Evaporação e Evaporadores
Princípios Vaporização
A vaporização é a transformação de uma substância líquida em gás ou vapor. Não há diferença fundamental entre os termos gás e vapor, mas o gás é comumente usado para descrever uma substância que aparece no estado gasoso sob condições padrão de pressão e temperatura, e o vapor para descrever o estado gasoso de uma substância que aparece normalmente como um líquido ou sólido.Quando o calor é adicionado a um líquido em seu ponto de ebulição, com a pressão mantida constante, as moléculas do líquido adquirem energia suficiente para superar as forças intermoleculares que as unem no estado líquido e escapam como moléculas individuais de vapor até o a vaporização está completa. A temperatura de um líquido fervente permanece constante até que todo o líquido seja convertido em gás.
Para cada substância, uma certa quantidade específica de calor deve ser fornecida para vaporizar uma determinada quantidade da substância. Essa quantidade de calor é conhecida como calor latente de vaporização da substância. A quantidade de calor aplicada para cada grama (ou cada molécula) que sofre a mudança de estado depende da própria substância. Por exemplo, a quantidade de calor necessária para transformar um grama de água em vapor em seu ponto de ebulição em uma atmosfera de pressão, isto é, o calor de vaporização da água, é de aproximadamente 540 calorias.
Evaporação
Os líquidos também podem se transformar em gases em temperaturas abaixo de seus pontos de ebulição. A vaporização de um líquido abaixo de seu ponto de ebulição é chamada de evaporação, que ocorre a qualquer temperatura quando a superfície de um líquido é exposta em um espaço não confinado. Quando, no entanto, a superfície é exposta em um espaço confinado e o líquido excede o necessário para saturar o espaço com vapor, um equilíbrio é rapidamente alcançado entre o número de moléculas da substância que saem da superfície e aquelas que voltam para isto. Uma mudança na temperatura perturba esse equilíbrio; um aumento na temperatura, por exemplo, aumenta a atividade das moléculas na superfície e, conseqüentemente, aumenta a velocidade com que voam.
O movimento térmico de uma molécula supera a tensão superficial do líquido e ela evapora, ou seja, sua energia cinética excede a função de trabalho de coesão na superfície.
Quando a temperatura é mantida no novo ponto por um curto período de tempo, um novo equilíbrio é logo estabelecido.
A pressão exercida pelo vapor de um líquido em um espaço confinado é chamada de pressão de vapor. É diferente para substâncias diferentes em qualquer temperatura, mas cada substância tem uma pressão de vapor específica para cada temperatura. Em seu ponto de ebulição, a pressão de vapor de um líquido é igual à pressão atmosférica. Por exemplo, a pressão de vapor da água, medida em termos da altura do mercúrio em um barômetro, é 4,58 mm a 0 ° C e 760 mm a 100 ° C (seu ponto de ebulição).
O movimento térmico de uma molécula supera a tensão superficial do líquido e ela evapora, ou seja, sua energia cinética excede a função de trabalho de coesão na superfície.
Quando a temperatura é mantida no novo ponto por um curto período de tempo, um novo equilíbrio é logo estabelecido.
A pressão exercida pelo vapor de um líquido em um espaço confinado é chamada de pressão de vapor. É diferente para substâncias diferentes em qualquer temperatura, mas cada substância tem uma pressão de vapor específica para cada temperatura. Em seu ponto de ebulição, a pressão de vapor de um líquido é igual à pressão atmosférica. Por exemplo, a pressão de vapor da água, medida em termos da altura do mercúrio em um barômetro, é 4,58 mm a 0 ° C e 760 mm a 100 ° C (seu ponto de ebulição).
Os fatores que influenciam a evaporação são:
- Concentração da substância evaporando no ar. Se o ar já possui uma alta concentração da substância evaporando, então a substância determinada irá evaporar mais lentamente.
- Concentração de outras substâncias no ar. Se o ar já estiver saturado com outras substâncias, ele pode ter uma menor capacidade de evaporação da substância.
- Temperatura da substância. Se a substância estiver mais quente, a evaporação será mais rápida.
- Taxa de fluxo de ar. Isso está em parte relacionado aos pontos de concentração acima. Se o ar fresco está se movendo sobre a substância o tempo todo, então a concentração da substância no ar tem menos probabilidade de aumentar com o tempo, encorajando assim uma evaporação mais rápida. Além disso, as moléculas em movimento têm mais energia do que as em repouso e, portanto, quanto mais forte for o fluxo de ar, maior será o poder de evaporação das moléculas de ar.
- Forças intermoleculares. Quanto mais fortes são as forças que mantêm as moléculas juntas no líquido ou no estado sólido, mais energia deve ser fornecida para evaporá-las.
Evaporadores
As unidades de evaporação (ou evaporadores) usam o princípio de evaporação para o tratamento de água de processo, água residual e resíduos à base de água. O líquido típico tratado é um resíduo aquoso com poluentes orgânicos e inorgânicos com uma concentração não superior a 100 g / L.Diferentes tipos de evaporadores podem enfrentar diferentes problemas de tratamento de água com diferentes desempenhos.
A capacidade produtiva varia de 0,15 a 60 toneladas / dia e todos os modelos podem concentrar o efluente como fluido bombeável, atingindo facilmente um concentrado com 30% de TDS, com baixo consumo de energia.
Os evaporadores também podem tratar líquidos pré-concentrados ou incrustantes, ou ácidos concentrados e líquidos extremamente corrosivos. Utilizam bomba de calor, água quente ou vapor, ou Recompressão Mecânica por Vapor (MVR), com circulação natural ou forçada.
Alguns exemplos de aplicações de evaporador dizem respeito à separação de água de:
- banhos galvânicos diluídos para recuperar substâncias e ingredientes ativos
- emulsões de óleo para recuperar óleo
- banhos desengordurantes ricos em sabão e detergentes
- banhos de ácido concentrado ou soluções altamente corrosivas
- banhos reveladores fotográficos
- soluções salinas concentradas
- lixiviado de aterro e gotejamentos do armazenamento e descarte de resíduos
- águas do porão
- águas de enxágue contendo tintas esgotadas/li>
- intermediários de síntese e águas residuais da indústria química, cosmética e farmacêutica
Exemplos de aplicação
Descarga zero na produção de policloreto de alumínio
Motivada pelas autoridades ambientais e pelos maiores custos de destinação, uma empresa espanhola, localizada em uma área industrial não muito longe de Barcelona, desenvolveu em 2001 uma planta (ver Fig. 1) projetada para tratar os eluatos ácidos das resinas usadas para processar as águas residuais de sua linha de produção.O objetivo da planta era recuperar o alumínio dissolvido na água residual proveniente de chapas de impressão em offset.
O evaporador fornecido foi um evaporador a vácuo com bomba de calor com fluido intermediário: o material em contato com o resíduo concentrado e condensado é aço revestido com PTFE e a troca de calor é realizada em dois trocadores PVDF e carbeto de silício.
Um ano após o start-up, os resultados analíticos confirmaram as expectativas iniciais do produto final - uma solução de densidade constante exigida pelo mercado de produtos químicos para tratamento de água. A reciclagem do destilado para a produção dos banhos de regeneração permitiu ter permissão local para a expansão da produção desde que foi obtida descarga zero.
No passado, a empresa descartava resíduos constituídos por uma solução de HCl e AlCl3 com alto custo anual e problemas significativos de armazenamento.
Atualmente, este item de custo foi eliminado e, junto com os limitados custos de gerenciamento da fábrica, consegue vender o produto concentrado de forma estável, garantindo uma receita anual.
Tratamento por evaporação a vácuo de águas residuais do processo de gravação
No processo de rotogravura, os elementos de impressão são gravados em forma de ranhura em um cilindro. Em seguida, o cilindro é imerso na tinta, que preenche o desenho gravado, para posteriormente transferir o desenho diretamente para o papel.O cilindro geralmente possui núcleo de ferro e, antes da gravação, é niquelado, eletroliticamente revestido com cobre e retificado. Em seguida, o cilindro é submetido à gravação e ao cromagem antes de ser colocado na prensa rotativa. A gravação ocorre ao expor a superfície do cilindro, sobre a qual foi espalhada uma gelatina fotossensível, a um feixe de laser. O laser queima a gelatina e cria uma ranhura, que será então submetida à ação corrosiva de uma solução de percloreto férrico.
É a fase mais importante do processo. Assim que termina, o cilindro é lavado, a fim de remover os vestígios de percloreto férrico e do excesso de gelatina, seco e cromado.
As águas residuais produzidas nesse processo são divididas em quatro correntes: águas de enxágue da niquelagem, da cobre, da gravura e da cromo. Todas essas águas residuais são soluções aquosas com pH ácido, DQO superior a 8.000 ppm e alto teor de metais pesados (níquel, cromo, cobre e de outras espécies químicas como cloretos e sulfatos).
Em particular, as águas de gravura têm um COD superior a 1500 ppm, um pH ácido inferior a 1,5, um alto teor de ferro e cloretos e uma condutividade superior a 80000 µS / cm, índice de alta salinidade. A concentração de ferro e cloretos, proveniente do percloreto férrico, utilizada na gravação é crítica para este tipo de efluente.
A alta concentração de metais pesados e, principalmente, o alto teor de cloretos têm feito com que as técnicas tradicionais de antipoluição não tenham sucesso.
No processo de tratamento, os quatro riachos são armazenados em um tanque para homogeneização.
Em seguida, as águas residuárias são submetidas a um ajuste de pH, com adição de soda cáustica 30%, a fim de neutralizar parte da acidez e atingir o pH de 5,5.
A evaporação ocorre por meio de dois evaporadores de vácuo com bomba de calor.
Esses evaporadores produzem duas correntes: um destilado, de produção contínua, e um concentrado, descarregado automaticamente de forma descontínua.
O rendimento da destilação é de cerca de 90%. O destilado é reciclado no processo.
O concentrado, que é armazenado em tanque próprio, é descartado de acordo com as normas em vigor.
A planta tem capacidade para tratar 4.200 m3 / ano de águas residuais.
Confira também nosso infrared evaporator.
Sinta-se à vontade para entrar em contato com a Lenntech para obter mais informações sobre evaporators.
Origens: www.answers.com, www.wikipedia.com