Evaporador de placa de almohada de acero inoxidable en la producción de papel para licor negro

Información básica

El licor negro contiene una gran cantidad de compuestos inorgánicos. En el proceso de evaporación, estos compuestos inorgánicos alcanzan su límite de solubilidad y depositan incrustaciones en la superficie de transferencia de calor del evaporador, lo que limita en gran medida la capacidad del dispositivo de evaporación y de toda la estación de recuperación.

El licor negro de la bomba de papel suele tener entre 13 y 18% ts. La mayor parte del agua debe evaporarse para producir sólidos de altura suficiente para soportar una combustión eficiente en la caldera de recuperación, normalmente entre 65% y 80% ts.

En el proceso de evaporación para obtener este nivel de sólidos, los compuestos de azufre, el metanol y otros componentes volátiles se liberan del líquido, y deben separarse del condensado para su reutilización y desoxidación en la línea de fibra. Desde este punto de vista, el dispositivo de evaporación es en realidad la "planta de agua" de la fábrica.

La evaporación de efectos múltiples se utiliza ampliamente en la evaporación de licor negro. En el sistema de evaporación de efectos múltiples, cuanto mayor sea la eficiencia del evaporador, mejor será la economía, pero también aumenta el coste de la inversión. De acuerdo con los diferentes requisitos de evaporación, en la actualidad se utiliza ampliamente un sistema de evaporación de 5-7 efectos, que tiene una buena economía

DOS EQUIPOS DE EVAPORACIÓN

Dos tipos básicos de equipos de evaporación en servicio hoy en día para la evaporación de licor negro

Evaporadores de película ascendente

Conocido como evaporador vertical de tubo largo, este diseño ha dominado la industria durante décadas y sigue siendo una vista común en las operaciones de fábricas más antiguas.

Evaporadores de película descendente (FF)
Este diseño de evaporador se basa en placas y tubos como superficies de transferencia de calor. El licor se procesa en el interior de las unidades s intubulares, pero en el exterior de la superficie de transferencia de calor en los diseños de placas.

Los evaporadores constan de un depósito de licor del que se recircula continuamente un volumen definido de licor a la parte superior del elemento calefactor
Un dispositivo de distribución, normalmente una bandeja o una boquilla de pulverización en algunos diseños, distribuye entonces el flujo de licor sobre toda la superficie de calentamiento. Los orificios de las unidades tubulares o las ranuras de las unidades de placa están posicionados para permitir que el licor caiga sobre la placa tubular o las placas. La distribución uniforme del licor es una consideración crítica para este tipo de diseños y tanto la bandeja como la placa tubular (o elemento de placa) deben estar nivelados.
Después del dispositivo de distribución, se establece una fina película de licor en las superficies de calentamiento y fluye hacia abajo de nuevo al depósito de licor mientras se evapora parcialmente. Las tasas de transferencia de calor son considerablemente mejores, especialmente a concentraciones más altas, cuando se utilizan diseños de película descendente sobre diseños de película ascendente, ya que el licor cae turbulentamente sobre la superficie de calentamiento. Cualquier requisito de precalentamiento del licor también se logra eficientemente en el diseño de película descendente.

La planta debe transferir calor eficientemente para la evaporación de licor negro.

La composición compleja inherente del licor negro se traduce en varios requisitos de diseño interdependientes para los evaporadores:

Debe hacerlo evitando la formación de incrustaciones en las superficies de transferencia de calor.

La planta de evaporación también debe producir fracciones de condensado suficientemente limpias para satisfacer las necesidades de la fábrica de pasta y el área de recaustificación, reduciendo así en gran medida la ingesta de agua dulce de la fábrica.

Los componentes volátiles y los NCG deben eliminarse y acondicionarse para su eliminación segura mediante incineración.

Consumo del evaporador de re compresión mecánica de vapor MVR en comparación con el equipo de evaporación tradicional calculado evaporando 1T de agua

Acerca de los concentradores

Esto se refiere a una clase de diseños de evaporadores específicamente diseñados para abordar los dos problemas asociados con el procesamiento de licor negro a altas concentraciones:

1. Precipitación de componentes sobresaturados del licor

Generalmente, 50-55%TS, los sulfatos y carbonatos de sodio solubles en agua superan sus límites de solubilidad y comienzan a precipitar del licor negro que se evapora. La sal doble burkeita es la primera en precipitar en el proceso de concentración, mientras que el dicarbonato, otra sal doble de sodio, alcanza su límite de solubilidad más tarde, alrededor del 60%TS. El control de este proceso de precipitación es un problema de cristalización, y para lograr concentraciones más altas se requiere que el equipo de evaporación se diseñe como cristalizadores para permitir que estas sales se formen en el grueso del licor, y no como incrustaciones en las superficies de transferencia de calor.

2. Alta viscosidad del licor

Cuando aumenta la concentración, el comportamiento reológico del licor negro cambia de un fluido newtoniano a un fluido pseudo-plástico extremadamente viscoso. Estas altas viscosidades se traducen en una mala transferencia de calor en los concentradores (bajo número de Reynolds, por lo tanto, baja turbulencia), pero también representan un impedimento para el crecimiento de los cristales dentro del grueso del licor. Además, el almacenamiento del licor concentrado, especialmente si está muy por encima del 75%TS, puede tener que hacerse en un tanque presurizado para mantener la capacidad de bombear el licor a la caldera, así como los patrones de pulverización adecuados. Para abordar estos problemas de viscosidad, los concentradores de licor negro suelen funcionar a temperaturas sustancialmente elevadas y el control adecuado de la temperatura del licor en condiciones de funcionamiento variables se convierte en un parámetro crítico del diseño, ya que un mero aumento de 20 °F en la temperatura del licor puede traducirse en una reducción de la viscosidad del 50% en algunos casos.

El funcionamiento a temperaturas elevadas mejora la descomposición de los complejos calcio-orgánicos presentes en el licor y, como resultado, aumenta sustancialmente el riesgo de precipitación de carbonato cálcico en las superficies de transferencia de calor. La precipitación de otros compuestos insolubles en agua, como la sílice y las sales de oxalato si están presentes en el licor, también puede ocurrir a estas temperaturas más altas, lo que aumenta el riesgo de incrustaciones de las unidades concentradoras.

El tratamiento térmico del licor antes del concentrador puede reducir permanentemente la viscosidad del licor mediante el craqueo térmico de la lignina larga y otros compuestos orgánicos responsables de la viscosidad del licor. Dicho tratamiento suele tener lugar en un reactor continuo que funciona a alta presión y temperatura (por encima de 350°F). Se deben proporcionar más de 30 minutos de tiempo de residencia en el reactor para lograr la máxima reducción de la viscosidad.

Por naturaleza, los concentradores FF, donde la evaporación tiene lugar a partir de una película de licor dentro del elemento calefactor, dan como resultado altos niveles de sobresaturación que se desarrollan dentro del licor.Los concentradores de película descendente son realmente una adaptación para el servicio de sólidos altos del diseño de evaporador FF discutido anteriormente. Esto puede resultar en la formación incontrolada de incrustaciones debido a la nucleación excesiva de cristales en lugar del crecimiento suave de los cristales.

Algunos diseños de concentradores FF ni siquiera intentan controlar la formación de incrustaciones en las superficies de calentamiento, sino que proporcionan un medio para eliminar dichas incrustaciones más rápido de lo que se forman y antes de que puedan afectar negativamente a la capacidad o provocar obstrucciones. Los diseños de conmutación rápida, comúnmente utilizados con unidades de placa y elementos tubulares, se basan en esta estrategia moviendo continuamente múltiples cuerpos de concentrador (o cámaras dentro del mismo cuerpo) entre las posiciones de licor de producto y lavado.

Imagen detallada

Imagen de la instalación