los tubos evaporadores 12 están algo decalados radialmente hacia
el exterior. El líquido que atraviesa los orificios de paso gotea
por lo tanto sobre las placas de puente 38, desde donde se vierte
sobre la envolvente periférica interior de los tubos evaporadores
12. Con el fin de evitar que el líquido que gotea del fondo de la
cubeta 54 salpique sobre los tubos de condensación, hay dispuestos
en la cara inferior del fondo de la cubeta 54 unos anillos de
protección contra salpicaduras 68 que sobresalen hacia abajo y que,
tal como está representado de modo fragmentado en la figura 2,
quedan situados en el interior de los círculos de agujero de los
orificios de paso 66. Incluso en el caso de que rebose la cubeta de
distribución 16, los anillos de protección contra salpicaduras 68
son eficaces para impedir salpicaduras involuntarias sobre los
tubos de condensación 18.
A continuación se describe una variante del
evaporador de flujo descendente antes descrito. Los componentes que
tienen la misma función están designados con las mismas cifras de
referencia de las figuras 1 y 2, pero para distinguirlos llevan la
letra a. Para explicar la disposición y el funcionamiento se remite
a la descripción anterior.
El evaporador de flujo descendente representado
en la figura 3 se diferencia del evaporador de flujo descendente de
las figuras 1 y 2, primeramente porque los tubos evaporadores 12a
ahora están dispuestos en el mismo eje que los correspondientes
tubos de condensación 18a. Por lo tanto, también la placa de
recogida 20a que recoge el destilado condensado y la placa de
recogida 22a que recoge el concentrado, tienen intercambiada su
disposición relativa una sobre la otra. La placa de recogida 20a
está dispuesta en la parte superior y la placa de recogida 22a está
debajo.
Tal como muestra con detalle la figura 3, cada
uno de los tubos evaporadores 12a va calentado por la cara
interior, y está conectado a un circuito de medio calentador en el
cual circula un medio calentador, por ejemplo vapor caliente. El
medio calentador penetra a través de una tubuladura de entrada 46a
de la carcasa 10a a una cámara de distribución del medio calentador
48a, que está limitado hacia arriba por la placa intermedia 22a y
hacia abajo por una pared intermedia 50a. Cada tubo evaporador 12a
es de doble pared y lleva un tubo interior 52a que desemboca en la
pared intermedia 50a. El medio calentador atraviesa la cámara
intermedia 58a entre los tubos 12a, 52a y penetra en el tubo
interior 52a en la zona del extremo superior del tubo evaporador
12a por los orificios 60a, de donde sale hacia abajo a una cámara
colectora 62a y se evacua a través de una tubuladura de salida
64a.
El tubo de condensación 18a también está
realizado con doble pared y contiene un espacio hueco 40a que rodea
al tubo de condensación 18a, y que a través de las tubuladuras de
conexión 42a, 44a se conecta al circuito de refrigerante.
Las placas de recogida 20a, 22a vuelven a estar
instaladas en la carcasa 10a con pendiente en sentido opuesto,
donde los tubos evaporadores que salen de la placa de recogida
inferior 22a atraviesan la placa de recogida superior 20a con
separación a través de los orificios 32a, mientras que los tubos de
condensación 18a terminan por encima de la placa de recogida 20a.
Se sobreentiende que las placas de recogida 20a, 22a también podrían
estar instaladas con pendiente en el mismo sentido.
Por sus extremos superiores, los tubos
evaporadores 12a van conducidos por la cubeta de distribución 16a
dispuesta por encima de los tubos evaporadores 12a. Tal como está
representado en 66a, la cubeta de distribución 16a tiene unos
orificios a través de los cuales la sustancia que se trata de
evaporar puede salir sobre la cara superior de los tubos
evaporadores 12a. Los tubos evaporadores 12a van guiados por unos
anillos de sujeción 56a en la cara inferior del fondo de la cubeta
54a, donde el anillo de retención 56a rodea al tubo interior 52a
con una separación radial, formando al mismo tiempo un anillo de
protección contra salpicaduras.
La sustancia que se trata de evaporar sale a
través de los orificios 66a, y escurre hacia abajo por la envolvente
tubular exterior del tubo evaporador 12a a través de los orificios
32a hasta la bandeja de recogida 22a, a lo largo de la cual el
concentrado que no se ha evaporado se evacua a través de la
tubuladura 24a. La sustancia evaporada en la zona de solapamiento
con el tubo de condensación 18a se condensa en la envolvente
interior tubular del tubo de condensación 18a y escurre en forma de
destilado condensado hacia la placa de recogida 20a, de la que se
retira a través de la tubuladura de conexión 21a. Para evitar que el
destilado pase a través de los orificios 32a, éstos están
recrecidos por debajo de los tubos de condensación 21a con los tubos
separadores 34a. De forma semejante al ejemplo de realización de
las figuras 1 y 2, la placa de recogida 22a que evacua el
concentrado está realizada con doble pared, encerrando un espacio
hueco 26a que se puede alimentar con un medio calentador a través
de la tubuladura de conexión 28a, 30a.
La conexión de evacuación 36a, a través de la
cual se retiran los gases y los componentes no condensables de los
vapores fuera de la cámara de trabajo entre los tubos evaporadores
12a y los tubos de condensación 18a, está prevista en el ejemplo de
realización de la figura 3 situada encima de la placa de recogida
superior, pero por debajo de la zona de solape de las parejas de
tubos 12a, 18a, con el fin de reducir las pérdidas de presión. Se
sobreentiende que también en el ejemplo de realización de las
figuras 1 y 2, la conexión de evacuación puede estar prevista en
este lugar.
También en la variante de la figura 3, la cámara
de trabajo entre el tubo evaporador 12a y el tubo de condensación
18a, que rodea concéntrico al tubo evaporador 12a, de cada una de
las parejas de tubos, no lleva ningún elemento instalado que
reduzca la presión y tiene una anchura radial de varios
centímetros.
Claims (15)
1. Instalación para la evaporación por
flujo descendente de una sustancia líquida y la subsiguiente
condensación de los vapores formados, que comprende
- varios tubos evaporadores (12; 12a) alojados
en una carcasa y dispuestos verticales unos junto a los otros,
- un espacio hueco de calentamiento (40, 12a),
calentable mediante un fluido calentador, para calentamiento de los
tubos evaporadores (12; 12a),
- una cubeta de distribución (16, 16a) dispuesta
por encima de los tubos evaporadores (12, 12a) desde la cual se
puede conducir la sustancia allí contenida a los tubos evaporadores
(12, 12a), formando una película de sustancia que escurre bajando
por las envolventes de los tubos,
- un conjunto intercambiador de calor dispuesto
en la carcasa (10, 10a) con varios tubos de condensación en
posición vertical (18, 18a), en cuyas envolventes tubulares se
pueden condensar los vapores,
- debajo de los tubos evaporadores (12, 12a) y
debajo de los tubos de condensación (18, 18a), unos medios de
recogida (20, 22, 20a, 22a) alojados en la carcasa (10, 10a) que
recogen por separado el concentrado de la sustancia no evaporada
que escurre a lo largo de las envolventes tubulares de los tubos
evaporadores (12, 12a) o el destilado condensado de la sustancia
que escurre por las envolventes tubulares de los tubos de
condensación (18, 18a),
donde los tubos evaporadores (12, 12a) y los
tubos de condensación (18, 18a) están dispuestos por parejas con un
mismo eje, unos dentro de los otros, y donde la superficie de
evaporación formada por la envolvente tubular del tubo evaporador
(12, 12a) y la superficie de condensación formada por la envolvente
tubular del tubo de condensación (18, 18a) de cada pareja de tubos
están situadas coaxialmente enfrentadas entre sí, estando previstos
unos medios de bombeo para hacer el vacío en la cámara de trabajo
situada entre el tubo evaporador (12, 12a) y el tubo de
condensación (18, 18a) de cada pareja de tubos,
caracterizado porque la superficie de
evaporación y la superficie de condensación de cada pareja de tubos
están enfrentadas entre sí sin ningún obstáculo intermedio con una
separación entre 0,5 y 12 centímetros, y los medios de bombeo
generan en la cámara de trabajo una depresión inferior a 1 mbar,
y porque el espacio hueco de calentamiento (40,
12a) está subdividido en dirección axial de los tubos evaporadores
(12, 12a), pudiendo alimentarse estas cámaras parciales por separado
con fluido calentador, de tal manera que a lo largo de los tubos
evaporadores (12, 12a) se ajuste una temperatura de calentamiento
diferente.
2. Instalación según la reivindicación
1, caracterizada porque los tubos de condensación (18) están
dispuestos dentro de los tubos evaporadores (12), formando la
envolvente tubular interior del tubo evaporador (12) la superficie
de evaporación, y la envolvente tubular exterior del tubo de
condensación (18) la correspondiente superficie de condensación
coaxial con aquélla.
3. Instalación según la reivindicación
2, caracterizada porque los medios de recogida (20, 22)
comprenden dos bandejas de recogida (20, 22) dispuestas una sobre
la otra, de las cuales la superior (22) recoge el concentrado y la
inferior (20) el destilado, y porque la superior (22) de las dos
bandejas de recogida (20, 22) presenta en correspondencia con cada
tubo de condensación (18) un orificio de paso (32), a través de los
cuales llega a la bandeja de recogida inferior (20) el destilado
precipitado sobre el correspondiente tubo de condensación (18).
4. Instalación según la reivindicación
3, caracterizada porque cada tubo de condensación (18) pasa
a través del correspondiente orificio de paso (32), con separación
todo alrededor respecto al borde del orificio.
5. Instalación según la reivindicación
1, caracterizada porque los tubos evaporadores (12a) están
dispuestos en los tubos de condensación (18a), formando la
envolvente tubular interior del tubo de condensación (18a) la
superficie de condensación (12a), y la envolvente tubular exterior
del tubo evaporador (12a) una superficie de evaporación coaxial con
aquélla.
6. Instalación según la reivindicación
5, caracterizada porque los medios de recogida comprenden dos
bandejas de recogida (20a, 22a) dispuestas una sobre la otra, de
las cuales la superior (20a) recoge el destilado y la inferior
(22a) el condensado, y porque la superior (20a) de las dos bandejas
de recogida (20a, 22a) presenta en correspondencia con cada tubo
evaporador (12a) un orificio de paso (34a), a través del cual llega
a la bandeja de recogida inferior (22a) el concentrado que escurre
bajando a lo largo del correspondiente tubo evaporador (12a).
7. Instalación según la reivindicación
6, caracterizada porque cada tubo evaporador (12a) pasa a
través del correspondiente orificio de paso (32a), con separación
todo alrededor con respecto al borde del orificio.
8. Instalación según una de las
reivindicaciones 3, 4, 6 o 7, caracterizada porque cada
orificio de paso (32, 32a) está rodeado de una pestaña anular (34,
34a) que se levanta hacia arriba.
9. Instalación según una de las
reivindicaciones 3, 4 o 6 a 8, caracterizada porque las
bandejas de recogida (20, 22, 20a, 22a) están formadas por unas
placas de recogida esencialmente planas, instaladas en la carcasa
de forma inclinada con respecto a la horizontal, en particular con
pendientes en sentido opuesto.
10. Instalación según una de las
reivindicaciones 3, 4 o 6 a 9, caracterizada porque por lo
menos una (22) de las bandejas de recogida (20, 22, 20a, 22a),
especialmente por lo menos la bandeja de recogida de concentrado
(22, 22a), se puede calentar.
11. Instalación según la reivindicación 10,
caracterizada porque la bandeja de recogida (22, 22a)
calentable está realizada con doble pared con una cámara hueca (26,
26a) entre sus dos paredes, y porque la cámara hueca (26, 26a) está
conectada a un circuito por un medio calentador.
12. Instalación según una de las
reivindicaciones 3, 4 o 6 a 11, caracterizada porque la
carcasa (10, 10a) presenta una conexión (36, 36a) para un conducto
de evacuación unido a unos medios de bombeo, situado entre las dos
bandejas de recogida (20, 22) o por encima de la superior de las dos
bandejas de recogida (20a, 22a).
13. Instalación según una de las
reivindicaciones 1 a 12, caracterizada porque cada tubo
situado en el interior de cada pareja formada por tubo de
evaporación-tubo de condensación, va apoyado en la
cubeta de distribución (16).
14. Instalación según la reivindicación 2 o
una de las reivindicaciones 3, 4 u 8 a 13, con referencia a la
reivindicación 2,
caracterizada porque para alimentar la
sustancia al por lo menos un tubo evaporador (12), la cubeta de
distribución (16) está realizada como cubeta perforada, cuyo fondo
de cubeta (54) presenta en correspondencia con cada tubo evaporador
(12) un orificio de paso centrado con respecto a aquél o un conjunto
de orificios de paso (66) distribuidos en círculo, para la
sustancia contenida en la cubeta de distribución (16).
15. Instalación según la reivindicación 2 o
una de las reivindicaciones 3, 4 u 8 a 14, con referencia a la
reivindicación 2,
caracterizada porque en la cubeta de
distribución (16, 16a), su fondo de cubeta (54, 54a) lleva unas
superficies de protección contra salpicaduras (68) que sobresalen
hacia abajo pero que terminan por encima del tubo de condensación
(18, 18a), que sirven para impedir que lleguen salpicaduras de la
sustancia a evaporar sobre el por lo menos un tubo de condensación
(18).
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