Clasificacin de los Procesos de Destilacin Aunque existen

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Clasificación de los Procesos de Destilación Aunque existen diversos criterios para clasificar los diferentes

Clasificación de los Procesos de Destilación Aunque existen diversos criterios para clasificar los diferentes procesos de desalación, un modo útil y claro de clasificarlos es dividirlos en dos grupos: 1) procesos que implican un cambio de fase en el agua. 2) procesos que funcionan sin cambio de fases. Entre los procesos que implican un cambio de fases están los siguientes: Destilación simple , Destilación en Múltiple Efecto, Flashing en Múltiple Efecto, Congelación y Compresión de vapor. Los procesos que no realizan un cambio de fases incluyen: Osmosis Inversa y Electrodialisis, etc.

Consumo energético en Destilación 1. El consumo energético de los procesos que usan energía

Consumo energético en Destilación 1. El consumo energético de los procesos que usan energía térmica se da mediante un parámetro llamado "Factor de Rendimiento (FR) o Relación de Economía (RE)", que nos da la cantidad de agua pura producida (en Kg) por cada 2. 300 KJ (la energía requerida para evaporar un Kg de agua en condiciones normales de presión y temperatura) de energía térmica consumida. Por lo tanto, puede decirse que el proceso será tanto más eficiente cuanto mayor sea su FR o RE. 2. 3. 2. Para los procesos que requieren energía mecánica, el consumo energético se da en términos del número de k. Wh consumidos por cada Kg de agua producida. Por lo tanto, el proceso será tanto más eficiente cuanto menor sea su consumo específico (Kwh/m 3 de agua producida).

Destilación. Consideraciones 1. La destilación como proceso de desalación es efectiva porque la mayoría

Destilación. Consideraciones 1. La destilación como proceso de desalación es efectiva porque la mayoría de las especies químicas que se encuentran en las aguas saladas son no volátiles a las temperaturas habitualmente empleadas, y por tanto permanecen en la salmuera no evaporada. 2. Habría que aclarar en el aspecto terminológico, que el término destilación no se emplea aquí en el sentido habitual en ingeniería química, de separación de dos o mas líquidos volátiles que son mutuamente solubles. 3. Para la separación del agua de una solución acuosa con componentes no volátiles se suele emplear el término evaporación en ingeniería química. 4. Sin embargo, en desalación a esta operación se le denomina habitualmente destilación.

Destilación simple (simple efecto) El proceso de destilación simple implica tres pasos discretos para

Destilación simple (simple efecto) El proceso de destilación simple implica tres pasos discretos para alcanzar el objetivo: 1. formación de vapor debido a la adición de calor a una masa de agua salada. 2. separación de este vapor del contacto con el líquido del que proviene 3. condensación del vapor eliminación de calor, normalmente por 4. contacto con una superficie fría

Esquema del proceso de destilación simple Vapor EVAPORADOR CONDENSADOR Caja de agua Entrada de

Esquema del proceso de destilación simple Vapor EVAPORADOR CONDENSADOR Caja de agua Entrada de vapor de calefaccion Tubos Carcasa Salida de condensado Salida de destilado Salida de salmuera Entrada de agua Agua de mar caliente Salida de agua de refrigeracion de mar

Esquema del proceso de destilación simple Aparecen dos cámaras, un evaporador en el que

Esquema del proceso de destilación simple Aparecen dos cámaras, un evaporador en el que se forma vapor a partir del agua de mar caliente, y un condensador para condensar el vapor a destilado. Cada cámara consiste en un haz de tubos envuelto en una carcasa o virola, con cajas de agua a los extremos de los tubos para permitir la conducción de fluidos hacia y desde aquellos. El vapor se forma en los tubos del evaporador, debido a la condensación del vapor de una fuente externa en las paredes exteriores de los tubos (denominado lado carcasa).

Esquema del proceso de destilación simple EVAPORADOR CONDENSADOR Vapor Caja de agua Entrada de

Esquema del proceso de destilación simple EVAPORADOR CONDENSADOR Vapor Caja de agua Entrada de vapor de calefaccion Tubos Carcasa Salida de destilado Salida de condensado Salida de salmuera Entrada de agua de mar Salida de agua de refrigeracion SECCION DE UN EVAPORADOR SIMPLE El vapor sale del evaporador y entra al lado carcasa del condensador, donde se licúa en contacto con la superficie fría de los tubos del condensador, y se descarga como destilado. Por el interior de los tubos del condensador circula agua fría para absorber el calor de la condensación, y por tanto este agua se calienta. Al salir del condensador, esta cantidad de agua ligeramente caliente se divide en dos corrientes, una parte va a los tubos del evaporador y el resto se descarga como rechazo de calor.

Esquema del proceso de destilación simple Consideraciones del proceso 1. Debe tenerse en cuenta

Esquema del proceso de destilación simple Consideraciones del proceso 1. Debe tenerse en cuenta que el agua descargada para rechazo de calor debe ser suficiente en cantidad y nivel de temperatura (en relación al de entrada), para llevarse todo el calor que fue previamente aportado por la condensación del vapor externo. 2. El caudal que circula al evaporador debe ser igual a la suma de vapor producido mas la salmuera que se descarga como rechazo. 3. A su vez la cantidad de salmuera rechazada debe estar en función del objetivo de evitar la acumulación de sales disueltas por encima de un determinado valor. 4. Para que el dispositivo mostrado en la figura funcione, y para que efectivamente se transfiera calor desde el vapor condensando en el exterior de los tubos del evaporador al agua del interior, la temperatura del vapor exterior debe ser mayor que la temperatura de ebullición del agua dentro de los tubos. 5. Debido a la relación entre el punto de ebullición y la presión del agua, se deduce que la presión dentro de los tubos debe ser menor que en el lado carcasa, y que el calor de evaporación del agua interior debe ser mayor que el calor de condensación del vapor exterior, que esta a mas temperatura y presión. 6. Como consecuencia de esta diferencia en el calor de cambio de fase, la condensación de cada kg de vapor externo proporcionará menos de un kg de vapor en este proceso simple.

Destilación multiefecto Si se disponen varios evaporadores en serie, se puede aumentar la cantidad

Destilación multiefecto Si se disponen varios evaporadores en serie, se puede aumentar la cantidad de vapor producida por una cantidad inicial de vapor externo, siempre que la presión en los lados de evaporador de las cámaras sucesivas se mantenga decreciente para asegurar el flujo de calor. Primer efecto Segundo efecto Tercer efecto Condensador Vapor Entrada vapor A bomba de vacio Salida condensado Salida de destilado Salida salmuera Entrada de agua mar Salida de agua de refrigeracion SECCION DE UNA PLANTA DE DESTILACION DE TRIPLE EFECTO

Destilación Multiefecto Primer efecto Segundo efecto Tercer efecto Condensador Vapor Entrada vapor A bomba

Destilación Multiefecto Primer efecto Segundo efecto Tercer efecto Condensador Vapor Entrada vapor A bomba de vacio Salida condensado Salida de destilado Salida salmuera Entrada de agua mar Salida de agua de refrigeracion SECCION DE UNA PLANTA DE DESTILACION DE TRIPLE EFECTO El primer evaporador, como en el simple efecto, recibe calor de una fuente externa de vapor, con la única condición de que la temperatura del vapor en el lado carcasa sea mayor que la temperatura de ebullición en los tubos del evaporador. El vapor producido en los tubos del primer evaporador se condensa en el lado de carcasa de los tubos del segundo evaporador, proporcionando de esa manera el calor para la evaporación, de parte del agua que esta en el interior de los tubos. Para que se produzca este flujo de calor desde el vapor condensante hacia el agua dentro de los tubos, es necesario que esta última este mas fría que el vapor. El vapor formado tendrá la misma temperatura del agua, de forma que el vapor en este segundo efecto tendrá una temperatura y presión menor que los del primero.

Destilación Multiefecto El vapor formado en el segundo efecto condensa sobre los tubos del

Destilación Multiefecto El vapor formado en el segundo efecto condensa sobre los tubos del tercero, produciéndose un tercer incremento de la cantidad de vapor que condensa sobre el lado de carcasa del condensador. En tanto que la condensación de cada kg de vapor da como resultado ligeramente menos de 1 kg de vapor (y luego de condensado), esta claro que la condensación de 1 kg de vapor en el primer evaporador producirá algo menos de 3 kg de agua en el momento en que el último vapor sea licuado en el condensador. Esta multiplicación del efecto de condensación en los sucesivos evaporadores es lo que lleva a la designación de este proceso como destilación "multiefecto". Primer efecto Segundo efecto Tercer efecto Condensador Vapor Entrada vapor A bomba de vacio Salida condensado Salida de destilado Salida salmuera Entrada de agua mar Salida de agua de refrigeracion SECCION DE UNA PLANTA DE DESTILACION DE TRIPLE EFECTO

Destilación Multiefecto El diagrama no muestra todo el equipo auxiliar necesario para operar este

Destilación Multiefecto El diagrama no muestra todo el equipo auxiliar necesario para operar este tipo de evaporador. Hay una bomba de vacío conectada al condensador, y su función es doble, ya que por una parte elimina aire (gases no condensables) del sistema, y por otro lado produce un gradiente de presión en la planta, de forma que el vapor y la salmuera se muevan de un efecto a otro. En una planta real probablemente habrían conexiones a la bomba de vacío en uno o mas efectos, donde pudiera desprenderse aire de la salmuera. También por causa del vacío, se requieren bombas para descargar el destilado y la salmuera del sistema. Primer efecto Segundo efecto Tercer efecto Condensador Vapor Entrada vapor A bomba de vacio Salida condensado Salida de destilado Salida salmuera Entrada de agua mar Salida de agua de refrigeracion SECCION DE UNA PLANTA DE DESTILACION DE TRIPLE EFECTO

Destilación Flash Fundamentos y Diseño de Plantas Otro método de llevar a efecto la

Destilación Flash Fundamentos y Diseño de Plantas Otro método de llevar a efecto la economía en destilación es por medio de las plantas de destilación flash (destilación súbita). La evaporación flash es la producción de vapor una repentina reducción de presión en un líquido caliente, que inicialmente esta cerca de su temperatura de ebullición. Al reducirse la presión, se reduce la temperatura, con lo cual se reduce el calor sensible en el líquido y se dispone de calor para la producción de una pequeña cantidad de vapor. Las plantas de destilación flash, utilizando este principio, se diseñan de forma que el agua de mar de alimentación se caliente en todo el rango de temperatura en condiciones de presión que impidan la formación de vapor durante el calentamiento. Cuando se ha alcanzado la máxima temperatura prevista, se reduce la presión del líquido en un cierto número de etapas. En cada etapa la reducción de presión va acompañada de una producción de vapor ebullición flash. El condensado de todas estas pequeñas producciones es la capacidad global de la planta.

Proceso de Destilación de Multietapa Flash (MSF) Fundamento: La evaporación súbita (flash) esta en

Proceso de Destilación de Multietapa Flash (MSF) Fundamento: La evaporación súbita (flash) esta en el hecho de que un líquido que se ve repentinamente expuesto a una presión menor que la de la saturación correspondiente a su temperatura, evapora parcialmente de forma que el calor de evaporación necesario lo toma del resto del líquido que se enfría En cada etapa se produce la evaporación súbita de parte del agua, que arrastra gotas de humedad. Estas se separan en una malla y el vapor condensa en el exterior del haz de tubos. Agua de mar para refrigeración Cámara Flash que tiene una presión menor que la de saturación de la salmuera Placa superior Tubos Separador de gotas Destilado Salmuera de alimentación caliente Teb. Etapa 2 Placa inferior Etapa 1 Salmuera de rechazo a la siguiente etapa

Esquema simple de Flash Suministro de vapor externo a baja presión Agua de mar

Esquema simple de Flash Suministro de vapor externo a baja presión Agua de mar Destilado Salmuera Calentador de salmuera El agua de alimentación se precalienta en un condensador y va al calentador de salmuera , de forma que a la salida de la misma se encuentra a la temperatura máxima admisible bajo condiciones de presión que no permitan la formación de vapor (ebullición) en los tubos que la llevan a la cámara. .

Esquema simple de Flash Suministro de vapor externo a baja presión Agua de mar

Esquema simple de Flash Suministro de vapor externo a baja presión Agua de mar Destilado Salmuera Calentador de salmuera Al entrar en la cámara de flashing, se encuentra con una presión de vacío menor que se mantiene con un eyector y una parte de la salmuera se evapora y los vapores producidos pasan por una malla (demister) y condensan en la superficie de los tubos del condensador y el resto de salmuera no evaporada pasa a la siguiente etapa.

Destilación y Flashing en Múltiple Efecto • La destilación y el flashing en múltiple

Destilación y Flashing en Múltiple Efecto • La destilación y el flashing en múltiple efecto se conocen internacionalmente con las siglas MED (Multi Effect Distillation) y MSF (Multi Stage Flash). • En ambos procesos, a partir del agua salada se obtiene agua destilada de una gran pureza. • Mediante la destilación se logra reducir la salinidad típica del agua hasta una diezmilésima parte. • Así, mientras la salinidad del agua de mar es de 35. 000 ppm, la del destilado es del orden de 4 ppm o inferior.

 Planta de Desalinización por Evaporación Instantánea o Repentina (MSF)

Planta de Desalinización por Evaporación Instantánea o Repentina (MSF)

Breve historia del proceso MSF q Evaporación instantánea utilizados a comienzos del siglo pasado

Breve historia del proceso MSF q Evaporación instantánea utilizados a comienzos del siglo pasado q Sus orígenes se remontan para la obtención de sal a partir de salmueras q. Patente del proceso MSF: Silver y Frankel q Planta que emplea la evaporación instantánea en la que el nº de etapas es mayor que 2 veces la relación de funcionamiento. (En la práctica suele ser del orden de 3 veces) q El dominio del MSF fue total a partir de 1977

Breve historia del proceso MSF q Cuando la salmuera caliente se introduce en una

Breve historia del proceso MSF q Cuando la salmuera caliente se introduce en una cámara flash (que se encuentra a una presión menor que la que le corresponde a la de la saturación de salmuera), la temperatura de ebullición disminuye proporcionalmente y su calor sensible que se aprovecha para producir vapor. q Se aceptaba la formación de incrustaciones o precipitaciones en los evaporadores, aún a pesar de darle un apropiado pretratamiento.

Principales características en MSF Según el flujo - MSF un solo sentido - MSF

Principales características en MSF Según el flujo - MSF un solo sentido - MSF con recirculación Pretratamiento - Polifosfatos - Ácido - Aditivos de alta temperatura Configuración de los tubos en el condensador - Cruzados - Longitudinales - Verticales Cortesía de EMALSA

Secciones y equipos en una planta MSF 1. Pretratamiento 2. Evaporador multietapa (secciones de

Secciones y equipos en una planta MSF 1. Pretratamiento 2. Evaporador multietapa (secciones de recuperación y rechazo de calor) 3. Recalentador de salmuera (intercambiador de calor) 4. Eyectores de vacío

Descripción de un planta MSF • La evaporación tiene lugar en una serie de

Descripción de un planta MSF • La evaporación tiene lugar en una serie de cámaras que se mantienen en el vacío. • 20 a 30 etapas, divididas en dos secciones, rechazo y recuperación (mayor nº de etapas) • El proceso se inicia con el precalentamiento del agua de mar que sirve de alimentación a la sección de rechazo de calor (la salmuera se enfría). Una parte del agua de mar sirve para refrigerar y otra caliente se devuelve al mar. El resto se mezcla en la última etapa con la salmuera de recirculación y sirve a su vez de refrigerante en la sección de recuperación de calor. • La salmuera llega a la primera etapa con la máxima temperatura (90 -120 ºC) mediante vapor externo, de forma que la salmuera en la 1ª etapa sufre el flash y condensa en los tubos superiores. • El resto de salmuera no evaporada pasa a la segunda etapa y se repite la secuencia.

Pretratamiento Recalentador de salmuera Eyector de venteo Evaporador de N etapas A. mar Vapor

Pretratamiento Recalentador de salmuera Eyector de venteo Evaporador de N etapas A. mar Vapor salmuera 1ª etapa N etapa T máxima T mínima Sección de recuperación de calor Destilado Sección de rechazo de calor Condensado Bomba de recirculación Rechazo Diagrama de flujo de una planta multietapa MSF (con recirculación)

Ventajas y desventajas del proceso • El agua de alimentación requerida es del orden

Ventajas y desventajas del proceso • El agua de alimentación requerida es del orden de 3 -4 veces la del producto. • Facilidad de mantener el vacío, dado que aparecen menos GNC • Menor problemas de corrosión • Mayor transmisión efectiva de calor en las cámaras de flashing • Posibilidad de operar entre 60 y 80 % de la capacidad de diseño • Mayor concentración de salmuera y aumenta el peligro de incrustaciones

Influencia del pretratamiento en el rango del flashing Para incrementar el rango de temperatura

Influencia del pretratamiento en el rango del flashing Para incrementar el rango de temperatura de flashing se plantean dos métodos 1. Disminuir la temperatura inferior, que viene prefijada de forma natural (la que corresponda al agua de mar) 2. Elevar la temperatura máxima, sin que ello genere mayores precipitaciones, sobre todo de sulfato cálcio, carbonatos cálcicos e hidróxidos magnésicos. - Pretratamiento químico: Polifosfatos (90 ºC) Ácidos (120ºC)

Ver transparencias de disposición de los tubos

Ver transparencias de disposición de los tubos

MSF un solo sentido • Son plantas que no recirculan una parte de la

MSF un solo sentido • Son plantas que no recirculan una parte de la salmuera. • El agua de mar se bombea hasta la última etapa del evaporador pasando por todos los tubos del condensador de todas las etapas hasta llegar al calentador de salmuera. • No son muy usadas pero son fáciles de operar porque no existe el problemas de incrustaciones, ya que no se recircula salmuera. • Requiere grandes cantidades de agua de mar Agua de mar Salmuera Recalentador de salmuera Destilado

MSF un solo sentido • Baja potencia de bombeo y no se requiere bomba

MSF un solo sentido • Baja potencia de bombeo y no se requiere bomba de recirculación • Gran cantidad de gases no condensables librados durante el flashing • Reducción en los coeficientes de transferencia de calor por interferencia de los gases • Alta corrosión por los gases liberados • Necesidad de un eyector de gran capacidad Agua de mar Salmuera Recalentador de salmuera Destilado

Principales parámetros de operación en MSF Þ MSF es insensible a la salinidad de

Principales parámetros de operación en MSF Þ MSF es insensible a la salinidad de la alimentación Þ Requerimientos energéticos constante para cualquier TDS Þ 2 rangos de temperatura máxima de salmuera (90 y 120 ºC) Þ Pretratamiento con ácido y anti-incrustantes Þ Evaporación súbita en condiciones de vacío Þ 2 bar (120 ºC) 0, 71 bar (90 ºC) Þ Limitación de la conversión: 50 % Þ Consumo de vapor alto Þ R. E. De 8 -10; 10 -11 kg agua/kg vapor Þ Problemas de materiales Þ Sistema adecuado para agua de mar y no para salobres Þ Requiere vapor de baja presión, normalmente de una turbina Þ Plantas duales

Parámetros de diseño Relación de economía (relación de producción) RE Parámetro que se utiliza

Parámetros de diseño Relación de economía (relación de producción) RE Parámetro que se utiliza en las plantas de Destilación que utilizan vapor como fuente de energía. Definición: Es el número de kilogramos de agua obtenidos por cada 2330 k. J de energía aportados en el vapor, que corresponden a la entalpía de condensación a unos 70 ºC. Expresión: RE= mp / (q/hfg) donde q = carga térmica del recalentador de salmuera, hfg = calor de condensación. Expresión simplificada: kg de agua producidos por kilogramo de vaportado. RE = kg de agua producto/kg de vapor motriz. En otros sistemas de Desalación, que utilizan la E. E. , el consumo se mide en unidades de energía por unidad de agua producida. ( k. Wh/m 3) Comparación de consumos. Exergía o Energía útil = h – Tos (k. J/kg)

Perfil de temperatura en el proceso MSF Etapas de recuperación Tm de calor Rechazo

Perfil de temperatura en el proceso MSF Etapas de recuperación Tm de calor Rechazo de agua de mar Etapas de rechazo Ta de calor Agua de mar T 1 Tn Tn Tm T 1 Ta

Análisis Termodinámico en el proceso MSF el rango total de temperaturas es: la caída

Análisis Termodinámico en el proceso MSF el rango total de temperaturas es: la caída unitaria de temperatura, en cada etapa es la cantidad de vapor producido en la etapa superior (n) se dtermina sobre un balance de energía: despejando simplificando y es la fracción de vapor sobre el caudal de recirculación El caudal de salmuera que entra a la etapa (n‑ 1) es igual a el destilado producido en (n‑ 1) es la suma del destilado en (n)+(n‑ 1) es igual a

Relación de recirculación en MSF la suma del destilado en (n)+(n‑ 1) es igual

Relación de recirculación en MSF la suma del destilado en (n)+(n‑ 1) es igual a la salmuera que entra a la etapa (n‑ 2) es el destilado producido en (n‑ 2) es la suma de destilado en las etapas (n)+(n‑ 1)+(n‑ 2) es luego la suma de destilado en un número (s) de etapas será : En el total de (n) etapas tenemos: lo que nos define el caudal de reciclado necesario para obtener una determinada producción. Simplificación válida: el valor de y es del orden de 4. 18 x 90/20/2500 = 0. 007 (valor pequeño) y n>10 etapas normalmente.

Relación de economía en MSF La aportación total de calor en el calentador de

Relación de economía en MSF La aportación total de calor en el calentador de salmuera es y la aportación de calor por unidad de producto es La relación de economía es un parámetro fundamental en destilación, y es igual a El segundo término de esta última ecuación es bajo, de forma que RE es aproximadamente proporcional al rango de evaporación.

Secciones de recuperación de calor y rechazo en MSF El calor que debe ser

Secciones de recuperación de calor y rechazo en MSF El calor que debe ser rechazado en la sección correspondiente (de nj etapas) es igual al introducido en el calentador de salmuera. El calor eliminado en las corrientes de producto y de salmuera (la suma de mp y ms es igual a ma) es el calor eliminado en sección de rechazo es que debe ser igual a igualando las dos ecuaciones anteriores En primera aproximación, y salvo una corrección menor, la relación de números de etapas es igual a la RE La economía es aproximadamente igual al número total de etapas partido el número de etapas de rechazo.

Estudio de casos MSF • MSF: mayor capacidad instalada • Kuwait(1960) 2 uds. 4.

Estudio de casos MSF • MSF: mayor capacidad instalada • Kuwait(1960) 2 uds. 4. 540 m 3/día. (19 etapas/ud. R. E= 5, 7) • Mayor del mundo, Doha West (Kuwait) de 392. 400 m 3/día (12 ud de 32. 700 m 3/día) • Las Palmas I y Las Palmas II • 4 x 5. 000 m 3/día y 2 x 9. 000 m 3/día • R. E de 5, 8 y 9, 1, respectivamente • Nº de etapas: 22 y 26. • Temperatura: 90 y 120 ºC • Pretratamiento: polifosfatos y ácido