“AÑO DEL BUEN SERVICIO AL CIUDADANO” CIUDADANO”
Facultad: Especialidad: Curs Cu rso: o:
.Ing. de Minas. .Ing. Química. .Laboratorio de Ingeniería Química II.
Docente:
.Ing. Alfredo Fernández.
Informe De Laboratorio:
.N°8
Tema Tem a:
.Ea!oraci"n.
Grup Gr upo: o:
.#A.
Integrante:
.$arcía %ulián &a &alter lter 'aolo.
EVAPORACION OBJETIVOS • •
Aprender el manejo y control de la operación unitaria de evaporación. Identifcar las variables sensibles de la operación y porque se ve aectada
INTRODUCCION La evaporación es una operación unitaria de tipo de transerencia de calor ampliamente utilizada y muy importante en la industria de los procesos. En la evaporación se elimina el vapor ormado por ebullición de una solución liquida de la que se obtiene una solución más concentrada. En la gran mayora de los casos! la operación unitaria de evaporación se refere a la eliminación de agua de una solución acuosa. Entre los los ejem emp plos los tpi pico coss de proc oces eso os de evap vapora oración es esttán la concentración de soluciones acuosas de az"car! cloruro de sodio! #idró$ido de sodio! glicerina! gomas! lec#e y jugo de naranja. En estos casos! la solución concentrada es el producto deseado y el agua evaporada suele desec#arse. En otros! el agua que contiene peque%as cantidades de mineral se evap evapor ora a para para obte obtene nerr agua agua libr libre e de só sóli lido dos! s! que que se em empl plea ea en la alimentación a calderas o para otros propósitos.
FUNDAMENTO TEORICO Factores de proceso Las propiedades sicas y qumicas de la solución que se está concentrando y del vapor que se separa tienen un eecto considerable sobre el tipo de evaporador que debe usarse y sobre la presión y temperatura del de l proceso. Concentración en el líquido. &or lo general! la alimentación a un evaporador
es bastante diluida! por lo que su viscosidad bastante baja! es similar a la del agua y se opera con coefcientes coefcientes de calor bastante bastante altos. A medida que se verifca la evaporación! la solución se concentra y su viscosidad se eleva nota notable bleme ment nte! e! ca caus usan ando do una una ma marc rcada ada dism dismin inuc ución ión del del co coefc efcien iente te de transerencia de calor. 'e requiere entonces una circulación o turbulencia adecuada para evitar que el coefciente se reduzca demasiado. Solubilidad. A
medida que se calienta la solución y aumenta la concentración del soluto o sal! puede e$ceder el lmite de solubilidad de material y se frmaran cristales. Esto limita la concentración má$ima que puede obtenerse por evaporación de la solución. En la mayora de los casos! la solubilidad en agua a ciertas sales aumenta con la temperatura. Esto signifca que al enriar a temperatura ambiente una solución concentrada cali ca lien ente te que prov provie iene ne de un evap evapor ora ador dor pued puede e pres presen enttars arse una una cristalización. Sensibilidad térmica de los materiales. (uc#os productos! en especial los
alimentos y otros materiales biológicos! son sensibles a la temperatura y se degradan cuando )sta sube o el calentamiento es muy prolongado. Entre ellos están los materiales armac)uticos* armac)uticos* productos alimenticios como lec#e!
jugo de naranja y e$tractos vegetales* y materiales orgánicos delicados. La cantidad de degradación esta en unción de la temperatura y del tiempo Formación de espumas. En algunos casos! los materiales constituidos por
soluciones causticas! soluciones de alimentos como lec#e desnatada y algunas soluciones de ácidos grasos! orman espuma durante la ebullición. Estas espumas son arrastradas por el vapor que sale del evaporador y puede producirse p)rdida de material. Presión y temperatura . El punto de ebullición de la solución está relacionado
con la presión del sistema. +uando más elevada sea la presión de operación del evaporador! mayor será la temperatura de ebullición. Además la temperatura de ebullición aumenta a medida que aumenta la concentración del material disuelto por la acción de la evaporación. Este enómeno se llama elevación del punto de ebullición. &ara mantener a un nivel bajo la temperatura de los materiales termosensibles suele ser necesario operar a presiones ineriores a , atm! esto es! al vaco. Formaciones de incrustaciones y materiales de construcción. Algunas
soluciones depositan materiales solidos llamados incrustaciones sobre las superfcies de calentamiento. Estas incrustaciones se orman a causa de los productos de descomposición o por disminución de la solubilidad. El resultado es una reducción del coefciente de transerencia de calor! lo que obliga a limpiar el evaporador. La selección de los materiales de construcción de evaporador tiene importancia en la prevención de la corrosión.
Figura E-1 curva de solubilidad en agua de algunas sales típicas
TIPOS DE EQUIPOS DE EVAPORACION Y METODOS DE OPERACIÓN Evaporador de t!os "or#$o%ta&es' Es un tipo clásico de construcción y se #a utilizado muc#o desde #ace a%os. La solución que se va a evaporar #ierve por uera de los tubos #orizontales! dentro de los cuales se condensa el vapor. Los tubos #orizontales interferen con la circulación natural del lquido en ebullición! y por lo tanto minimiza la agitación del lquido. +omo resultado! el coefciente de transerencia de
calor es menor que en otras ormas de evaporadores! en especial si la solución es viscosa. Además las incrustaciones originadas por la evaporación de la solución se acumulan en el e$terior de los tubos de donde se puede eliminar con acilidad como seria en el inerior de los tubos. &or lo general! los tubos #orizontales se #an insertado dentro de la coraza de vapor! con casquillos empacados en lugar de juntas voladas o saldadas. &or esta razón los tubos #orizontales se utilizan principalmente en instalaciones peque%as! en donde la solución que se va a tratar es diluida y no se genera espuma ni se depositan solidos sobre los tubos del evaporador! o cuando los materiales de construcción impiden la soldadura o rolados de tubos.
Figura E-. !iagrama de sección transversal de un evaporador de tubos "ori#ontales
Evaporadores de t!os vert#ca&es de las variedades de canastas y vertical normal! son mejoras defnitivas con respecto al evaporador de tubos #orizontales. En ambos! la solución #ierve dentro de tubos verticales! con el medio de calentamiento! que suele ser vapor condensante! mantenido en una c#aqueta a trav)s de la cual pasan los tubos. En el evaporador de canastas. La c#aqueta de vapor orma una canasta colgada en el centro del evaporador. La ebullición o calentamiento del lquido en el interior de los tubos causan un -ujo ascendente a trav)s de estos y el lquido no evaporado -uye #acia abajo a trav)s del anular alrededor de las canastas. El evaporador normal de tubos verticales! la c#aqueta de vapor tiene orma de rosquilla. El lquido -uye #acia arriba a trav)s de los tubos y #acia abajo a trav)s del orifcio central. En instalaciones grandes pueden e$istir varios conductos de retorno en lugar del conducto central. En ambos tipo! los tubos se insertan dentro de láminas de tubos rolando o soldando! lo cual reduce en orma considerable al costo en comparación con los castillos empacados que se utilizan tradicionalmente en el evaporador de tubos #orizontales.
Figura E-$. !iagrama de sección transversal de un evaporador de canasta.
Figura E-%. !iagrama de sección transversal de un evaporador normal de tubos verticales con circulación natural.
Evaporadores de c#rc&ac#(% )or$ada' En estos evaporadores! el lquido que se está evaporando se bombea a trav)s de un intercambiador de calor! en donde el medio de calentamiento rodea a los tubos que conducen la solución. La cada de presión y la carga #idrostática combinadas son! con recuencia! lo sufcientemente grandes para evitar que la solución #ierva en los tubos del intercambiador! de manera que el vapor generado es separado de manera instantánea a media que el lquido entra al espacio de separación. ado que la velocidad de la mezcla que se separa al instante es alta! los desviadores son importantes para minimizar el arrastre. El coefciente de transerencia de calor dependerá de la velocidad de circulación! as como del /0 total! temperatura de ebullición y propiedades del sistema. +on velocidad de circulación baja la ebullición ocurre en buena medida a trav)s de la longitud del tubo. La ebullición incrementa la turbulencia y puede #acer que el coefciente del lado de la ebullición sea #asta del doble del valor que tendra sin ebullición.
Figura E-&. !iagrama de sección trasversal de un evaporador de circulación 'or#ada con un calentador "ori#ontal e(terno.
Figura E-). !iagrama de sección transversal de un evaporador de tubos verticales con circulación 'or#ada
Evaporadores vert#ca&es de t!os &ar*os' 0ienen un -ujo de licor relativamente alto a trav)s de los tubos por convección natural. &or lo general! los tubos tienen de ,1 a 12 pies de longitud. La mezcla vapor3 liquido sale por la parte superior de los tubos y c#oca con un desviador. La velocidad del licor es sufcientemente alta de manera que el desviador act"a como un rompe3espuma eectivo. &or tanto! entre los evaporadores de circulación normal! el evaporador vertical de tubos largos compite más avorablemente con el evaporador de circulación orzada! para aplicaciones en grandes instalaciones modernas. El problema mayor con este tipo de evaporador es una distribución uniorme del -uido en las paredes del tubo. Esto puede lograrse utilizando vertederos nivelados con cuidado o mediante la aspersión directa del -uido sobre las paredes del tubo. Evaporador de pe&+c&a tr!&e%ta' (aneja lquidos viscosos y puede adaptarse a la evaporación de una solución o licor #asta sacarlos por completo. La unidad consiste en un tubo vertical calentado en las dos terceras partes ineriores con una c#aqueta de vapor! que contiene un rotor central. 'obre el rotor se encuentran montado aspas que se e$tienden casi #asta las paredes calentadas. El tercio superior del cilindro tiene un diámetro grande y no esta calentado. En esta región! las aspas verticales
del rotor llevan desviadores #orizontales que recolectan las gotas arrastradas y las regresan a las paredes del evaporador.
Figura E-*. !iagrama de sección transversal de un evaporador vertical de tubos largos
Figura E-+. Sección trasversal de un evaporador de película turbulenta.
Evaporador de co,!st#(% s,er*#da' Este no requiere de una superfcie metálica de transerencia de calor! dado que los productos de combustión burbujean a trav)s del -uido de proceso. La peque%a cantidad del equipo sumergido y su dise%o reduce al mnimo los costos de reemplazo. Además las paredes de cerámica o de otro material resistente! aunque estos materiales son aislantes t)rmicos! puesto que no se utilizan con superfcie de transerencia de calor.
Figura E-,. Evaporador de combustión sumergida. quí la carcasa de combustión acta para canali#ar y controlar los gases de combustión y proteger las paredes del quemador de la corrosión durante la operación.
METODOS DE OPERACIÓN PARA EVAPORADORES Evaporador de s#,p&e e)ecto' En la fgura E3,2! se muestra un diagrama simplifcado de simple eecto. La alimentación entra a 0 4 y en la sección de intercambio de calor entra vapor saturado a 0 '. El vapor condensad sale en orma de peque%os c#orros. &uesto que se supone que se supone que la solución del evaporador está completamente mezclada! el producto concentrado y la solución del evaporador contienen la misma concentración y la misma temperatura 0 ,! pues está en equilibrio con la solución en ebullición. La presión es & ,! que es la presión de vapor de la solución a 0,. q = U A ∆ T =UA ( T s−T 1 )
onde5 q/ Es la velocidad de trans'erencia de calor en 0 btu2"3 4/ Es el coe5ciente total de trans'erencia de calor en 02m .6 btu2".pie.7F3 / Es el 8rea de trans'erencia de calor en m pie 3 9 S/ Es la temperatura del vapor que se condensa en 6 7F3 9 1/ Es el punto de ebullición del líquido en 6 7F3
Figura E-1:. !iagrama simpli5cado de un evaporador de simple e'ecto
&ara resolver la ecuación anterior! es necesario calcular q llevando a cabo un balance de calor y materia en el evaporador de la fgura E3,2. La alimentación 4 6g7# 8lbm7#9 con contenido de solidos de racción masa $ 4! temperatura 04 y entalpia #4 :76g 8btu7lbm9. La salida es un lquido concentrado L 6g7# 8lb m7#9 con un contenido de solidos $ L! una temperatura
0, y una entalpia #L. El vapor ; 6g7# 8lb m7#9 se deprende como disolvente puro con un contenido de solidos y ;<2! temperatura 0, y una entalpia = ;. La entrada de vapor de agua saturado ' 6g7# 8lb m7#9 tiene temperatura 0 ' y entalpia ='. se supone que el vapor de agua condensado ' sale a 0 ' esto es! a la temperatura de saturación! y con su entalpia # '. Esto signifca que el vapor de agua sólo transfere su calor latente! λ ! que es
λ = H S −hS
&uesto que el vapor ; está en equilibrio con el lquido L! las temperaturas de ambos son iguales. Además la presión & ,! es la de vapor de saturación del lquido de composición $L a su punto de ebullición 0 ,. 8Esto supone que no #ay elevación del punto de ebullición.9 &ara el balance de materia5 4; &ara el balance respecto al soluto5 4$ 4"> ; ?"> ; ?
Entonces el calor traserido en el evaporador es q = S
El calor latente del vapor de agua a la temperatura de saturación se obtiene de las tablas de vapor de agua saturado. 'in embargo! generalmente no se dispone de las entalpias de la alimentación y los productos. &or lo tanto! se establece algunas apro$imaciones para determinar el balance de calor! como sigue5 ,. 'e puede demostrar en orma apro$imada que el calor latente de evaporación de ,6g masa de agua de una solución acuosa se calcula con las tablas de vapor mediante la temperatura de la solución a ebullición 0, 8temperatura de la superfcie e$puesta9 en lugar de la temperatura de equilibrio del agua pura a & ,. 1. 'i se conoce la capacidad calorfca de la alimentación liquida y del producto! estos valores son "tiles para calcular las entalpias. 8se desprecias los calores de dilución! que en la mayora de los casos se desconoce.9
EFECTOS VARIAB-ES DE PROCESO EN -A OPERACIÓN DE EVAPORADORES Efecto de la temperatura de alimentación. La temperatura de entrada
de la alimentación tiene un gran eecto sobre la operación del evaporador. 'i la alimentación está a presión y temperatura superior al punto de ebullición en el evaporador! se logra una vaporización adicional por medio de la evaporación instantánea de una parte de la alimentación caliente. El precalentamiento de la alimentación reduce el tama%o del evaporador y el área de transerencia de calor que se requiere.
Efecto de la presión. En muc#os casos es deseable con un valor más alto de ΔT ! pues a medida que aumenta Δ T ! el área de la superfcie de
calentamiento A y el costo del evaporador disminuyen. &ara reducir la presión debajo de ,2,.1?6&a 8esto es! para operar el vaco9! debe usarse un condensador y una bomba de vaco. Efecto de la presión de vapor de agua . +uando se usa vapor de agua saturado a presión más alta! el valor de ΔT aumenta! con lo cual
disminuye el tama%o y el costo del evaporador. 'in embargo! el valor de alta presión cuesta más y suele ser más valioso como uente de potencia en otros equipos. &or consiguiente! la presión óptima del vapor de agua se determina mediante un balance económico general.
E-EVACION DE- PUNTO DE EBU--ICION DE -AS SO-UCIONES En la mayora de los casos de evaporación! las soluciones no son tan diluidas! por tanto! las propiedades t)rmicas de las soluciones que se evaporan pueden ser muy dierente a las del agua. Las concentraciones de las soluciones son bastantes altas por lo cual los valores de capacidad calorfca y punto de ebullición son muy distintos de los del agua. 'in embargo se puede usar una ley emprica muy "til conocida como regla de !A"ring. +on esta t)cnica se obtiene una lnea recta cuando se grafca el punto de ebullición de una solución en @+ y @4 en unción al punto de ebullición del agua pura a la misma presión para determinada concentración a dierentes presiones. &ara cada concentración se obtiene una lnea recta.
Figura E-11. >íneas de !A"ring para las soluciones acuosas de Ba<
.RAFICAS DE ENTA-PIA Y CONCENTRACION DE SO-UCIONES +uando el calor de disolución de la solución acuosa que se está concentrado en el evaporador es bastante alto! despreciarlo en los balances de calor puede causar errores considerables. Este enómeno del calor de disolución se e$plica cómo sigue. +uando se disuelven lentejas de aB= en cierta cantidad de agua! se observa que se presenta un incremento de la temperatura! esto es! se desprende calor! al cual se le llama calor de disolución. La cantidad de calor desprendida depende del tipo de sustancia y de la cantidad de agua usada. Además! cuando una solución concentrada de aB= de diluye a concentraciones más bajas tambi)n se libera calor. &or consiguiente! cuando una solución se concentra a de una concentración baja a una más alta! es necesario suministrar calor.
Figura E-11. Dra5ca de entalpia concentración para el sistema Ba<-agua. Estado d re'erencias agua líquida a :7C *$63 o $7F.
CONDENSADORES PARA EVAPORADORES &or regla general! los vapores del "ltimo eecto de los evaporadores de eecto m"ltiple salen al vaco! esto es! a presiones ineriores a la atmos)rica. Estos vapores deben condensarse y descargarse como lquido a presión atmos)rica. Esto se logra al condensar los vapores usando agua de enriamiento. El condensador puede ser de superfcie! donde el vapor por condensar y el lquido e enriamiento están separados por una pared metálica! o contacto directo! donde el vapor y el lquido de enriamiento se mezclan directamente.
Co%de%sadores de sper/c#e' 'e emplean cuando no se desea que se mezclen el condensado y el agua de enriamiento. En general! son condensadores de tubos y corazas con vapor en la coraza y agua de enriamiento en los tubos con -ujo de pasos m"ltiples. La corriente de vapor casi siempre contiene gases no condensables. Estos pueden ser aire! +B1! 1 y otros gases que generalmente están presentes en el vapor! incorporados como gases disueltos en la corriente de alimentación! o bien provenientes de descomposiciones en la solución. Estos gases no condensables se desogan
en un tubo de ventilación en cualquier punto bien rio del condensador. 'i el vapor que se condensa está por debajo de la presión atmos)rica! el lquido condensado que sale del condensador de superfcie puede e$traerse bombeado y los gases no condensables con unas bomba de enriamiento! por lo que no se emplea cuando un condensador de contacto directo resulta adecuado.
Co%de%sador de co%tacto d#recto El agua de enriamiento se pone en contacto directo con el vapor para condensarlo. Cno de los tipos más comunes de condensadores de contacto directo es el barom)trico a contracorriente que se muestra en la fgura E3,1. El vapor entra al condensador y se condensa al elevarse contra una cortina de gotas de agua de enriamiento. El condensador se sit"a en la parte superior de un tubo largo de descarga. El condensador está a una altura sufciente por encima del punto de descarga del tubo como para que la columna de agua en el inerior de )ste compense de manera sobrada la dierencia de presión entre la presión absoluta baja en el condensador y la atmósera. e esta manera! el agua se descarga por gravedad a trav)s de un recipiente de sellado en el e$tremo inerior. 'e usa una altura apro$imada de ,2.Dm 8?Dpies9. El condensador barom)trico es barato y a#orrador en cuanto al consumo de agua. &uede mantener un vaco correspondiente a la temperatura del vapor saturado con una dierencia de más o menos 1. 6 8F@49 respecto a la temperatura del agua que sale del condensado. &or ejemplo! si el agua de descarga está a ?,G.F 6 8,,2@49! la presión correspondiente a ?,G.F>1. 6 o ?,H.? 6 es ,2., 6&a 8,.Dpsia9. El consumo de agua se estima por medio de un simple balance de calor del condensador barom)trico. 'i el -ujo de vapor al condensador es ; 6g7# a temperatura 0' y el -ujo de agua es J 6g7# con una temperatura de entrada 0K, y una temperatura de salida 0 K1! la deducción es la siguiente5 VH S + W c p ( T W 1 − 273.2 )=( V +W ) c p ( T W 2 − 273.2)
onde =' es la entalpia obtenida de las tablas de vapor a 0 ' 6 y la presión de la corriente de vapor! resolviendo! W Kg agua H S −c p ( T W 2 −273.2 ) = = V Kg vapor c p ( T W 2− T W 1 )
Los gases no condensables pueden eliminarse del condensador con una bomba de vaco mecánica o un eyector de c#orro de agua. El vapor de agua a alta presión que se alimenta al eyector entra a gran velocidad por una tobera y arrastra los gases no condensables del espacio sometido al vaco
Figura E-1. !iagrama esquem8tico del condensador barométrico.
EVAPORACION DE MATERIA-ES BIO-O.ICOS' La evaporación de los materiales biológicos suele dierir de la de materiales inorgánicos como a+l y aB=! as como de los materiales orgánicos como el etanol y el ácido ac)tico. Los materiales biológicos como productos armac)uticos! la lec#e! los jugos ctricos y los e$tractos vegetales suelen ser muy sensibles al calor y con recuencia contienen partculas muy fnas suspendidas en solución. Además y debido a los problemas de crecimiento bacteriano! el equipo debe dise%arse de tal manera que pueda limpiarse con acilidad. (uc#os materiales biológicos en disolución presentan elevación del punto de ebullición muy baja al concentrarse. Esto se debe a que los sólidos suspendidos en orma de partculas muy fnas y los solutos disueltos de alto peso molecular! contribuyen muy poco a esta elevación. El grado de degradación de los materiales biológicos durante la evaporación está en unción de la temperatura y del tiempo de procesamiento. &ara mantener la temperatura baja! la evaporación debe #acerse al vaco! lo que reduce el punto de ebullición de la disolución. &ara que el tiempo de contacto sea corto* el equipo debe tener un tiempo bajo de retención 8tiempo de contacto9 del material que se está evaporando. A continuación se se%alan los tipos de equipo usados y algunos de los materiales que se procesan en ellos. ,. Evaporador vertical de tubos largos. Lec#e condensada 1. Evaporador de cada de pelcula. :ugos de rutas ?. Evaporador de pelcula agitada 8pelcula con raspador9. Láte$ de cauc#o! gelatinas! antibióticos! jugos de rutas
D. Evaporador de ciclo con bomba de calor. :ugos de rutas! lec#e! productos armac)uticos
MATERIA-ES0 EQUIPOS Y REACTIVOS • •
Agua 'istema completo de evaporación +aldera Evaporador +ondensador Enriador 8intercambiador de calor9 ;álvulas 0anques receptores de lquido
Figura E @ 1$. !iagrama de uGo completo del sistema de evaporación
PROCEDIMIENTO E1PERIMENTA•
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&reparar el equipo de evaporación! si #ay alg"n material almacenado en los depósitos! descárgalos y limpiarlos. &reparar el agua para el caldero! la alimentación y el agua de enriamiento para el condensador. Encender la caldera 8de esta manera preparamos el vapor de agua! uente de caleacción en el evaporador9 Al tener preparado vapor de agua para alimentar al evaporador! encendemos el impulsor 8una peque%a bomba q impulsa la solución a concentrar9 Abrimos la válvula de agua de enriamiento 8condensador9 Encendemos el panel de control. espu)s de esto la operación es automática! y solamente se controlan los -ujos de entrada.
OBSERVACIONES RESPECTO A -A OPERACIÓN DE EVAPORACION REA-I2ADA El sistema tena una bomba que impulsaba la alimentación! desde el almacenamiento #asta el evaporador! ingresando por la parte de arriba. El sistema contaba con m"ltiples válvulas! para un perecto control de los -ujos! as como tambi)n sensores de presión y temperatura! para evitar gastos de vapor innecesarios! de esta orma as dar un mayor rendimiento al proceso. Al modifcar alg"n -ujo! cambia de orma considerable otras variables del proceso! la más sensible era la temperatura. +ambiaba ácilmente. La temperatura es la variable más importante a considerar en la evaporación. B0A5 respecto a los cálculos y toma de datos! no ue de prioridad en esta práctica! ya que lo que buscábamos era conocer el uncionamiento correcto que puede tener una plata en donde se aplica la evaporación.
CONC-USIONES •
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'e reconocieron todas las partes y el correcto uncionamiento de un sistema de evaporación5 'e identifcó la temperatura! que es una variable muy importante a controlar en este proceso! ya que era aectado por un peque%o cambio de -ujos.
BIB-IO.RAFIA •
&B+E'B' E 0A'&B0E M &I+I&IB E &B+E'B' E 'E&AA+IN! +#ristie :o#n OeanPoplis! Cniversity o (innesota! compa%a editorial continental cuarta edición me$ico 122G.
&I+I&IB E B&EA+IBE' CI0AIA'! Alan '. 4oust! Leonard A. Jenzel! +urtis J. +lump! Louis (aus! L. Qryce Andersen segunda edición! compa%a editorial continental! impreso en me$ico. I4B(A+IB &B&B+IBAA &B EL B+E0E.
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PROB-EMAS DE EVAPORACION
,. Cn evaporador continuo de eecto simple concentra H21 6g7# de una solución de sal al ,.2R en peso que se encuentra a ?,, 6 8?.@+9! #asta una concentración de ,.FR en peso. El vapor en el evaporador está a ,2,.?1F 6&a 8, atm9 y el vapor de agua que se introduce está saturado a ,D?.? 6&a. El coefciente global de transerencia de calor C<,2D J7m16. +alcule 8a9 las cantidades de vapor y de producto lquido 8b9 el área de transerencia de calor 8c9 la cantidad de vapor utilizado 8d9 el n"mero de tubos QJO ,G de ,F pies de longitud! diámetro de , ST. &uesto que se trata de una solución diluida! suponga que el punto de ebullición es igual a la del agua. atos5 4
UL<2.2,F Pg sal7Pg solución ;apor saturado a ,D?.? P&a C<,2D J7m16
atos del agua en tablas +p de 4
Qalance de materias5 Olobal5
F =V + L 9072
8,9
=V + L
819
x F F = x L L
&arcial 8soluto95
8?9
∗ 9072=0.015
0.01
L=6048 kg solucion / h
eemplazo el valor de L en la ecuación 819 9072=V + 6048 V =3024 kg H 2 ( v ) / h
Encuentro la entalpia de la alimentación! 0,<,22@+ ya que el vapor está saturado a ,2,.?1FP&a h F = c p ( T F −T 1 ) h F = 4.186
k! ( 311− 373.15 ) K kg"K
Qalance de energa5
h F = 260.4
F h F + Sλ= L h L + V H V
k! kg
h L= 0
∗
9072 260.4
+ S∗2230=6048∗0 +3024∗2257
S = 4119.84 kg H 2 ( v ) / h
&ara determinar el área de transerencia de calor5
q =Sλ
q =UA ΔT
q =4119.84 ∗2230
q = 9 187243.2
k! h h 3600 s
q = 2552 kW
=1.704
2552 kW
A =149.8 #
kW 2
# K
A ( 383.15 −373.15 ) K
2
"mero de tubos , ST! QJO ,G a<2.?F pie 17pie lineal 2 2 10.76 pi$ =1 611.8 pi$ 2 A =149.8 # 2 1# 2
A 1611.8 pi$ Longi%u& %o%al &$ %u'os = = = 4 493.4 pi$ a 0.3587 pi$ 2 / pi$ li
()#$ro &$ %u'os =
4 493.4 pi$ 15 pi$
()#$ro &$ %u'os=299.6 ≅ 300 %u'os
'BLC+IB E EU+EL5 abrir
1. Cna alimentación de DF?F Pg7# de solución de sal al 1.2R en peso a ?,, 6! entra continuamente a un evaporador de eecto simple para concentrarse a ?.2R. La evaporación se lleva a cabo a presión atmos)rica y el área del evaporador es GH. m 1. El calentamiento se logra con vapor saturado a ??.1 6! puesto que la solución es diluida! se puede suponer que tiene el mismo punto de ebullición del agua. 'e estima que la capacidad calorfca de la alimentación es c p
UL<2.2? Pg sal7Pg solución ;apor saturado a ??.1 6 A
atos del agua en tablas =v V ??.1 6<11F P:7Pg λ a ??.? 6 < 11?2 P:7Pg
x F F = x L L
Qalance de soluto5
∗ 4535= 0.03∗ L
0.02
L=3023.23 kg / h F =V + L
Qalance global5 4535
=V +3023.23
V =1511.77 kg / h
F h F + Sλ=V H V + L h L
Qalance de entalpia5 4535
∗4.1∗( 311− 373.2 )+ S∗2230 =1511.77∗2257 + 3023.23∗4.1∗(0 )
S = 2048.69 kg H 2 ( v ) / h
eterminación del coefciente global de traserencia de calor5 q =UA ΔT q = Sλ
4568578.7
k! =U ∗69.7 #2∗ (383.2 −373.2 ) K h
U = 6554.63
U =1.82
k!
1h
1 kW
h " # " K 3600 s 2
/s
1 k!
kW 2
# K
'BLC+IB E EU+EL5 abrir
?. 'e usa un evaporador para concentrar DF?G Pg7# de una solución al 12R de aB= en agua que entra a G2 @+ y sale con F2R de sólidos. La presión del vapor de agua saturado que se usa es ,1.D P&a y la presión del vapor en el evaporador es ,,. P&a. El coefciente total de
transerencia de calor es ,FG2J7m 1.6. +alcule 8A9 la cantidad de vapor de agua usado! 8b9 la economa del vapor en Pg vaporizados7Pg de vapor de agua usados 8c9 el área superfcial de calentamiento en metros cuadrados 8d9 n"meros de tubos de ,T de ,2 pies de longitud QJO ,G.
Qalance de materia Qalance de soluto5 4536
F x F = L x L
∗0.20 = L∗0.50
L=1814.4 kg / h
Qalance Olobal5
F =V + L
V = 4536 −1814.4 V =2721.6 kg / h
&ara determinar el punto de ebullición de la solución al F2R de concentración se obtiene primero el punto de ebullición del agua pura a ,,. P&a! interpolando se obtiene D.H@+.
=aciendo uso de la gráfca de !A"ring para un punto de ebullición del agua a %+.,7C 1:7F3 y Ba< al &:H se obtiene una temperatura de +,.&7C
*P*= 89.5 −48.9 =40.6 +,
e acuerdo con la gráfca de entalpia y concentración para aB= al 12R y a G2@+ #4<1,D P:7Pg! para el aB= al F2R y H.F @+ # L
Qalance de entalpia5 F h F + Sλ= L h L+ V H V
(
4535 214
)+ S ( 2214 )=1814 ( 505 ) + 2722 ( 2667 )
S = 3255 vapor &$agua / h q = Sλ =3255 ( 2214 )
1 3600
=2002 kW
q =U " A " Δ T - 2002 ( 1000 )=1560. A " ( 115.6 −89.5 ) 2
A = 49.2 #
La economa del vapor5
/
2722 3255
=0.836
umero de tubos ,T de ,2 pies de longitud QJO ,G5 a< 2.11 2
A 529.3 pi $ =2324.5 pi$ long%o%al = = a 0.2277 pi$2 / pi$ nu#$ro&$ %u'os =
2324.5 pi$ 10 pi$
/ %u'o
=232.4
≅
240 %u'os
APENDICES
