EQUIPOS DE EVAPORACIÓN

CRISTIAN ARTURO SUAREZ SUAREZ NATALIA ANDREA TRUJILLO CERQUERA

EVAPORACIÓNLa evaporación es un proceso físico que consiste en el paso lento y gradual de un estado liquido hacia un estado gaseoso, tras haber adquirido suficiente energía para vencer la tensión superficial, se puede producir a cualquier temperatura pero siendo mas rápido cuando está mas elevada.

¿Qué Es Un Evaporador?Un evaporador, es un intercambiador de calor en el que se producen cambios de fase y pueden darse otros fenómenos asociados a la concentración de una disolución, como la formación de solidos, la descomposición de sustancias, etc.

EVAPORACION EN LA INDUSTRIA PETROLERA

La evaporación es un mecanismo principal de eliminación del petróleo. La cantidad que se evapora depende del tipo de petróleo, velocidad del viento y temperatura del agua.

Los productos refinados como la gasolina se evaporan mucho más rápidamente que los más pesados, tal y como indica la tabla.

1. EVAPORADOR DE PELÍCULA ASCENDENTE

Principio de operaciónEn un evaporador de película ascendente, el líquido se desplaza por circulación natural de abajo arriba en los tubos. La vaporización se produce dentro de los tubos.

Ventajas•Diseño sencillo.•Menor inversión y menores costes operativos que con película descendente o circulación forzada.•No se necesita electricidad.•No se necesita control de nivel.

MEDIOS DE EVAPORACIÓN

Aplicaciones•Soluciones diluidas no incrustantes•Soluciones no cristalizantes•Líquidos viscosos

Ejemplos típicos de líquidos aptos para evaporadores de película ascendente•Soluciones débiles de ácido sulfúrico•Soluciones de sales inorgánicas•Azúcar y derivados del azúcar•Efluentes de la industria alimentaria•Melazas y vinazas

2. EVAPORADOR DE CIRCULACIÓN FORZADA

Principio de operaciónEn un evaporador de circulación forzada, se hace circular la solución a evaporar mediante la bomba de circulación a través de los tubos del intercambiador de calor con alta velocidad de abajo hacia arriba.La vaporización se produce en el cabezal de vapor, donde el vapor y el líquido son separados por gravedad y/o por fuerza centrífuga.

Ventajas•Óptima capacidad de transferencia de calor en condiciones de alto vacío.•Rango de capacidad del 0 al 100%.•Acepta más sólidos que la película descendente.

Aplicaciones•Líquidos contaminantes.•Líquidos cristalizantes.

Ejemplos típicos de líquidos aptos para evaporadores de circulación forzada•Soluciones sulfúricas.•Ácidos fosfóricos.•Soluciones de sales inorgánicas con compuestos contaminantes.•Líquidos fertilizantes.•Efluentes de la industria alimentaria.•Melazas y vinazas.

3. EVAPORADOR DE PELÍCULA DESCENDENTE (FF)

Principio de operaciónEn un evaporador de película descendente, la solución a evaporar fluye rápidamente como una fina película hacia abajo y hacia dentro de la pared del tubo vertical. La vaporización se produce dentro de los tubos por el calentamiento externo de los tubos. El evaporado fluye hacia abajo en paralelo al flujo líquido. El evaporado y el líquido concentrado se separan en la cámara inferior de la calandria y en el cabezal de vapor, donde el vapor y el líquido son segregados por gravedad y/o por fuerza centrífuga.

Ventajas•Poco tiempo de retención.•Excelente separación de gotas.•Buena capacidad de transmisión de calor con baja ΔT.•Rango de capacidad del 0 al 100%.•Viscosidades líquidas hasta 500 cp.•Menos energía de circulación que en el caso de circulación forzada.•Acepta cierta cantidad de sólidos.

Aplicaciones•Líquidos sensibles al calor.•Líquidos contaminantes puros o moderados.•Soluciones con viscosidad bastante alta.

Ejemplos típicos de líquidos aptos para evaporadores de película descendente•Soluciones diluidas de ácido sulfúrico•Ácidos fosfóricos puros•Ácidos y aguas residuales•Líquidos de fertilizantes diluidos•Sosa cáustica•Azúcar y derivados del azúcar•Melazas y vinazas.

4. RECOMPRESIÓN DE VAPOR (TÉRMICA Y MECÁNICA)

Las técnicas de recompresión de vapor se utilizan para mejorar la eficiencia energética de los procesos de evaporación. El evaporado se recomprime a presiones más altas, lo que permite utilizar este vapor recomprimido para calentar el evaporador.El evaporado puede recomprimirse mediante compresión térmica o mecánica. En la recompresión térmica, parte del evaporado se comprime en un eyector impulsado por vapor y se utilizan para calentar el evaporador.En la recompresión de vapor mecánica, se utiliza un ventilador especial para comprimir todo el flujo de vapor, dejando el evaporador a una presión suficiente para calentar el evaporador. De este modo, el evaporador no consume vapor durante su funcionamiento y la compresión se realiza mediante un compresor impulsado por un motor eléctrico. Puede utilizarse compresión de etapa única o de etapa múltiple.

Ventajas•Construcción sencilla.•Fácil de utilizar.•Costes operativos considerablemente menores que con un evaporador convencional impulsado por vapor.•El diseño puede hacerse para evaporadores de película descendente y de circulación forzada.

Aplicaciones•Líquidos con una baja elevación del punto de ebullición.•Soluciones débiles.•Se utiliza especialmente cuando la electricidad es relativamente barata.

Ejemplos típicos de líquidos aptos para evaporadores de recompresión de vapor•Soluciones débiles de ácido sulfúrico.•Soluciones de sales inorgánicas.•Ácidos y aguas residuales.•Líquidos fertilizantes.•Azúcar y derivados del azúcar.•Efluentes de la industria alimentaria.•Melazas y vinazas.

EQUIPOS DE EVAPORACION PARA TRATAMIENTOS DE AGUAS CONGENITAS

Las aguas congénitas o aguas saladas (en ingles produced water) son un subproducto de la extracción de crudo al igual que el gas natural que fluye a través del pozo. Una vez separadas las aguas congénitas del crudo se verifica que estas contienen una concentración de sal entre 10 y 150 g/l (2,2 a 50 libras/barril), además de bicarbonatos, sulfatos, calcio, magnesio y restos orgánicos. El vertido incontrolado genera un enorme impacto sobre el medio ambiente y puede contaminar cauces de agua dulce si no se evita la emisión sobre el terreno. La gestión de este fluido contaminante en las explotaciones terrestres es complicada y costosa mientras que el tratamiento en sitio mediante un equipo de evaporación permite resolver el problema de una forma eficiente y a bajo costo.

1. EQUIPOS DE EVAPORACION ATMOSFERICA

Son los menos eficientes energéticamente pero son muy prácticos, pueden utilizar el gas natural propio del campo o combustible diésel cuando no se dispone del primero, para obtener la energía térmica necesaria. Estos equipos emiten el vapor de agua a la atmósfera mezclado con los gases de combustión.

• EVAPORADOR ATMOSFÉRICO DESALT EACS: Equipo patentado que utiliza la combustión sumergida o un quemador en vena de aire para portar calor al proceso y permitir la evaporación de agua, no pueden llegar a cristalizar directamente se suele alcanzar la concentración próxima a saturación de la sal en el agua (103 libras/barril) . El consumo energético es de 357.000 BTU/barril, la equivalencia en gas seria de 383 ft3/barril y en diesel seria de 1,53 gal/barril. El concentrado líquido se puede terminar de evaporar en balsas de evaporación (evaporation ponds) donde las condiciones climáticas o permitan bien utilizar un equipo de cristalización o secadores spray tipo SD.

• SECADOR SPRAY MODELO SD: Este equipo funciona como un atomizador, se pulveriza la salmuera en el cono de atomizado, por acción de los humos calientes de combustión se evapora instantáneamente el agua y el sólido precipita en el fondo de la cámara ciclón, el sólido es extraído periódicamente por la válvula rotativa del fondo de la cámara. Los humos y el vapor de agua son enviados a la atmósfera previo lavado en torre de absorción para eliminar gases contaminantes. El consumo energético de los equipos SD es de 541.000 BTU/barril, la equivalencia en gas seria de 565 ft3/barril y en diesel seria de 2,90 gal/barril.

2. EQUIPOS DE EVAPORACIÓN AL VACÍO

Son los más eficientes energéticamente, permiten obtener agua dulce de elevada calidad, no emiten humos ni gases a la atmósfera. Precisan de suministro eléctrico o fuente energética externa en forma de agua caliente o vapor para su funcionamiento, esta energía puede ser producida mediante un generador de vapor por combustión del gas natural del campo o diesel en caso que no se disponga de gas.

• EVAPORADOR AL VACÍO ELÉCTRICO MODELO RMV :Los equipos eléctricos mediante equipos de RMV (recomprensión mecánica de vapor) de alta eficiencia energética 35 kw/m3 (17.000 BTU/barril) pueden alcanzar una concentración de salmuera de unas 90 libras/barril. Luego esta salmuera concentrada se puede terminar de evaporar en balsas de evaporación (evaporation ponds) donde las condiciones climáticas o permitan bien utilizar un equipo de cristalización o secadores spray tipo SD.

• EVAPORADOR AL VACÍO A MÚLTIPLE EFECTO MODELO DPM: Estos equipos funcionan con vapor a baja presión, el calor latente del vapor vivo (steam) es cedido a la primera etapa donde se produce la evaporación del agua (vapor), esta contiene prácticamente el mismo calor latente que recibió y que transmite a la segunda etapa, así sucesivamente hasta la última etapa que se condensa mediante circuito de refrigeración con agua y torre de enfriamiento o un dry cooler. La capacidad de concentración de la salmuera puede alcanzar un valor máximo de 103 libras/barril, luego debe continuar secándose por los equipos anteriormente explicados. El consumo energético es de 116 libras de vapor vivo/barril, es decir equivale a 126.000 BTU/Barril y en consumo de gas natural seria 106 ft3/barril y en diesel seria 0,53 gal/barril.

• EVAPORADOR CRISTALIZADOR MODELO DESALT VRWW: Este modelo compacto permite evaporar concentrando la salmuera hasta cristalizar, descargando sólidos salinos, gracias a su particular diseño de calefacción externa por chaqueta y un rascador interno que limpia continuamente la superficie de intercambio. La aportación de calor debe estar en forma de vapor o agua caliente, los vahos de agua evaporada se condensan en un intercambiador de placas que debe ser alimentado con agua de circuito de refrigeración. El consumo energético es de 348 libras de vapor/barril, es decir equivale a 378.000 BTU/barril o un consumo de 318 ft3/barril o un consumo de diesel de 1,6 gal/barril.