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Evaporación, cristalización, espesamiento térmico y secado de líquidos en un solo aparato

Aislamiento de sustancias valiosas a partir de un líquido

 

En muchos casos, el sólido restante es el material valioso que se desea aislar mediante evaporación y secado al vacío. A veces es al revés: El medio de vaporización es entonces la sustancia valiosa, que se condensa en un líquido por enfriamiento.

El secado térmico en un secador mixto al vacío sólo suele ser económicamente viable si el material a secar ha sido previamente deshumidificado mecánicamente. Para la deshumidificación mecánica se utilizan, por ejemplo, tuercas de filtración, filtros prensa de cámara, filtros de membrana al vacío o centrifugadoras. Algunos líquidos son a la vez una solución y una suspensión. No pueden deshumidificarse mecánicamente y deben espesarse por evaporación.

 

A veces el agitador del vaporizador causa problemas

Los evaporadores discontinuos son recipientes calentables y estancos al vacío. Opcionalmente, pueden complementarse con accesorios calefactados. Se instala un agitador de líquidos para un suministro de calor más eficaz. Estos agitadores de líquidos mejoran el intercambio de material y calor. Sin embargo, su eficacia de mezcla disminuye a medida que aumenta la viscosidad del líquido. En algunos casos, el líquido puede incluso volverse viscoso y pegajoso, o el producto puede adoptar un comportamiento de flujo similar al del chicle o la arena húmeda. Esto puede bloquear y dañar un agitador de líquidos. amixon® ha desarrollado herramientas de mezcla especiales SinConvex® y SinConcave® Helix para agitar/mezclar estas dispersiones poco fluidas.

Las herramientas de mezcla amixon® son igualmente adecuadas para sólidos y líquidos. Los secadores mezcladores al vacío amixon® también pueden mezclar, vaporizar, espesar y secar suspensiones/líquidos viscoplásticos.

Secador/evaporador mezclador de vacío amixon® cilíndrico

Secador/evaporador mezclador de vacío amixon® cilíndrico con 10 m³ de volumen útil

Ventaja de costes: Tres procesos en un solo dispositivo amixon®

El tratamiento de sustanciastóxicas o caras requiere soluciones de contención para garantizar que las sustancias no puedan escapar del sistema. Cuanto más pequeño y compacto sea el sistema, mejor. También es ventajoso que el mayor número posible de pasos del proceso puedan llevarse a cabo en un solo sistema. Este sistema polivalente también es ventajoso, por ejemplo, si las sustancias son muy corrosivas o abrasivascuando están húmedas. En ambos casos, el objetivo es realizar el mayor número posible de pasos del proceso en un sistema cerrado y compacto.

En ese caso, tiene sentido utilizar una secadora mezcladora de vacío tanto para la evaporación como para el secado. Para que un proceso de evaporación funcione de forma económica, se necesitan los valores de presión de vapor. Éstas dependen de la temperatura y de la curva de concentración.

Determinación de la presión de vapor

 

A continuación se determinan las presiones de vapor de un líquido complejo que contiene sales y sólidos finamente dispersos. El objetivo del proceso es aislar los sólidos y los componentes líquidos contenidos en una suspensión/solución compleja. Los componentes son: Agua, acetato de hierro, cloruro de calcio, permanganato de calcio, cromo, carbonato de sodio, cloruro de sodio, fluoruro de sodio, hidrógeno fosfato de sodio, hidróxido de sodio, nitrato de sodio, sulfato de sodio, dióxido de silicio, jabones metálicos, ...

 

El método del isoteniscopio

 

Es posible que en la actualidad ya existan sistemas automatizados para determinar la presión de vapor. No obstante, es interesante observar un montaje experimental. Aquí, la presión de vapor se determina utilizando un recipiente isoteniscópico. Este montaje experimental permite determinar con precisión las presiones de vapor incluso a presiones absolutas de sólo unos pocos mbar.

El líquido/suspensión a analizar se encuentra en el sifón y en el recipiente de muestras. El líquido sirve como medio de barrera. Tanto el sifón como el recipiente se encuentran en el recipiente de control de temperatura, que es fácilmente visible. Las válvulas (a) y (b) se utilizan para ajustar el vacío de modo que los dos minisumideros del sifón estén al mismo nivel. La presión del sistema ajustada de este modo es la presión de vapor respectiva del líquido. Los valores cambian cuando varía la temperatura de la suspensión. Los valores también cambian cuando varía la concentración de la suspensión.

1)Bomba de chorro de agua, 2) Botella Woulf'sche, 3) Válvula de mariposa a, 4) Válvula de mariposa b, 5) Manómetro, 6) Tubo sifón, 7) Recipiente de muestras, 8) Enfriador de tubos, 9) Termómetro, 10) Control de la temperatura del baño de agua.

Valores medidos en la prueba de evaporación

Valores medidos en la prueba de evaporación

Comparación entre el agua destilada y la suspensión

Los respectivos valores medidos se determinan calibrando los manómetros 1 y 2. Se instala una botella Woulff antes de la bomba de vacío para estabilizar el vacío aplicado. El serpentín de refrigeración situado sobre el recipiente del isoteniscopio se utiliza para recondensar el medio de sellado.

Cálculo de la curva de presión de vapor

La fórmula simplificada de Clausius Clapeyron describe la dependencia de la presión de vapor de un líquido con respecto a la temperatura como una ecuación de grados modificada. Para analizar gráficamente los experimentos se utilizó un diagrama adecuado, que ilustra claramente la fórmula de Clausius-Clapeyron. La temperatura en grados Kelvin se representa en las abscisas como valor recíproco (multiplicado por 1000). Si la presión se representa en forma logarítmica en la ordenada, las presiones de vapor de los líquidos aparecen como grados paralelos. El gradiente de los grados es una medida de la entalpía del líquido.

p: Presión de vapor T: temperatura absoluta Δvap * H: Entalpía de vaporización R: constante universal de los gases.

El diagrama permite hacer tres observaciones interesantes:

 

  1. ¿Cuántos líquidos diferentes contiene la suspensión? En este ejemplo, el curso relativamente recto de los puntos de medición muestra que la fase líquida de esta suspensión está formada por un solo líquido.
  2. ¿Qué tipo de líquido es? Dado que el gradiente de la línea recta es el mismo que el del agua, independientemente de la concentración, es muy probable que se trate de agua.
  3. ¿A qué concentración de sólidos se produce la transición de la evaporación al secado al vacío? Se puede observar cómo la presión de vapor disminuye a medida que aumenta la concentración de la suspensión. La suspensión al 12% ya se vaporiza a 70°C cuando la presión del sistema es de 295 mbar. Durante la vaporización, la presión debe reducirse a 144 mbar. La evaporación termina en torno al 80 u 85% del contenido de sólidos en masa. A continuación, comienza el secado de la dispersión sólida húmeda.

En este caso, la energía de evaporación que debe aplicarse es fácil de determinar. La cantidad de calor que hay que suministrar es similar al calor de vaporización del agua a 70°C. Also etwa 2333 kJ/kg. Esto ignora inicialmente el hecho de que el calor se pierde por radiación.

 

Evaporación, espesamiento, secado mixto al vacío de gran eficacia

Tanto los evaporadores discontinuos como los secadores mixtos de vacío son muy eficaces cuando funcionan con niveles de llenado elevados. En este caso, el secador mezclador amixon® se llena repetidamente con la suspensión durante la evaporación tan pronto como el nivel desciende por debajo de un determinado nivel. Esto ocurre en muchos pasos o de forma continua. La concentración de sólidos sigue aumentando. Se trata, por tanto, de un proceso de vaporización continua. Sólo finaliza cuando se ha alcanzado el nivel máximo de llenado del aparato. El secado final de los sólidos también tiene lugar a un alto nivel de llenado.

Esto significa que la evaporación y el secado se realizan cómodamente en un único aparato compacto. El mismo aparato puede utilizarse también para enfriar el material seco. A continuación, el lote de sólidos se introduce en sacos, big bags o contenedores a granel.

El diseño de los componentes periféricos del sistema, como el filtro de vapor, el condensador, el generador de calor y el dimensionamiento del accionamiento del agitador/mezclador, se tratarán más adelante en otras entradas del blog.

Mezclador cónico amixon® secador al vacío

Foto del taller: Secador mezclador de vacío cónico amixon® con 30 m³ de volumen útil. La máquina se utiliza para evaporar, espesar y secar al vacío.

Pruebas Del laboratorio a la escala técnica

amixon® cuenta con más de 30 máquinas de ensayo en su centro técnico. Muchos de ellos son excelentes mezcladores/ evaporadores/ secadores de vacío. Le invitamos cordialmente. Venga a nuestro centro técnico con sus productos y pruebe los siguientes procesos:

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