LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS I/PI 135-A
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACUL ACULT TAD DE INGENIE INGENIERIA RIA QUIMICA QU IMICA Y TEXTIL TE XTIL
LABORATORIO DE LABORATORIO OPERACIONES UNITARIAS I/PI 135-A
MARIO GARAY GARAYAR AR AVALOS ALOS PROFESOR: ING. MARIO GRUPO N°: 01 ALUMNOS:
CABELLO AGÜERO JOHN LOPEZ NIEVESJOSEPH LOPEZ VEGA CARLOS ALFREDO QUISPE CONDORI EDIN HENRY TORRES BERROSPI, ERICK YAMPIER ZAVALETA ZAVALETA TISNAD TIS NADO O JHONATTAN JH ONATTAN CICLO : FECHA DE PRESENTACIÓN:
2012-2 12112012
1
LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS I/PI 135-A
INDICE Pág. 1. OBJETIVOS…… OBJETIVOS……………………………… …………………………………………………… ………………………………………………… …………………………..3 …..3 2. FUNDAMENTO FUNDAMENTO TEORICO………………… TEORICO…………………………………………… ………………………………………………… ……………………….3 .3 3. TIPOS DE EVAPORAD EVAPORADORES.…… ORES.…………………………… ………………………………………………… …………………………………..6 ………..6 4. ESQUEMA ESQUEMA DESCRI DESCRIPTIVO PTIVO DEL DEL PROCESO PROCESO………………………………….….…………12 5. PARTE PARTE EXPERIMENT EXPERIMENTAL AL.…………………… .…………………………………………… ………………………………….…………… ………….…………….13 .13 6. OBSERVA OBSERVACIONES CIONES……………………… ……………………………………………… ………………………………………………… ……………………………..24 …..24 . CONCLUSIONES CONCLUSIONES……….……………… ……….……………………………………… ……………………….…………………… .………………………….….24 …….….24 !. BIBLIO"RAF#A BIBLIO"RAF#A………………………… …………………………………………………… ………………………………………………… …………………………...25 …...25 ANEXOS……………………………………………………………………………………………………… ………………………………..
2
LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS I/PI 135-A
TEMA$ EVAPORADORES 1.% OBJETIVO$ •
Calcular el coeficiente de transferencia de calor global de un evaporador vertical simple.
2.% FUNDAMENTO TE&RICO$ La evaporación es una operación que consiste en la separación de un disolvente volátil de un soluto no volátil por vaporización del disolvente; el agua es el disolvente que con más frecuencia hemos de separar. La evaporación se lleva a cabo vaporizando una parte del disolvente con el fin de obtener una solución concentrada. La evaporación se diferencia del secado en que el residuo es un líquido en vez de un sólido; de la destilación, en que el vapor es generalmente un solo componente, a!n cuando el vapor sea una mezcla, en la evaporación no se pretende separar el vapor en fracciones; de la cristalización, en que el inter"s se centra en concentrar una solución no en la formación crecimiento de cristales. #eneralmente, en evaporación el líquido concentrado es el producto valiosos mientas que el vapor se condensa desprecia. $in embargo, en alg!n caso concreto puede ocurrir lo contrario. %sí, el agua conteniendo sales se somete con frecuencia a evaporación con el fin de obtener un producto libre de sólidos para alimentación de calderas, para procesos especiales o para el consumo humano. La resolución de los problemas de evaporación se lleva a cabo por aplicación de los conceptos generales referentes a la transmisión del calor desde el vapor condensante hasta la disolución a concentrar. &sta cantidad de vapor viene dada por la e'presión(
'( U A T COEFICIENTE INTEGRAL DE TRANSMISIÓN DE CALOR: )ara la determinación de este coeficiente hemos de conocer el coeficiente de condensación del vapor de calefacción, la resistencia de conducción del material que forma la superficie de intercambio de calor entre el vapor condensante la disolución, incluendo los depósitos sólidos, el coeficiente de convección del líquido hirviente. &n la práctica este coeficiente ha de determinarse e'perimentalmente en cada caso, aunque se dispone de una serie de gráficas, correspondientes a los distintos tipos de evaporadores, que permiten determinar el valor de este coeficiente para distintas condiciones de operación. La diferencia de temperaturas entre el valor condensante el líquido hirviente es función de los siguientes factores( 1
Las condiciones del vapor de calefacción
!
LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS I/PI 135-A
2 3
La presión de la cámara de evaporación La concentración de la disolución.
La gran variedad de características del líquido que e'iste, es lo que hace que esta operación constitua un arte distinto de la simple transmisión de calor. % continuación se consideran algunas de las propiedades más importantes de los líquidos que se someten a evaporación.
C)*+,*-/+0*( %unque el líquido que entra como alimentación a un evaporador puede ser suficientemente diluido poseer muchas de las propiedades físicas del agua, a medida que aumenta la concentración, la solución adquiere cada vez un carácter más particular. La densidad viscosidad aumentan con el contenido de sólidos hasta que la solución se satura o se hace demasiado dificultosa para la adecuada transmisión de calor. La ebullición continuada de una solución saturada da lugar a la formación de cristales que es preciso retirar con el fin de evitar la obstrucción de los tubos. % medida que aumenta la proporción de sólidos aumenta tambi"n la temperatura de ebullición de la solución, que puede ser mucho maor que la del agua pura a la misma presión.
F)/+0* , ,/( %lgunos materiales, especialmente sustancias orgánicas, forman espuma durante la vaporización. Con el vapor sale del evaporador una espuma estable que origina un gran arrastre. &n los casos e'tremos toda la masa del líquido es arrastrada por el vapor.
S,*07080/ / 8/ -,,/-/( *uchos productos químicos, medicamentos alimentos se estropean cuando se calientan a temperaturas moderadas durante espacios de tiempo relativamente cortos. &n la concentración de estos materiales es preciso utilizar t"cnicas especiales para reducir la temperatura del líquido el tiempo de calentamiento.
F)/+0* , +)-/( %lgunas soluciones depositan costras sobre las superficies de calentamiento. )or este motivo, el coeficiente global disminue paulatinamente, hasta que es preciso parar el evaporador limpiar los tubos. Cuando la costra es dura e insoluble, la limpieza resulta difícil costosa.
M/-,0/8, , +)*-++0*( $iempre que es posible, los evaporadores se construen en hierro colado o acero. $in embargo, muchas soluciones atacan a los metales f"rreos o son contaminados por ellos, siendo entonces preciso utilizar materiales especiales tales como cobre, níquel, acero ino'idable, aluminio, grafito plomo. Como estos materiales son caros, resulta mu conveniente obtener elevadas velocidades de transmisión de calor con el fin de disminuir el coste inicial del aparato. &l dise+ador de un evaporador tiene que considerar muchas otras características del líquido, tales como calor específico, calor de concentración, temperatura de congelación, liberación de gases durante la ebullición, to'icidad, peligro de e'plosión, radioactividad.
"
LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS I/PI 135-A
ESQUEMA SIMPLIFICADO DEL EQUIPO UTILI9ADO EN EL LABORATORIO
apor -/)0 1v
apor de calefacción $ -2g3 h0 1s -2cal3 2g0
&vaporador tubular
Condensado $ -2g3 h0 1c -2cal3 2g0
%limentación $olución diluida -2g3 h0 1 -2cal3 2g0
$olución con/ centrada ) -2g3 h0 1)-2cal3 2g0
EVAPORACI&N EN EFECTO SIMPLE : M;LTIPLE$ La maoría de los evaporadores se calientan con vapor de agua que condensa sobre tubos metálicos. &l material que se evapora circula casi siempre por el interior de los tubos. %l disminuir la temperatura de ebullición del líquido aumenta la diferencia entre el vapor condensante el líquido que hierve , por consiguiente, aumenta la velocidad de transmisión de calor en el evaporador. Cuando se utiliza un solo evaporador, el vapor procedente de la ebullición del líquido se condensa se desprecia. &ste m"todo se denomina evaporación en efecto simple, , si bien resulta sencillo, no utiliza en cambio eficazmente el vapor. $i el vapor procedente de un evaporador se introduce como alimentación a la ca4a de vapor de un segundo evaporador, el vapor procedente de "ste se leva despu"s a un condensador, la operación recibe el nombre de doble efecto. )rocediendo en la forma indicada se pueden adicionar más efectos. &l m"todo general de incrementar la evaporación por 2g de vapor vivo utilizando una serie de evaporadores entre la línea de vapor el condensador recibe el nombre de evaporación de m!ltiple efecto.
FUNCIONAMIENTO DE EVAPORADORES TUBULARES$
#
LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS I/PI 135-A
Las principales características de un evaporador tubular calentado con vapor de agua son la capacidad la economía. La capacidad se define como el n!mero de 5ilogramos de agua vaporizados por hora . La economía es el n!mero de 5ilogramos vaporizados por 5ilogramo de vapor vivo que entra como alimentación a la unidad. &n un evaporador de simple efecto la economía es casi siempre menor que la unidad, pero en los aparatos de m!ltiple efecto puede ser considerablemente maor. )ero tambi"n tiene gran importancia el consumo de vapor, en 5ilogramos por hora, que e igual a la capacidad dividida por la economía. &l principal factor que afecta a la economía de un sistema de evaporación es el n!mero de efectos. *ediante un dise+o adecuado, la entalpía del vapor vivo que llega al primer efecto se puede utilizar una o más veces, dependiendo del n!mero de efectos de que conste el evaporador. La economía tambi"n depende dela temperatura de alimentación. $i dicha temperatura es inferior a la de ebullición en el primer efecto, una parte de la entalpía de vaporización del vapor vivo se utiliza para calentar la alimentación solamente queda la fracción restante para la evaporación. $i la alimentación está a una temperatura superior a la de ebullición, la vaporización s!bita que se produce proporciona una evaporación adicional sobre la originada por la entalpía de vaporización del vapor vivo. 6esde el punto de vista cuantitativo, la economía de un evaporador se calcula mediante balances entápicos.
3.% TIPOS DE EVAPORADORES$ a. Evaporador de tubos horio!ta"es: $on los tipos más antiguos de evaporadores en procesos químicos. Consisten en un cuerpo cilíndrico o rectangular de un haz de tubos que usualmente es de sección cuadrada. &l evaporador horizontal es el !nico evaporador que emplea vapor dentro de los tubos.
tipo
de
#e!ta$as −
Debido al reducido espacio requerido para su instalación en la dimensión vertical y el arreglo del haz de tubos, el aire puede purgarse con el vapor no permitiendo que bloquee la superficie de calentamiento.
−
Debido a que la evaporación tiene lugar fuera de los tubos, eliminándose el problema de incrustación dentro de los mismos, el evaporador de tubo horizontal usa diámetros de tubos menores que cualquier otro, de 3! a 11 pulg .
Desve!ta$as −
−
"ste tipo de evaporadores no aprovechan bien las corrientes t#rmicas inducidas por el calentamiento, y por lo mismo, no son tan aceptables como los tipos que los han reemplazado. "l evaporador horizontal es menos satisfactorio para l$quidos que forman incrustaciones o que depositan sales% los depósitos se forman en el e&terior de los tubos, y son, por lo tanto, usados 'nicamente para problemas de concentración relativamente simples, en lugar de la preparación de un l$quido para una cristalización posterior.
%sos
$
LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS I/PI 135-A
−
(on dise)ados para procesos en los que el producto final es un l$quido en lugar de un sólido, tal como *arabes de az'car industriales, donde el gran volumen de l$quido almacenado en el evaporador puede permitir un a*uste preciso de la densidad final cambiando la cantidad retenida en el evaporador
b.Evaporador de tubos &ortos verti&a"es: Consiste en un haz de tubos vertical, corto, usualmente de más de 7 pies de altura. &l vapor flue por fuera de los tubos en la calandria, ha gran paso circular de derrame en el centro del haz de tubos donde el líquido más frío recircula hacia la parte inferior de tubos. &l área de este derrame varía desde la mitad del área los tubos hasta un área igual a ella. Los tubos son grandes, hasta de 8 pulg, para reducir la caída de presión permitir rápida circulación.
no un los de una
So! &o!o&idos ta'bie! &o'o evaporadores de &a"a!dria. #e!ta$as −
+n accesorio com'n a todos los evaporadores es una trampa que está instalada en la l$nea de vapor con el propósito de remover el l$quido arrastrado y de volverlo al cuerpo del l$quido. os evaporadores de calandria son tan comunes que a menudo se les llama evaporadores
est(!d' Desve!ta$a −
+nos de los problemas es colocar deflectores en el espacio vapor, de manera que haya una distribución relativamente completa del vapor en los tubos.
−
-tro problema es el de proveer de puntos de purga adecuados para que no se formen bolsas de gases no condensables.
%sos −
uesto que la incrustación ocurre dentro de los tubos, es posible usar el evaporador estándar para servi&ios más rigurosos que el evaporador de tubos horizontales, y además, puede instalarse un agitador en el fondo cónico con una bomba para aumentar la circulación.
&. Evaporador de tubos "ar)os verti&a"es &stá formado por un elemento calefactor tubular dise+ado para el paso de los licores a trav"s de los tubos sólo una vez, movidos por circulación natural.
%
LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS I/PI 135-A
&l vapor entra a trav"s del cinturón, el haz de tubos tiene deflectores de manera de lograr un movimiento libre del vapor, condensado no condensado hacia aba4o.
F8<) /+,*,*-, =,8>+8/ /+,*,*-,? $e constitue de un cambiador de calor tubular con vapor de agua en el lado de la carcasa, el líquido que se desea concentrar en el interior de los tubos, un separador o espacio de vapor para separar el líquido arrastrado por el vapor, cuando opera como una unidad de circulación, una recirculación para el líquido desde el separador hasta el fondo del cambiador. Los tubos son típicamente de 9 a : pulg de diámetro 9: a 8: pies de longitud. &l líquido vapor ascienden por el interior de los tubos consecuencia de la acción de ebullición, el líquido separado retorna al fondo de los tubos gravedad.
el como por
La alimentación diluida, con frecuencia a una temperatura pró'ima al ambiente, entra en el sistema se mezcla con el líquido que retorna del separador. La mezcla entra por el fondo de los tubos, sobre la parte e'terior de los cuales condensa vapor de agua. 6urante una corta distancia la alimentación que entra en los tubos asciende como líquido recibiendo calor desde el vapor de agua.
#e!ta$as −
os evaporadores de tubos largos verticales son especialmente eficaces para concentrar l$quidos que tienden a formar espuma. a espuma se rompe cuando la mezcla de l$quido y vapor de alta velocidad choca contra las placas deflectoras
Desve!ta$as −
"ste tipo de evaporador no es especialmente adaptable a los licores incrustantes o que depositan sales, pero es e&celente para el mane*o de l$quidos espumosos o que forman natas
−
"l producto utilizado debe ser de ba*a viscosidad debido a que el movimiento ascendente es natural
F8<) ,+,*,*-, =,8>+8/ ,+,*,*-,?
&
LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS I/PI 135-A
&n estos evaporadores la alimentación es introducida por la parte superior del equipo, la cual ha sido normalmente precalentada a la temperatura de ebullición del primer efecto, mediante intercambiadores de calor adecuados al producto. produce una distribución homog"nea del producto dentro de tubos en la parte superior del evaporador, generando una película descendente de iguales características en la totalidad de los tubos. &ste punto es de suma importancia, que una insuficiente mo4abilidad de los tubos trae apare4ado posibles sitios en donde el proceso no se desarrolla correctamente, lo cual lleva a ba4os rendimientos de evaporación, ensuciamiento prematuro de los tubos, o eventualmente al taponamiento de los mismos.
$e los
a
6entro de los tubos se produce la evaporación parcial, el producto que está siendo concentrado, permanece en íntimo contacto con el vapor que se genera. Los dos fluidos, tanto el producto como su vapor, tienen igual sentido de flu4o, por lo que la salida de ambos es por la parte inferior de los tubos. &n la parte inferior del evaporador se produce la separación de estas dos f ases. &l concentrado es tomado por bombas el vapor se envía al condensador -simple efecto0.
#e!ta$as −
/lta eficiencia, econom$a y rendimiento.
−
/lta fle&ibilidad operativa.
−
/ltos coeficientes de transferencias t#rmicos.
−
0apacidad de traba*ar con productos termosensibles o que puedan sufrir deterioro parcial o total de sus propiedades.
−
impieza rápida y sencilla
−
(e adaptan bien a la concentración de l$quidos viscosos
Desve!ta$as −
"l principal problema de un evaporador de pel$cula descendente es la distribución uniforme del l$quido formando una pel$cula interior en los tubos.
−
a concentración que se puede alcanzar en un solo paso es limitada.
d. Evaporador de &ir&u"a&i*! +orada:
'
LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS I/PI 135-A
&n un evaporador de circulación natural el líquido entra en tubos con una velocidad de 9 a pies3s. La velocidad final aumenta rápidamente al formarse vapor en los tubos, de que generalmente las velocidades de transmisión de calor satisfactorias. $in embargo, con líquidos viscosos el coeficiente global en una unidad de circulación natural ser demasiado ba4o desde el punto de vista económico. Coeficientes más elevados se obtienen en evaporadores de circulación forzada
los forma son puede
&n este caso una bomba centrífuga impulsa el líquido a trav"s de los tubos entrando con velocidad de 7 a 9< pie3s. Los tubos están sometidos a una carga estática suficiente para asegurar que no se produzca la ebullición en los mismos; el líquido comienza a sobrecalentarse a medida que se reduce la carga hidrostática con el flu4o desde el calentador hasta el espacio de vapor, se genera una mezcla de vapor líquido a la salida del cambiador, 4ustamente antes de entrar en el cuerpo del evaporador. La mezcla de vapor líquido choca contra una placa deflectora en el espacio de vapor. &l líquido retorna a la entrada de la bomba, donde se mezcla con la alimentación fresca; el vapor sale por la parte superior del cuerpo del evaporador hacia el condensador, o bien pasa al siguiente efecto. La parte de líquido que abandona el separador se retira de forma continua como concentrado.
#e!ta$as −
Debido a las altas velocidades con las que opera un evaporador de circulación forzada, el tiempo de residencia del l$quido en los tubos es corto del orden de 1 a 3 s de forma que se pueden concentrar l$quidos moderadamente sensibles al calor.
−
son efectivos para concentrar disoluciones salinas o que tienden a formar espumas.
Desve!ta$as −
"n el caso de l$quidos poco viscosos la me*ora que se obtiene con circulación forzada no compensa los costes adicionales de bombeo con respecto a la circulación natural
%sos −
(on necesarios cuando los productos involucrados en la evaporación tienen propiedades incrustantes, altas viscosidades, precipitaciones, cristalizaciones o ciertas caracter$sticas t#rmicas que imposibilitan una circulación natural
e. Evaporador de pe",&u"a a)itada: =na de las formas para disminuir la resistencia a la transferencia de calor desde el vapor condensante hasta el líquido que hierve en un evaporador es aumentando la turbulencia mediante la agitación mecánica de la película del líquido. La alimentación entra en a la p parte superior de la sección encamisada mediante las palas verticales del agitador, se e'tiende hacia fuera formando una delgada película altamente
10
LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS I/PI 135-A
turbulenta. &l concentrado sale por el fondo de la sección encamisada el vapor asciende desde la zona de vaporización hasta un separador no encamisado cuo diámetro es maor que el del tubo de evaporación. &n el separador, las palas del agitador lanzan nuevamente el líquido arrastrado contra las placas verticales estacionarias. Las gotitas colasen sobre estas placas retornan a la sección de evaporación. &l vapor libre de líquido sale por una tubería situada en la parte superior de la unidad.
#e!ta$as − −
osibilidad de dar grandes velocidades de transmisión de calor con l$quidos viscosos. a disminución del coeficiente global a medida que aumenta la viscosidad es lenta.
Desve!ta$as − − −
"levado coste "l constante mantenimiento que requieren las piezas móviles del evaporador eque)a capacidad
%sos −
"ste tipo de evaporador es muy eficaz para productos viscosos como gelatina, láte& de caucho, antibióticos, *ugos de fruta
APLICACIONES Los evaporadores de tubos verticales largo son utilizados en( )ara la concentración de líquidos negros en la industria papelera de la pulpa de madera, en la elaboración de la leche condensada
&l evaporador de membrana descendente se usa para la concentración de materiales sensibles al calor como 4ugos de frutas, puesto que el tiempo de retención es mu peque+o, pero con coeficientes de transferencia de calor mu grandes.
Los evaporadores de membrana ascendente son utilizados para líquidos que provoquen deposiciones de sales o escamas en grandes cantidades.
Los evaporadores verticales de tubos cortos son utilizados en la evaporación del 4ugo de ca+a de az!car.
Los evaporadores de circulación forzada son !tiles para soluciones corrosivas, para soluciones viscosas, en la preparación de leche, productos farmac"uticos.
Los evaporadores de película agitada se usan para materiales viscosos sensibles al calor como láte' de caucho, gelatina, antibióticos 4ugos de frutas, sin embargo tienen alto costo capacidad ba4a.
4.% ESQUEMA DESCRIPTIVO DEL PROCESO$
11
LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS I/PI 135-A
6onde(
CORRIENTE 1 2 3 4 5 6 EQUIPO A B C@ D E F I J L M
DESCRIPCION $olución al > ? de sacarosa Condensado de sacarosa apor condensado Línea de vapor apor de sacarosa apor de solución concentrada de sacarosa Condensado de sacarosa
DESCRIPCION @anque de solución de sacarosa al > ? Aomba centrifuga Botámetros álvula abierta *anómetro &vaporador de tubos verticales de simple efecto @rampa de vapor álvula abierta Condensador álvula cerrada @anque de almacenamiento de vapor condensado
12
LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS I/PI 135-A
5.% PARTE EXPERIMENTAL$ DATOS E-ERIMENTALES 1o4a de 6atos
DATOS C)0/
P/* =0?
9
D
:>D
:
7D
8
BRIX
T,7880+0* =C?
T, P =C?
9DD
E<
9
8>D
9>D
E<
<9
E
7D
:>D
9>D
E<
<8
E.8
7D
8DD
9DD
E<
<:
E.8
@GC 8 8 8 8
F =L7? P =L7?
SC T0,)=? F8<)=L?
C)0/
A8-/=?
9
9
.9
9D8.DD
:
9
E.DE
8
9
9D.DD
8.>
9
<.88
<<.:E
@-20 8D 8D 8D 8D
FL FL -ml3seg0 :<.D8 :D.: :D.E: :9.<9
H-5g3m80 EE.8 EE.8 EE.8 EE.8
6iámetro del @anque @emperatura sol. 6iluida
>9 cm :: GC
@emperatura de referencia
:D GC
6ensidad-lb3L0 :.9>E :.9>E :.9>E :.9>E
TA/LA 0: DATOS DE LA E-ERIENCIA EN LA/ORATORIO CALCULOS : RESULTADOS Ca"&u"o de Ca"or de radia&i*! 1allaremos primero el calor entregado por el vapor de %gua
1!
, P
LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS I/PI 135-A
Qs = S ( Hc − Hv) … &cuación 9 −
Is( Calor entregado por el vapor de calentamiento, Atu3h
−
1v( &ntalpía específica del vapor de agua, Atu3lb
−
1c( &ntalpía específica del condensado, Atu3lb
6onde hallaremos 1c 1v de tablas de vapor, para ello nos proporcionan las presiones a la cual está el vapor de agua, en nuestro caso son(
1aciendo las interpolaciones correspondientes Jnterpolaciones para cada presión, se hallara la temperatura $aturada, 1c 1v. @%AL% K :
C)0/
P=0?
T=F?
9 : 8
D 7D 7D 7D
89>.88 8D.8: 8D.8: 8D.8:
G=BTU87 +=BTU87? ? :<7.9< :.:8 :.:8 :.:8
99<.<>: 99<:.:8 99<:.:8 99<:.:8
%hora se procederá hallar $, )ara ello utilizaremos la siguiente ecuación(
1"
LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS I/PI 135-A
S
= ρ xQ( L h) … E+/+0* 2
-
.$ M lu4o de vapor saturado, 2g.3h.
lb ft !
ρ -
M 6ensidad -
0
ft ! h -
I M lu4o -
0
%hora hallaremos la densidad para las corridas(
1aciendo las interpolaciones correspondientes, se obtiene la siguiente tabla 8(
C)0/
T=F?
D,*0/=87H- 3?
9 : 8
89>.88 8D.8: 8D.8: 8D.8:
:.9>E :.9>E :.9>E :.9>E
Beemplazando en la &cuacion :, se obtiene la @abla (
C)0/ 9 : 8
S=87? 98<.D< :>.<9> 98.D8: 9:.:97
)or tanto, los valores hallados de $ en la tabla , con los valores de la tabla :, se reemplaza en la ecuacion 9 se obtiene los siguientes calores &ntregados por el calor(
1#
LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS I/PI 135-A
@abla >
C)0/
P=0?
T=F?
+=BTU87?
G=BTU87?
S=87?
Q
9
D
89>.88
:<7.9<
99<.<>
:::.8<
9EE<:.
:
7D
8D.8:
:.:8
99<:.:8
9.7
9>9
8
7D
8D.8:
:.:8
99<:.:8
9><.<
987E:.>
7D
8D.8:
:.:8
99<:.:8
9ED.79
9:EE.E
Calor @ransferido a la solucion diluida(
*****+4"cuación 3 Donde −
−
1 1) 1)
− −
&
M M M M
Calor latente de vaporización de la solución a concentrar, A@=3lb. &ntalpía específica de la solución, A@=3lb. &ntalpía específica de la solución concentrada, A@=3lb. Ce -@ N @ref0
0/0+-( /5/ 6//5 " 7+8- 9/(:0- D" (:(;"9/
F ( P KL KV ….E+/+0* 4 Dónde − − − − −
) FL F $
M M M M M
lu4o de la solución diluida, 2g.3h. lu4o de la solución concentrada, 2g.3h. lu4o de solución condensada, 2g.3h. lu4o de solución no condensada, 2g.3h lu4o de vapor saturado, 2g.3h.
1allando ) -$olucion Concentrada0 @abla 7
C)0/ 9 : 8 1allando FL -$olucion condensada0
Q=R)-á,-)? 87
B0
P=87?
9DD 9>D 9>D 9DD
E E.8 E.8
9DD 9>D 9>D 9DD
1$
LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS I/PI 135-A
9era corrida :da corrida
@abla I-mL3seg0 :<.D8 :D.:
I )rom-L3h0 9DD.ED< :.E:
8era corrida
:D.E:
>.89:
ta corrida
:9.<9
<.>97
Cua densidad es( :.9>E lb3L, )or tanto para las corridas, el flu4o de & será( @abla <(
C)0/
E=87?
9 : 8
:9.<7 9>.> 97:.>E 97E.>:
Operando se obtiene la $iguiente tabla( @abla E
CORRIDA 9 : 8
-lb3h0 89.E 8D.7 89:.7 8DD.D
)-lb3h0 9DD 9>D 9>D 9DD
Fl-lb3h0 :9.<7 9>.>> 97:.7D 97E.>:
Fv-lb3h0 D.D D.D D.D 8D.>
Luego( 6 p
<
"ntalp$a espec$fica de la solución, =;+lb. 1p M Cp -@ )/@ref0 …………..… E+/+0* 5
@ref M :DGC M 7< G )ara las siguientes temperaturas( @abla 9D
C)0/
T=F?
BRIX
9
9>E.<
:
9.<
E
8
9<9.
E.8
9E.7
E.8
)ara hallar los respectivos calores específicos, se usara la siguiente gráfica(
1%
LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS I/PI 135-A
T/78/ 11 C)0/ BRIX 9 : 8
C,
E E.8 E.8
D.E D.E D.E> D.E>
=na vez @eniendo los valores de Ce, se reemplazara en la &cuación >, para hallar los respectivos 1p(
T/78/ 12 C)0/
TF
BRIX
C,
=BTU87 ?
9
9>E.<
D.E
:
9.<
E
D.E
9D8.:9:
8
9<9.
E.8
D.E>
9D.8
9E.7
E.8
D.E>
9D7.D:
@ambi"n( 6 7
<
"ntalp$a espec$fica de la solución diluida, =;+lb.
1 M Cp-@ /@ref 0 … E+/+0* 6
%pro'imadamente CpM D,E7>8 A@=3lb, donde( @refM7< G
1&
LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS I/PI 135-A
T/78/ 13 C)0 /
TF
F=BTU87?
9 : 8
9.7 9.7 9.7 9.7
8.>D< 8.>D< 8.>D< 8.>D<
( G % L (0alor latente de vaporización de la solución a concentrar, =;+lb.
K
CALCULO DE L 6e tablas de Liquido $aturado a @ ebullición -G0
C)0/
T/78/ 14 T,7880+0)* =F?
L =BTUL7?
9 :
:D<. :D<.
9.9 9.9
8
:D<.
9.9
:D<.
9.9
C)0/
T/78/ 15 T,7880+0)* =F?
V =BTUL7?
9 :
:D<. :D<.
99<.9 99<.9
8
:D<.
99<.9
:D<.
99<.9
CALCULO DE G 6e tablas de apor $aturado a @ebullición -G0
$eguidamente, los valores de las tablas se reemplazan en la ecuacion 8, se construe la siguiente
T/78/ 16 L V F =BTU87? =BTUL7? =BTUL7? =87?
+)0/
P =87?
H Q =BTU87? =/7=BTU??
1
9DD
9.9
99<.9
89.<7
8.>D<
><7:.
2
9>D
9D8.:9:
9.9
99<.9
8D.>>
8.>D<
9E8<.D9
3
9>D
9D.8
9.9
99<.9
89:.7
8.>D<
8
1'
LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS I/PI 135-A
4
9DD 9D7.D: 9.9 99<.9 8DD 8.>D< )or lo tanto el calor de radiación -igual al perdido, PIpQ0 viene dado por(
Q P
9<8.
= QS − Q
Is
@abla 9 I
I radiación
9EE<:.
><7:.
9>8E
9>D
9E8<.9
99798E.>D
987E:.>
8
9DD:99.7>
9:EE.E
9<8.
E<897.:
CALC%LO DE LA CAIDA AARENTE DE TEMERAT%RA:
∆T = LMTD = (
T SAT − T F ) − ( T SAT − T C )
T SAT − T F T T − SAT C
Ln
…&cuacion 6onde( −
. @s( @emperatura de condensación del vapor vivo
−
. @( @emperatura de ebullición de la solución
6e los datos de la @abla de datos seg!n la gráfica de( @ entrada solución diluida M @ M 9.7G − @ salida del concentrado M @C − @ vapor saturado M @sat −
&n la ecuación @abla 9< corrida
@$%@.
@
@C
R@
9
89>.88
9.7
9>E.<
9E7.8
:
8D.8:
9.7
9.<
9.8>
20
LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS I/PI 135-A
8
8D.8:
9.7
9<9.
9>.9:
8D.8:
9.7
9E.7
97.:
CALCULO DEL COEFICIENTE "LOBAL DE TEMPERATURA DE CALOR U =
QVAPOR A × ∆T
************…&cuación <
6onde( − − − − − −
Iabs = % K 6 L
M M M M M M
Calor perdido promedio de todas las corridas Coeficiente global de transferencia de calor. K ' ' 6 ' L K!mero de tubos M 9:. 6iámetro del tubo M D,> pulg. ,79 pies.
T/78/ 1 Q 9EE<:. 9>D > 987E:.> : 9:EE.E :
R@ 9E7.8
= >7.8:
9.8>
E.8:
9>.9:
>.D
97.:
>.97
CALC%LO DE AG%A E#AORADA OR LI/RA DE #AOR &conomia de apor(
Eco =
F − P S …………………. &cuación E
T/78/ 2 +)0/
E+)*)0/
9
D.E<
21
LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS I/PI 135-A
: 8
D.ED 9.D: 9.D>
% partir del apartado PdQ, graficamos la relacion = vs. R@
GR1FICA DE % #S 2T 58.00 5#.00 5".00 5!.00 50.00
U(Btu/(h.pi!".°F)
"8.00 "#.00 "".00 "!.00 "0.00 170.00
180.00
10.00
!00.00
ΔT(°F)
CALC%LO DE OTRAS RELACIONES ENTRE ARAMETROS MANI%LA/LES DE OERACIÓN: % partir de los resultados anteriores( @abla :9
F=87?
P=87?
KS =87 , +)*,*/)87 G/) , /g/?
P$F
F$S
U
:>D
9DD
D.E<
D.D
9.9:
>7.8:
8>D
9>D
D.ED
D.8
:.DD
E.8:
:>D
9>D
9.D:
D.7D
9.>
>.D
8DD
9DD
9.D>
D.88
9.>
>.97
E*-)*+, g/H0+/) 8/ ,8/+0)*,$ −
Belación -lu4o de producto concentrado3lb de %limentación diluida0 s. =-coeficiente global de transferencia de calor0
22
LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS I/PI 135-A
−
Belación -lu4o de alimentación diluida 3lb de vapor condensado0 s. =-coeficiente global de transferencia de calor0
−
lu4o de agua evaporada -FM F LS F0 s. lu4o de vapor condensado
GRAFICA DE RELACION 3F #S % #0.00
55.00
U(Btu/(h.pi!".°F)
50.00
"5.00
"0.00 0.30 0.35 0."0 0."5 0.50 0.55 0.#0 0.#5
P/F
GRAFICA DE RELACION F3S #S % #0.00
55.00
U(Btu/(h.pi!".°F)
50.00
"5.00
"0.00 1.00 1.!0 1."0 1.#0 1.80 !.00 !.!0
F/S
GRAFICA DE RELACION S34
2!
LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS I/PI 135-A
!30.00 !!0.00 !10.00 !00.00
%
10.00 180.00 170.00 1#0.00 150.00 150
1#0
170
180
10
!00
!10
!!0
!30
S(#$/h)
6.% OBSERVACIONES$ •
La solución de alimentación -diluida0 al >? fue concentrada, su flu4o se trató de mantener constante, aunque al inicio fluctuó ligeramente el flu4o de vapor.
•
La temperatura en la alimentación de la solución de az!car al >? fue de :: °C -temperatura ambiente0.
•
)ara medir el caudal de condensado -$0, lo que se hizo fue medir para cada centímetro de variación de altura, el tiempo que demoraba , como se tiene el diámetro del tanque, se halló el área transversal, entonces( I M % T h 3 t.
•
@ambi"n, al medir las densidades temperaturas cada cierto tiempo, se obtuvieron valores de densidades que no variaban mucho, con respecto a la densidad del agua, para diferentes valores de temperatura.
•
$e usó vapor saturado para el proceso de evaporación, sin embargo se observo que el vapor condensante tenia aun mucha energía, luego se verifico el condensador se observo que no había agua de enfriamiento por lo cual los cálculos realizados no estiman e'actamente los balances masicos ni energ"ticos reales del proceso.
•
$e observaron fugas de vapor en varias líneas del equipo del evaporador, por lo cual la perdida de calor no solo es por radiación sino por fugas, por lo cual seria adecuado emplear un equipo para determinar la radiación perdida por el evaporador así determinar el valor de las perdidas de calor por fugas.
•
&l vapor de salida del condensado sale con cierta cantidad de energía sin embargo ha que e'traerle mas energía para lograr condensar todo el vapor restante que observamos e'iste
2"
LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS I/PI 135-A
en el proceso, por lo cual en el balance energ"tico debió ser considerado la energía e'traída por el condensador, con un balance simple de energía conociendo el flu4o de entrada salida de agua de enfriamiento sus temperaturas, así como del vapor antes despu"s de la condensación total, con sus respectivas temperaturas de igual manera.
.% CONCLUSIONES$ •
&l tipo de evaporación realizada es de simple o de un efecto esto por tanto involucra la falta de aprovechamiento má'imo del calor cedido por el vapor recalentado por consiguiente ba4a en la eficiencia de la operación.
•
&l calor perdido -por radiación0 es debido a que no es aprovechado eficientemente del calor del vapor recalentado.
•
&l calor recibido por el evaporador -disolvente, agua, etc.0, es la elevación de su temperatura hasta su ebullición que por ello reduciendo el calor transferido por el vapor recalentado, todo esto hace que la economía de la operación aumente.
•
La relación entre la caída aparente de temperatura el coeficiente de transferencia de calor es inversa.
•
6ebido a que la temperatura de alimentación es bastante le4ana de la temperatura de ebullición, ello afecta directamente a la eficiencia del evaporador que se ve limitada puesto que una parte de calor transferido por el vapor vivo es utilizado para calentar la solución desde la temperatura de entrada hasta su punto de ebullición.
•
&l aumento de los calores ganados, se producen debido a que a medida que proceden las corridas, el proceso se estabiliza estás son e4ecutadas me4or, para las cuatro ultimas corridas de las 7 que obtuvimos.
•
6e la gráfica = vs. ∆@, se produce una curva de comportamiento decreciente. &s decir a maor gradiente de temperatura, maor coeficiente de transferencia de calor.
!.% BIBLIO"RAFIA( •
)rincipios de transferencia de calor 6onald 2ern &ditorial C&C$% )ág. 7
•
)rincipios de Operaciones =nitarias
2#
LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS I/PI 135-A
*c Cabe, $mith &ditorial Bevert" $.%. )ags >E/7> •
)rincipio de Operaciones =nitarias oust &ditorial C&C$% •
Operaciones =nitarias
#ean5oplis pág D7/98
'+- ANEO
2$
