LABORATORIO DE OPERACIONES
Profesor:
Castillo Williams
Alumnos:
Avila Gonzales Carlos Carbajal Vega Pamela Paredes Paredes Nonato Lars
Nuevo Chimbote – Perú 2015
INTRODUCCIÓN En un evaporador de película descendente, la solución a evaporar fluye rápidamente como una fina película hacia abajo y hacia dentro de la pared del tubo vertical. La vaporización se produce dentro de los tubos por el calentamiento externo de los tubos. El evaporado fluye hacia abajo en paralelo al flujo líquido. El evaporado y el líquido concentrado se separan en la cámara inferior de la calandria y en el cabezal de vapor, donde el vapor y el líquido son sereados por ravedad y!o por fuerza centrífua. Los líquidos eneralmente disminuyen su viscosidad por aumento de la temperatura, lo cual permite aumentar la velocidad de caída y esto da como resultado un equipo que trabaja con bajos tiempos de residencia, factor de importancia al concentrar líquidos extremadamente termo sensibles. Esta propiedad es utilizada para determinar el correcto flujo del producto entre los cuerpos evaporadores, ya que en muchas ocasiones conviene evaporar el producto concentrado en el primer cuerpo para facilitar el flujo y enerar un mejor coeficiente de transferencia debido a la menor viscosidad a altas temperaturas. La alta velocidad de circulación del producto en los evaporadores fallin film permite responder rápidamente a los cambios en las condiciones de operación y reducir los tiempos de arranque y parada del equipo.
OBJETIVOS Los objetivos que se pretenden conseuir en la realización de esta práctica de laboratorio son" # #
$umentar la concentración del producto de entrada %onocer la operación de evaporación por película descendente y alunas de las variables que
#
influyen en las características del producto final. &ealizar balances de materia y enería para encontrar las eficiencias t'rmicas y de evaporación del sistema.
MATERIALES Y EQUIPOS A. Materiales
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Equipos
B.
0$L$1($
E2$+,&$*,& *,0LE E3E%/,
MARCO TEÓRICO La t'cnica de evaporación 4 concentración permite separar la parte acuosa de las sustancias contaminantes de efluentes industriales 5disueltas o en suspensión6 consiuiendo un destilado totalmente depurado y un concentrado que reduce sinificativamente los costes de estión de residuos. El destilado obtenido puede ser incluso reutilizado. El proceso tiene amplio campo de aplicación en la industria farmac'utica, del metal, papelera e industria química entre otros sectores industriales.
Evaporaci! al vac"o por a#ua calie!te$ estos evaporadores poseen un aporte de aua caliente!fría en circulación forzada e intercambiador de calor de haz de tubos externo a la cámara de ebullición. El calor necesario para la ebullición del aua a tratar proviene del aua caliente que circula por el intercambiador de calor, mientras que la condensación de vapor se consiue racias al aua fría que circula por el intercambiador de calor que se encuentra encima de la cámara de ebullición.
Evaporaci! al vac"o por co%presi! %ec&!ica 'el vapor$ trata de recuperar el calor latente de condensación del destilado como fuente de calentamiento del líquido a evaporar. La temperatura del vapor enerado en la evaporación, se incrementa mediante compresión del propio vapor. *e esta manera el vapor sobrecalentado puede se reciclado por medio de un intercambiador del propio evaporador consiui'ndose un doble objetivo" $horro de enería para la evaporación y Evitar el medio refrierante para la condensación 5torres de refrieración, etc.6. Existen dos posibilidades, uno que emplea la circulación natural del vapor y otro que mediante un dise7o más sofisticado recircula el fluido, creando una película descendente en la zona de evaporación que favorece la destrucción de la espuma y reduce el ensuciamiento. La evaporación con compresión mecánica del vapor es el sistema de evaporación mediante corriente el'ctrica de mayor eficacia ener'tica.
Evaporaci! al vac"o por (o%(a 'e calor$ disfruta del ciclo friorífico del as freón, mediante la acción de la compresión del as que se condensa y cede calor al líquido a evaporar mediante intercambio t'rmico. +osteriormente se procede a la expansión del as por medio de una válvula termostática y de la acción de un condensador que refriera el líquido evaporado y extrae el destilado. El freón discurre en circuito cerrado y herm'tico. $l estar sometido el reactor de evaporación al vacío, permite evaporar a temperaturas sobre los 89 :%, por lo que no se precisa ninuna otra fuente de calor no refrieración convirti'ndose en un proceso muy atractivo desde el punto de vista económico y de estión.
Este sistema de baja temperatura de evaporación permite una ran diversidad de aplicaciones, incluso para líquidos muy corrosivos mediante aleaciones especiales, sistemas de evaporación hasta residuo seco, líquidos fuertemente incrustantes o que cristalizan, etc. .
RESU)TADOS
DATOS$
A)IMENTACION • • • • • • •
;ateria +rima< -olución $zucarada 2olumen de alimentación< =.> Litros *ensidad $bsoluta de la mezcla< ??@@.= A!m > ;asa de $limentacion < =.BC A %oncentracion< 8D0rix +otencia del caldero< >9 A /iempo de funcionamiento del caldero< >F min
EVA*ORADOR + • • • • • • •
;ateria +rima %oncentrada que sale< 9.C Litros *ensidad $bsoluta de la ;ateria +rima %oncentrada< ?=>8.8> A!m > ;ateria +rima concentrada que sale< ?.>F A %oncentracion< BB.F D0rix %ondensado < >.@F A 2apor que sale < >.? A $?<$B<9.BCmB
BA)ANCE DE MATERIA$ ; $limentacion<;sale? G2apor producido? ;sale?< ;csale en el evB G;condensado G2sale ; $limentacion < ;csale en el evB G;condensado G2saleG2apor producido?
Ree%pla,a!'o 'atos$ =.BC< ?.>FG>.@FG>.?G 2apor producido?
Vapor pro'uci'o--.-/ 0# Calcula!'o la %asa que sale 'el evapora'or -$ ;sale?< ;csale en el evB G;condensado G2sale ;sale? < ?.>FG>.@FG>.?
Msale- 1.Calcula!'o la co!ce!traci! 'e la %asa que sale-$
=.BCH9.98
BA)ANCE DE ENER2IA$ *ARA E) *RIMER EVA*ORADOR$
*atos"
*cal'era 34 05 o
t de funcionamiento.
999 AM
D- 6.+/7839 0# o
o
/em. *?< B>.C D% Por tablas de During a 23.7°C y 4% entonces la entalpia es: Nd?< BFCF.C?@ AM!O *?HNd? B>I=?.>= AM
2- 1.-99-4+79 0# o
o
/em. K?< == D% Por tablas de During si el agua ebulle a 99°C la solución de azcar ebulle a !"2.29#2°C N?< IF99 AM!O K?HN? @=BB8.IC AM
D9 8.7+ 0# o
+resion de entrada< 899 A+a /em. *8< ?9@ D% $&'()*C+$,: &e puso a 4 bar pero solo se llego -asta !"# °C lo ideal era -asta
o
!43.# °C es por eso /ue se obtu0ieron los datos a !"#°C Nsd8< B@IF.> AM!O Ncd8 888.8 AM!O
o
o
*8H5Nsd8#Ncd86 @.FBH5B@IF.>#888.86 ?8@?9.@@I AM
Vapor *ro'uci'o -.-3+ 0# o o
Nproducido< B@I=.I8 AM!O /emp.+ierde < == D% 2apor producidoH Nvapor producido ?.?>BHB@I=.I8 >9>=.FB AM
Calcula!'o el D9 real$
@>999GB>I=?.>=#@=BB8.IC#>9>=.FB
D9 /.113-/ 0# Calcula!'o el U$
P< C.II>?CH BB89.=
U-/887.9 0:;<%+=C> *ARA E) SE2UNDO EVA*ORADOR$
Calor e!tra!te$ 3477.1763-9 ?J 2- 1.-9 0# o o o
%oncentracion de alimentación < 8.F@ /em. K?< == D% N?< IF99 AM!O K?Hh? @=BB8.IC?F=OM
D+ -.379-4+79 0# o
%oncentracion de salida< BB.F9 /em.*B< FI.CD% Por tablas de During si el agua ebulle a 1.7°C la solucion de azucar ebulle a #2°C
o
NdB< ?9IC.B AM!O
o
*BHNdB ?8CB.?I9BI?OM
D7 3.86 0# o o o o
%oncentración< 9 /em. *F< IB.F D% NsdF< [email protected] AM!O NcdF< >8C.FAM!O *FHN5s#c6dF I8=?.8BI OM
D3 3.- 0# o o o
%oncentración< 9 /em. *>< >8.>F D% Nsd>< BF@>.@ AM!O *>HN*> C=8C.?@ OM
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&eemplazando" Rc?< @=C=.CB=?@COM
Calcula!'o el Calor que se atrapa e! el co!'e!sa'or +$ @c+ 9/364.+3 0J Calcula!'o el U+$
U+ -739.-33 0:;<%+=C>
DISCUSIONES En los concentradores de película descendente, la capa de producto debe ser lo suficientemente delada para permitir un alto coeficiente de transferencia t'rmica pero se debe evitar la incrustación del producto en los tubos debido a una capa de poco espesor. En alunas confiuraciones, dependiendo del producto y la aplicación, el líquido puede ser recirculado al mismo efecto mediante bombas de alto caudal para optimizar aUn más la transferencia t'rmica por la alta turbulencia del producto dentro de los tubos y mejorar el cubrimiento de los tubos evitando el quemado de producto o la formación de incrustaciones. +ara evitar esto, el dise7o de la olla de distribución del producto, ubicada a la cabeza de cada cuerpo evaporador, es un punto crítico y esencial para el correcto funcionamiento del equipo y la obtención de un producto final de primera calidad. Esto se combina con la utilización de tubos laros de hasta ?> metros de lonitud, aumentando el caudal de líquido por tubo ya que así se puede conseuir la misma superficie de intercambio con una menor cantidad de tubos racias a su mayor lonitud. En la parte inferior del evaporador se produce la separación de estas dos fases. El concentrado es tomado por bombas y el vapor se envía al condensador 5simple efecto6, mientras que los sistemas mUltiefecto utilizan como medio calefactor, el vapor enerado en el efecto anterior, y por lo tanto el vapor enerado en el Ultimo cuerpo es el que se envía al condensador. $ modo de ejemplo, si alimentamos con ? Ailoramo de vapor vivo un evaporador simple efecto, obtendremos aproximadamente ? Ailoramo de aua evaporada, mientras que si alimentamos un evaporador doble efecto con la misma cantidad de vapor, o sea ? Ailoramo, obtendremos B Ailoramos de aua evaporada, uno por cada efecto.
-e concluye entonces, que a mayor cantidad de efectos, mayor será el rendimiento de evaporación, lorándose estupendas relaciones de vapor vivo consumido por Ailoramo de líquido evaporado. tra posibilidad de aumentar el rendimiento del evaporador es instalando un sistema de termo compresión de vaporesV este proceso constituye un recurso muy utilizado en la actualidad, en donde el vapor enerado es comprimido por vapor de alta presión, lorándose un aumento sinificativo del poder calorífico del vapor resultante o mediante compresión mecánica 5para altas capacidades de evaporación6. El reuso de vapor permite obtener excelentes economías durante la operación. +or otro lado, el residuo concentrado, que sufre una importante reducción de peso, hace que los costes de estión de residuos disminuyan cuantiosamente. $demás, por lo eneral, no es necesario
utilizar reactivos químicos, salvo en contadas ocasiones, que se precisa de la dosificación de un antiespumante. $simismo, los equipos son compactos, prácticos e instrumentalizados, por lo que el seuimiento de su funcionamiento es sencillo, permitiendo llear a tratar efluentes de hasta B9 m>!h en un solo evaporador. 3inalmente, tambi'n se debe tener en cuenta que al no haber de calentar el efluente hasta elevadas temperaturas, ya que al trabajar al vacío el aua hierve a >F#89 :% 5en función de la presión de operación6, los requerimientos ener'ticos del evaporador no tienen por qu' ser corrientes ener'ticas de alta calidad y excedentes ener'ticos de otros procesos serán de utilidad en la mayoría de los casos.
CONC)USIONES •
La evaporación y concentración al vacío es una de las tecnoloías más novedosas y eficaces para la minimización y tratamiento de residuos industriales líquidos en base acuosa. Es una tecnoloía limpia, seura y con un coste de operación bajo.
•
En muchos casos se puede obtener un sistema de tratamiento con vertido cero. Esto es muy importante para las empresas con una elevada actividad de impacto ambiental, siendo un paso más hacia la certificación ambiental.
•
En definitiva, la aplicación de la evaporación al vacío abre muchas posibilidades en diferentes sectores industriales. En concreto el sector de fabricantes de pinturas tienen como referente a /itán, tambi'n en este aspecto.
BIB)IO2RAA #
(ielinsAa 0. 5B99C6 2iscosidad de un líquido o fluido, presentación disponible en
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&eolóicas del YourtZ. &evista de la 3acultad de 3armacia 2ol. 8@ 5B6 B998 2enezuela, B998. 5Nernández, B99>6. 5;olina, B99=6. 5u et al., B99=6 5NarWalAar y Oaláb, ?=I@6.
