Especializados en la producción y aplicación de compresores de vapor
Ventajas de la aplicación de la tecnología de evaporación MVR en la producción de manitol
Resumen: La aplicación a gran escala de la tecnología de lecho móvil simulado en la producción de manitol ha permitido aumentar el rendimiento del manitol a partir del azúcar de partida. Sin embargo, el uso intensivo de un agente desorbente —el agua— diluye la concentración del material, lo que convierte la evaporación y la concentración en una etapa especialmente crítica que determina el costo de producción del producto. Como un nuevo tipo de evaporador altamente eficiente y ahorrador de energía, el evaporador MVR (recompresión mecánica de vapor) recupera de manera efectiva el calor latente del vapor generado durante el proceso de evaporación, reduciendo así los costos operativos y aportando importantes beneficios en términos de ahorro energético y ventajas sociales.
El compresor centrífugo de vapor utilizado en el sistema MVR mencionado en el artículo fue desarrollado y fabricado por Liyang Turbovap Co., Ltd.
Palabras clave: recompresión de vapor; MVR; ahorro de energía
1. Descripción general del contexto
La tecnología de lecho móvil simulado, como técnica novedosa de separación, desempeña un papel fundamental en la producción de manitol. La glucosa se convierte en manosa al 30 % mediante isomerización química; la posterior separación mediante un lecho móvil simulado permite obtener manosa con una pureza del 90 %, que, tras su hidrogenación, produce manitol con una pureza del 90 %. Este proceso no solo aumenta el rendimiento del manitol a partir del azúcar de partida, sino que también reduce el número de etapas de cristalización. En el licor madre de cristalización, que contiene sorbitol a una concentración del 12 % en peso, el lecho móvil simulado posibilita la separación eficiente del manitol del sorbitol. Esto no solo disminuye el contenido de manitol en el licor madre hasta alcanzar los estándares de calidad comercial, sino que también incrementa de manera significativa el rendimiento global de manitol.
En la separación por lecho móvil simulado, se requiere una gran cantidad de eluyente —agua en la industria de los alcoholes de azúcar—. En consecuencia, la corriente alimentada que ha sido separada debe concentrarse nuevamente hasta alcanzar su concentración original. Incluso con evaporadores de cinco efectos de última generación equipados con bombas de calor, la evaporación de una tonelada de agua sigue consumiendo 0,19 toneladas de vapor, y la etapa de concentración posterior exige un aporte sustancial de vapor, lo que reduce los beneficios económicos de utilizar un lecho móvil simulado para aumentar el rendimiento.
Durante la operación, la línea de producción de manitol utiliza un evaporador multiefecto para concentrar la corriente de alimentación. El vapor fresco actúa como medio de calentamiento del primer efecto, mientras que la mayor parte del vapor secundario generado en esa etapa no se envía al condensador; en cambio, se reutiliza como fuente de calor para el segundo efecto. Al repetir este principio, aumenta el número de etapas de evaporación, lo que reduce el consumo de vapor vivo, y el líquido de alimentación se concentra progresivamente a medida que atraviesa cada efecto sucesivo. El vapor residual que sale del evaporador se enfría mediante agua circulante antes de ser evacuado, lo cual representa una pérdida significativa de calor en los sistemas de evaporación multiefecto.
2. Introducción al sistema MVR
El evaporador MVR (Recompresión Mecánica de Vapor), un nuevo tipo de equipo de evaporación altamente eficiente y ahorrador de energía, eleva la temperatura de su vapor secundario en 6 a 20 °C mediante un compresor de vapor y luego lo reinyecta como fuente de calor para el evaporador, sustituyendo así la mayor parte del vapor de alimentación. Esto reduce de manera significativa el consumo de vapor de alimentación, logrando así un ahorro energético considerable. Cuando la concentración de la solución azucarada es inferior al 50 %, la elevación del punto de ebullición se mantiene por debajo de 2 °C, cumpliendo los requisitos para la operación del MVR. El ahorro energético obtenido por un evaporador MVR es prácticamente equivalente a la reducción del consumo de vapor derivada de sustituir un evaporador de múltiples efectos por una unidad MVR, menos la energía eléctrica consumida por el propio MVR.
Un evaporador MVR suele constar de un precalentador, un evaporador de placas, un separador, un sistema de vacío, un sistema compresor, un sistema de control automático basado en PLC, bombas y un sistema de condensación. Antes de ingresar al evaporador, la solución azucarada que se va a concentrar se precalienta en un intercambiador de calor y luego fluye hacia el evaporador, donde intercambia calor con el vapor de calefacción para lograr la evaporación. Para separar el vapor del líquido, pueden seleccionarse distintos tipos de separadores según las características de la solución de alimentación; entre las opciones más comunes figuran los separadores centrífugos, los separadores por gravedad o separadores especialmente diseñados. El sistema de vacío mantiene el vacío requerido en todo el equipo, eliminando aire, gases no condensables y vapores arrastrados, a fin de garantizar condiciones estables de evaporación. El sistema compresor es el componente más crítico de un evaporador MVR, ya que comprime el vapor secundario para proporcionar la fuente de calor necesaria y aumentar su entalpía. El centro de control del MVR gestiona las operaciones automáticas —como la evaporación, la limpieza y la parada— regulando la velocidad de los motores y controlando válvulas, medidores de caudal, temperatura y presión. Las bombas del sistema MVR se utilizan principalmente para transportar tanto la solución de alimentación como el producto concentrado; el tipo de bomba adecuado se elige en función de las propiedades de la solución, siendo comúnmente empleadas bombas centrífugas, bombas de desplazamiento positivo y bombas de tornillo. A continuación se presenta una breve descripción de un evaporador con una capacidad de 5 t/h que nuestra empresa ha introducido recientemente.
2.1 Parámetros del proceso
Velocidad de alimentación: 7–7,5 m³/h
Tasa de descarga: 2,45–2,8 m³/h
Potencia del eje del compresor de vapor: 118 kW.
2.2 Características técnicas
2.2.1 Bajo consumo de vapor
El evaporador MVR se caracteriza por un bajo consumo de vapor. Nuestra empresa ha introducido un evaporador de placas de recompresión mecánica de vapor (MVR) con una capacidad de evaporación de 5 t/h; tras seis meses de operación, el consumo de vapor por tonelada de agua es prácticamente insignificante, notablemente inferior al de los evaporadores de cinco efectos más avanzados equipados con bombas de calor.
2.2.2 Bajo consumo de agua de refrigeración en circuito cerrado
Para un evaporador de triple efecto con una capacidad de evaporación de 5 t/h, el condensador requiere un caudal de agua de circulación de 150 t/h (temperatura de entrada ti ≤ 30 °C, temperatura de salida t0 ≥ 40 °C). En cambio, un evaporador MVR con la misma capacidad de evaporación necesita apenas una cuarta parte del agua de refrigeración circulante que requiere el evaporador de múltiples efectos.
2.2.3 Alto consumo de energía
Los compresores de vapor presentan potencias nominales relativamente elevadas, lo que se traduce en un alto consumo específico de energía eléctrica por tonelada de agua evaporada. Para un evaporador MVR con una capacidad de evaporación de 5 t/h, el motor está equipado con control mediante variador de frecuencia; incluyendo la bomba de condensado correspondiente, la bomba de alimentación y otros equipos auxiliares, el consumo de electricidad por tonelada de agua evaporada es de 33 kW·h.
2.2.4 Temperatura de evaporación más baja
En un evaporador de triple efecto, la temperatura de alimentación debe alcanzar 90 °C, mientras que el evaporador de primer efecto opera a 85 °C. Tanto la glucosa como el manitol son sensibles al calor; temperaturas excesivamente elevadas pueden dar lugar a numerosas reacciones secundarias y provocar el pardeamiento. En cambio, un evaporador MVR utiliza una evaporación al vacío de un solo efecto, manteniendo una temperatura de operación baja, por debajo de 70 °C, lo que minimiza la degradación térmica que causa coloración y reduce la ocurrencia de reacciones secundarias adicionales.
3. Análisis del desempeño económico de MVR
3.1 Costos operativos anuales
Según los parámetros de referencia del consumo energético local, un sistema MVR con una capacidad de evaporación de 5 t/h reduce los costos operativos en un 72,42 % en comparación con un evaporador de triple efecto de capacidad de procesamiento equivalente.
3.2 Impacto social
La operación de un sistema MVR con una capacidad de evaporación de 5 t/h puede reducir las emisiones anuales en 2.933,1 toneladas de CO2, 9.515,75 kg de SO2 y 8.284,3 kg de NOX en comparación con un evaporador de tres efectos.
4. Conclusiones y perspectivas futuras
Para evaporadores con la misma capacidad de 5 t/h, un evaporador MVR puede reducir los costos operativos anuales en más de 2 millones de RMB por unidad en comparación con un evaporador de tres efectos. Si los precios de las materias primas siguen aumentando o la escala de producción se expande aún más, las ventajas de la tecnología MVR se harán aún más evidentes. En la concentración de corrientes de alcoholes azucarados de baja concentración, la sustitución de los evaporadores de múltiples efectos por unidades MVR se ha convertido en una tendencia inevitable.
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