Doble Efecto Lab III

EVAPORADOR DE DOBLE EFECTO

LABORATORIO INTEGRAL III

2010



“EVAPORADOR DE DOBLE EFECTO”

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE CELAYA

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ÍNDICE

Introducción. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1

Objetivos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2

Marco teórico. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3

Desarrollo experimental. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4

Desarrollo matemático. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5

Conclusiones. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

8

Bibliografía. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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INTRODUCCIÓN El objetivo de la evaporación es concentrar una disolución consistente en un soluto no volátil y un disolvente volátil. En la mayor parte de las evaporaciones el disolvente es agua. La evaporación se realiza vaporizando una parte del disolvente para producir una disolución concentrada. La mayoría de los evaporadores se calientan con vapor de agua que condensa sobre tubos metálicos. Generalmente el vapor es de baja presión, inferior a 3 atm absolutas, y con frecuencia el líquido que hierve se encuentra a un vacío moderado, de hasta 0,05 atm absolutas. Al reducir la temperatura de ebullición del líquido aumenta la diferencia de temperatura entre el vapor condensante y el líquido de ebullición y, por tanto, aumenta la velocidad de transmisión de calor en el evaporador. Cuando se utiliza un solo evaporador, el vapor procedente del líquido en ebullición se condensa y desecha. Este método recibe el nombre de evaporación de simple efecto, y aunque es sencillo, utiliza ineficazmente el vapor. Si el vapor procedente de uno de los evaporadores se introduce como alimentación en el elemento calefactor de un segundo evaporador, y el vapor procedente de éste se envía al condensador, la operación recibe el nombre de doble efecto. El calor del vapor de agua original es reutilizado en el segundo efecto, y la evaporación obtenida por unidad de masa del vapor de agua de alimentación al primer efecto es aproximadamente el doble. El método general para aumentar la evaporación por kilogramo de vapor de agua utilizando una serie de evaporadores entre el suministro de vapor vivo y el condensador recibe el nombre de evaporación en múltiple efecto.

En la evaporación de soluciones en un evaporador de efecto simple, uno de los costos más importantes es el del vapor de agua utilizado para evaporar el agua. El principio del evaporador de efecto múltiple consiste en reutilizar el calor latente para las evaporaciones sucesivas, esto ayuda a economizar el vapor. Su aplicación es limitada, pero el estudio de su trabajo es una aplicación de la técnica del vapor. Cuando el vapor se utiliza para evaporar el agua de un producto, el vapor original se divide en dos: 

Calor latente de vaporización, que es por evaporación del agua del producto.



Agua que se conserva en el condensado, se forma cuando el vapor original se condensa.


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OBJETIVOS     

Vacío del segundo efecto. Temperaturas del primer y segundo efecto. Kilogramos de vapor utilizados. Cantidad de agua utilizada en el condensador. U de transferencia del primer efecto.


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MARCO TEÓRICO Un evaporador es un intercambiador de calor entre fluidos, de modo que en el primer efecto se usa vapor de agua como medio de calentamiento, temperatura de ebullición T1 a presión P1. El vapor extraído del primer efecto se usa como medio de calentamiento, se condensa en el segundo efecto y se vaporiza agua a temperatura T2 y presión P2 en este efecto, de modo que pasa de estado líquido a vapor. Para transferir calor del vapor que se condensa al líquido en ebullición en este segundo efecto, la temperatura de ebullición T2 debe ser inferior a la de condensación. Esto significa que la presión P2 del segundo efecto debe ser menor que la presión P1 del primer efecto. A fin de cuentas un evaporador, es un intercambiador de calor más complejo, en el que además de producirse el cambio de fase pueden darse otros fenómenos asociados a la concentración de la disolución, como la formación de sólidos, la descomposición de sustancias, etc. Los evaporadores, deben funcionar siempre a vacio parcial, pues esta medida reduce la temperatura de ebullición en la cámara de evaporación.


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DESARROLLO EXPERIMENTAL 1. Encender la caldera para suministrar vapor al doble efecto, permitirá realizar una transferencia de calor. 2. Encender el ventilador. A su vez encienda la bomba de vacío y abrir la válvula de agua que se ubican detrás del segundo evaporador. 3. Encender la bomba que alimentará el primer efecto con agua hasta el centro de la mirilla. Antes de pasar el agua al segundo efecto esperar a que la presión de vacío sea de 40 kg/cm. Para pasar el agua al segundo evaporador, ubicar tres válvulas y las tuberías que están en medio de los dos evaporadores, abrir la válvula que su tubería lleve del primer al segundo efecto y llenar el segundo efecto hasta el centro de la mirilla, volver a llenar el primer efecto, 4. Purgar el vapor condensado de prácticas anteriores, para llevar este paso a cabo es necesario ubicar tres válvulas en la parte izquierda inferior del primer efecto, abrir únicamente la válvula ubicada en medio e introduzca vapor para realizar la purga durante 5 segundos aproximadamente. 5. Pasar el vapor a los evaporadores con la válvula roja que está a un costado del primer efecto en posición horizontal. 6. Controlar la presión del vapor de alimentación a los equipos para evitar la apertura de la válvula de escape, regulando la válvula inferior derecha que está en la pared a una presión de entre 3 y 3.5 psi. 7. Controlar la alimentación de vapor para manipular la ebullición, este proceso sólo es abrir y cerrar la válvula de paso del vapor hacia el evaporador. 8. Una vez evaporada el agua tomar y registrar los datos de interés. 9. Ya terminada la práctica cerrar la válvula de alimentación de vapor al evaporador, apagar la bomba de vacío y cerrar la alimentación de agua, apagar el ventilador y la bomba alimentadora de agua al condensador.


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DESARROLLO MATEMÁTICO

DATOS EPE. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

0 °C

Volumen de condensado. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

24.25L

Tiempo de evaporación. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

48 min

Diámetro del evaporador. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

0.494 m

Diámetro de tubos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

0.02025 m

Longitud de tubos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

0.849m

Número de tubos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

70

Área de transferencia del evaporador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

0.7666 m2

Presión de vapor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.5 Kg/cm2

Presión del primer efecto. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

0 Kg/cm2

Cp de agua. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.8 KJ/Kg °C

CÁLCULOS Vacío del segundo efecto 40 Kg/cm2

Temperaturas Primer efecto = 59 °C Segundo efecto = 53 °C

Balance de Energía Vo 

 FH F  WH w  VH v H Vo  H Lo

Vapor de la caldera al evaporador


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FH F  Vo H Vo  VH v  Lo H Lo  WH w Q  Vo ( H Vo  H Lo )

Presión de vapor 3.5

Kg * cm 2

1atm 10 2 KPa  3.388 atm  1atm  4.388 atm *  439 .54 KPa kg 0.986923 atm 1.033 cm 2

Con esta presión en el libro de Smith determinamos las temperaturas como las entalpías: T  147C KJ Kg KJ H Lo  619.2 Kg KJ T  2122.6 Kg H Vo  2741.8

Presión del primer efecto Kg 1atm 10 2 KPa *  0 atm  1 atm  1 *  101.3250KPa 0.986923atm cm 2 1.033 kg cm 2 Con esta presión en el libro de Smith determinamos la temperatura de operación: 0

T 100C

Kg  KJ   ( 100  22 )C  53.39W Qrad1  m  CpΔp   0.1426  4.8 s  Kg C   VO 

32 .3962 KJ / s Kg  0.0153 2741 .8KJ / Kg  619 .2 KJ / Kg s

Atransf  tubos   (0.02025m)(0.849m)(70)  3.7808m 2 Qtransf1  mCpT  0.1436 * 4.8 KJ / Kg C * (147  100)C  32.3962W KJ W s U1   182.31 2 2 3.7808m * (420.15  373.15) K m K 32.3962


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100C

H F1 



Cpdt  4.8

22 C 100C

HW1 

KJ 100  22C 374.4 KJ Kg C Kg

 Cpdt 4.8 Kg C 100  100C  0 Kg KJ

KJ

100C 100 C

HV1 

KJ

 Cpdt    0  2122.6 Kg

100 C

Vo 

 FH F  WH w  VH v H Vo  H Lo

Kg KJ KJ )(374.4 )  W (0)  V (2122.6 ) Kg s Kg Kg 0.0153  s 2741.8  619.2 KJ Kg KJ KJ 32.4758  53.76 s s  0.0406 Kg V1  KJ s 2122.6 Kg W1  F  V1  0.1436Kg / s  0.0406Kg / s  0.103Kg / s  (0.1436


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CONCLUSIONES Se puede concluir que parte importante de la práctica fue el mantener el equipo en estado estable para poder obtener los mejores resultados y tener resultados razonables para cada uno de los cálculos que se realizaron, algo que destacó en el desarrollo de la práctica fue el que muchos de los datos necesarios para obtener el coeficiente global de transferencia y los coeficientes de transferencia dependían de las propiedades de los fluidos y las condiciones a las que estaban estos, otro factor importante fue el que al comienzo de esta práctica el equipo estaba frió y se debía llegar a estado estable para poder realizar la práctica. La interpretación de los planos fue algo importante para poder realizar las operaciones correctas para determinar la U.


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BIBLIOGRAFÍA  

Procesos de transporte y operaciones unitarias. Christie J. Geankoplis. Compañía editorial continental S.A de C.V. 1998 Operaciones Unitarias en Ingeniería Química. L. McCabe- C.Smith. McGraw-Hill.


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Doble Efecto Lab III

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