Evaporarea - Concentrarea

1. Generalitati

Prin evaporare sau vaporizare se intelege operatia prin care se realizeaza indepartarea solventului volatil dintr-o solutie, in scopul concentrarii acesteia. De obicei, evaporarea are loc cu aport de caldura, caldura fiind furnizata fie direct prin contactul dintre solutie si gaze calde (aer cald, gaze de ardere), fie prin incalzirea indirecta folosind purtatori de caldura (abur, gaze calde). Atunci cand evaporarea are loc la temperatura de fierbere, operatia se numeste fierbere. Dar, in sens restrans, termenul de vaporizare este folosit in cazul in care transformarea lichidului in vapori se realizeaza la o temperatura inferioara punctului de fierbere.

Transformarea unei parti din lichid in vapori se poate face si pe seama caldurii interne, prin destinderea lichidului la o presiune la care temperatura lichidului sa fie superioara temperaturii de fierbere. In acest caz, o parte din lichid se transforma in vapori, preluand diferenta de energie calorica a lichidului dintre temperatura lui si temperatura de fierbere la care s-a ajuns prin destindere. Acest fenomen a fost denumit autoevaporare, deoarece se face pe seama caldurii interne.

In tehnica, operatia de evaporare se foloseste pentru concentrarea solutiilor in substante nevolatile, cand prin vaporizare se elimina o parte din lichidul volatil, din care cauza se mai numeste si concentrare. Operatia de evaorare se aplica numai pentru separarea partiala a componentului volatil, pentru separarea totala trebuie sa se mai realizeze in final si o alta operatie: cristalizare, uscare sau distilare, dupa caz.

In industria alimentara, procesul de concentrare prin evaporare intervine in toate subramurile, lichidul volatil eliminat in mod curent fiind apa. Eliminarea apei dintr-o serie de produse, in industria alimentara, asigura conditii mai bune de conservare si in acelasi timp reduce volumul de depozitare si transport. Se intalnesc si cazuri cand prin concentrare trebuie sa se elimine un alt lichid volatil, de exemplu inlaturarea partial a a dizolvantului (de obicei benzina) din miscela, in industria uleiului.

Evaporarea se deosebeste de distilare prin faptul ca unul din componenti, fiind nevolatil, vaporii rezultati sunt formati dintr-un singur component. In majoritatea cazurilor, solutia concentrata obtinuta prin evaporarea partiala a dizolvantului formeaza produsul valoros si vaporii, produsul secundar care se elimina din sistem.

Trecerea in stare de vapori se poate face atat prin evaporarea superficiala cat si prin fierbere. Evaporarea superficiala are loc numai la suprafata lichidului si la temperaturi mai mici decat temperatura de fierbere corespunzatoare presiunii din spatiul de deasupra solutiei, pe cand evaporarea prin fierbere se petrece in intreaga masa a lichidului, fierberea fiind mult mai intensa decat evaporarea superficiala si constituie pentru industria alimentara cea mai raspandita metoda de concentrare a solutiilor.

Procesul de evaporare se caracterizeaza prin capacitatea de evaporare, care reprezinta cantitatea de dizolvant evaporat raportata la unitatea de timp si suprafata de transfer de caldura, astfel:

in care: - Ce – capacitatea de evaporare;

- Me – masa de solvent evaporat;

- A – suprafata de transfer de caldura;

- τ – durata de evaporare.

2. Incalzirea aparatelor de evaporare

Ca principiu, in evaporare se poate folosi orice agent de incalzire, cum ar fi: gazele de ardere, aerul, sarurile topite, vaporii unor lichide organice, vaporii de apa etc. Dintre acestia, ponderea cea mai mare la incalzirea aparatelor de evaporare o au vaporii de apa, respectiv aburul. In continuare vom considera ca agent de incalzire numai vaporii de apa saturati. Vaporii supraincalziti puternic nu se recomanda caci, pe langa coeficientul individual de transfer de caldura mic, pot cauza o coroziune rapida a aparatelor.

In figura 1. se prezinta schita de principiu a unui evaporator, pentru a defini denumirile folosite curent si operatiile de evaporare. Un evaporator incalzit cu vapori de apa este format dintr-un corp cilindric 1, prevazut cu un fascicul tubular 2, care formeaza camera de incalzire 3 si un spatiu de degajare a vaporilor 4, situat deasupra sau in afara camerei de incalzire, numit camera de fierbere. Solutia care intra in evaporator se numeste solutie diluata sau solutie iniliala 5, iar aceea care iese – solutie concentrata sau finala 6.