PRACTICA-EVAPORACION[1].docx

LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS

PRACTICA : << EVAPORACION EN UN SISTEMA DE DOBLE EFECTO >> PROFESOR: JHONAT JHONATA MORENO SILV SILVA INTEGRANTES: AZORZA RICHARTE MAYRA RUIZ PEREZ THAIS SALVATIERRA PAJUELO YULISSA

LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS…. PRCATICA: EVAPORACION EN UN SISTEMA DE DOBLE EFECTO

….

TABLA DE CONTENIDO: I.

INTRODUCCION:............................................................................................3

I.

........................................................... ................................................ ............................ ............ 3 OBJETIVOS.......................................

II.

MARCO TEÓRICO..........................................................................................4 •

Operación de Simple y Múltiple Efecto:........................................................6

•

Evaporadores con un Paso a Través y Con Circulación:.................................7

•

Evaporadores de Tubos Laros con !lu"o #scendente:...................................7

•

Evaporadores de Pel$cula %escendente: ......................................................7

•

Evaporadores de Circulación !or&ada': ........................................................8

......................................................... ........................................ ...................................... ....................... ..... 8 III) OBJETIVOS:.....................................

IV)

I)

MATERI ERIALES Y METO ETODOS:.........................................................................9 •

......................................................... ....................................... ........................... ........ 9 (')' M#TE*+#LES:.....................................

•

(','- P*OCE%+M+E.TO E/PE*+ME.T#L ..................................................10

PROCEDIMIENTOS:......................................................................................10

II) RESULTADOS:.............................................................................................11 •

•

•

•

...................................... ....................................................................... ................................. ... Dete!"#$%# &%' ()*%' ...................................... .......................................................... ........................................ ......................................... ..................... ......... 13 •

...............................................................................+$&$#,e -e E#e/$ ...................................... .......................................................... ........................................ ......................................... ..................... ......... 14 •

Determi!m"# UI:............................................................................1 ...................................... .......................................................... ................................. ............. E$""m%! &e' Si#tem!: ...................................... .......................................................... ........................................ ......................................... ..................... ......... 16 •

III)

.......................................................... ....................................... ..................................... ................. 16 DISCUSIÓN.......................................

IV)

CONCLUSIONES.......................................................................................18

V)

BIBLIOGRAFÍA.........................................................................................19 1 6


I.

….

INTRODUCCION: En el 0mbito de la inenier$a de procesos térmicos1 se entiende por evaporación la separación parcial del disolvente de una solución' El ob"etivo de la evaporación puede ser: la recuperación del disolvente1 la formación de una solución concentrada o la obtención de los sólidos disueltos por cristali&ación' #plicaciones industriales de la evaporación: Concentración de soluciones salinas1 0lcalis1 0cidos1 soluciones de pl0sticos1 &umos de fruta y 2ortali&as1 lec2e1 etc' Obtención de productos como por e"emplo: a&úcar a partir del "uo clarificado1 sal a partir de salmuera1 aua potable a partir de aua del mar' Seún sea el ob"etivo del proceso de separación1 se usan diferentes modelos de evaporadores' 30sicamente se trata de cambiadores de calor en los 4ue eneralmente se utili&a vapor de aua como medio de calefacción' La solución puede atravesar los tubos de un cambiador de calor de uno 5strai2t-t2rou2 evaporator6 o de múltiples pasos 5circulation evaporator6' Para soluciones 4ue contenan sustancias sensibles a la temperatura se emplean evaporadores de pel$cula' %e esta forma se limita el tiempo de permanencia de la solución en la &ona de temperaturas elevadas'

I.

OBJETIVOS

 %ar

1 6 a conocer

al estudiante los e4uipos empleados en la concentración de

alimentos a través de la operación de evaporación'  Conseuir una familiari&ación con los procesos de evaporación1 reali&ando la concentración de un &umo de frutas en un evaporador simple1 y reali&ar todos los balances m0sicos y eneréticos correspondientes'


….

 Estudiar el efecto de la presión e7terna y de los sólidos solubles en el punto de ebullición de un &umo de frutas'

II.

MARCO TEÓRICO

La evaporación es una operación unitaria empleada para remover un l$4uido de una solución1 suspensión o emulsión 2irviendo aluna porción del l$4uido' Es as$ un proceso de separación térmica o de concentración térmica' .osotros definimos el proceso de evaporación como a4uel 4ue comien&a con un producto l$4uido y termina con uno m0s concentrado1 pero aun l$4uido y aun bombeable y con el concentrado como el producto principal del proceso' La evaporación se diferencia del secado en 4ue el residuo es un l$4uido a veces muy viscoso en ve& de un sólido8 de la destilación1 en 4ue el vapor es eneralmente un solo componente1 y aun cuando el vapor sea una me&cla1 en la evaporación se pretende separar el vapor en fracciones8 de la cristali&ación1 en 4ue el interés se centra en concentrar una solución y no en la formación y crecimiento de cristales' En alunos casos1 como por e"emplo en la evaporación de salmuera para obtener sal común1 no 2ay una separación muy marcada entre evaporación y cristali&ación' La evaporación produce a veces una suspensión de cristales en un l$4uido madre saturado' Los procesos de evaporación suponen la aplicación de calor para vapori&ar 1 de la solución en su punto de ebullición' %ebido a 4ue muc2as aua 6

soluciones alimentar$as son muy sensibles a la aplicación del calor1 se debe traba"ar ba"o condiciones de vac$o o ba"a presión para 4ue el punto de ebullición sea m0s ba"o1 y de esta forma per"udi4uen en menor rado el alimento' Los factores b0sicos 4ue afectan la velocidad de evaporación son los siuientes: )6 la velocidad a la cual la ener$a puede ser transferida al


….

l$4uido1 ,6 la cantidad de ener$a re4uerida para evaporar cada 9iloramo de aua1 (6 la temperatura m07ima permitida para 4ue el alimento no 4uede afectado1 6 la presión a la cual se lleva a cabo la evaporación1 y ;6 los cambios 4ue pueden tener luar en el alimento durante el curso del proceso de evaporación' eneralmente1 en evaporación el l$4uido concentrado es el producto valioso1 mientras 4ue el vapor se condensa y desprecia' Sin embaro1 en alún caso concreto puede ocurrir lo contrario' #s$1 el aua conteniendo sales se somete con frecuencia a evaporación con el fin de obtener un producto libre de sólidos para alimentación de calderas1 para procesos especiales1 o para el consumo 2umano' Esta operación se llama frecuentemente destilación de aua1 pero1 1

6 el punto de vista técnico1 es una evaporación' Se 2an desarrollado y desde

utili&ado procesos de evaporación en ran escala para la recuperación de aua potable a partir de aua de mar' En este caso el aua condensada es el producto valioso' Solamente se recupera una fracción del aua total de alimentación y el resto se devuelve al mar'


*V

….

L) ,( +(

L(

+) ,)

SV +V TS( TS) ,1 TS1 Operac!" #e S$p%e & M'%(p%e Eec(*: ,F +F

La mayor$a de los evaporadores se calientan con vapor de aua 4ue SV

condensa sobre tubos met0licos' >eneralmente el vapor es de ba"a presión1 inferior a ( atm absolutas1 y con frecuencia el l$4uido 4ue 2ierve se encuentraV) a un vac$o moderado1 de 2asta ?1?; atm absolutas' #l reducir la temperatura de ebullición del l$4uido aumenta la diferencia de temperatura entre el vapor condensante y el l$4uido de ebullición y1 por tanto1 aumenta la velocidad de transmisión de calor en el evaporador' Cuando se utili&a un solo evaporador1 el vapor procedente del l$4uido en ebullición se condensa y desec2a' Este método recibe el nombre de evaporación de simple efecto1 y aun4ue es sencillo1 utili&a inefica&mente el vapor' V(

Si el vapor procedente de uno de los evaporadores se introduce como alimentación en el elemento calefactor de un seundo evaporador1 y el vapor procedente de éste se env$a al condensador1 la operación recibe el nombre de doble efecto' El calor del vapor de aua oriinal es reutili&ado en el seundo efecto1 y la evaporación obtenida por unidad de masa del vapor de aua de alimentación al primer efecto es apro7imadamente el doble' El método eneral para aumentar la evaporación por 9iloramo de vapor de aua utili&ando una serie de evaporadores entre el suministro de vapor vivo y el condensador V1 recibe el nombre de evaporación en múltiple efecto'

1 6

F

L1


….

E+ap*ra#*re, c*" -" Pa,* a Tra+, & C*" Crc-%ac!": Los evaporadores pueden operar bien como unidades con un paso a través o con circulación' En la operación con un paso a través1 el l$4uido de alimentación pasa una sola ve& a través de los tubos1 desprende el vapor y sale de la unidad como disolución concentrada' Toda la evaporación tiene luar en un solo paso' La relación de evaporación a alimentación est0 limitada en una unidad de un solo paso1 por tanto1 estos evaporadores se adaptan bien a la operación en múltiple efecto1 donde la concentración total puede conseuirse en varios efectos' Los evaporadores de pel$cula aitada operan siempre con un solo paso a través8 los evaporadores de pel$cula ascendente y de pel$cula

descendente pueden también operar en esta forma' Los

evaporadores con un solo paso a través son especialmente útiles para materiales sensibles al calor' Operando a vac$o elevado se puede mantener ba"a la temperatura del l$4uido'

E+ap*ra#*re, #e T-/*, Lar0*, c*" F%-1* A,ce"#e"(e: Los evaporadores de tubos laros verticales son especialmente eficaces para concentrar l$4uidos 4ue tienden a formar espuma' La espuma se rompe 1 cuando la me&cla de l$4uido y vapor de alta velocidad c2oca contra las placas 6

deflectoras'

E+ap*ra#*re, #e Pe%2c-%a De,ce"#e"(e:


….

La concentración de materiales altamente sensibles al calor1 tales como el &umo de naran"a1 re4uieren m$nimo de e7posición a una superficie caliente' Esto puede conseuirse evaporadores de pel$cula descendente de un solo paso1 en los 4ue el l$4uido por la parte superior1 desciende por el interior de los tubos calentados de aua1 y sale por el fondo' Los tubos son randes1 de , a )? pul' de El vapor procedente del l$4uido eneralmente es arrastrado 2acia aba"o l$4uido y sale por el fondo de la unidad' #parentemente estos evaporadores parecen laros cambiadores tubulares verticales con un separador de vapor en el fondo y un distribuidor de l$4uido en la parte superior' Los evaporadores de pel$cula descendente1 sin recirculación y con cortos tiempos de residencia1 tratan productos sensibles 4ue no pueden concentrarse de otra forma y se adaptan bien a la concentración de l$4uidos viscosos'

E+ap*ra#*re, #e Crc-%ac!" F*r3a#a.: En un evaporador de circulación natural del l$4uido entra en los tubos con una velocidad de ) a  pies@s' La velocidad final aumenta r0pidamente al formarse vapor en los tubos1 de forma 4ue eneralmente las velocidades de transmisión de calor son satisfactorias' Sin embaro1 con l$4uidos viscosos el coeficiente lobal en una unidad de circulación natural puede ser demasiado ba"o desde el punto de vista económico'

III) OBJETIVOS: 1 6

•

Calcular la 2omoeneidad de las me&clas resultantes de una reducción de

•

tama=o para diferentes caras y tiempos de operación Calcular el 0rea espec$fica y el número de part$culas para las diferentes caras y tiempos de operación


….

•

Comparar los resultados para un mismo tiempo y diferentes caras1 as$ como

•

para una misma cara y distintos tiempo de molienda !amiliari&arse con la operación de molienda y tami&ado

IV)

MATERIALES Y METODOS:

3.1. MATERIALES:

La parte e7perimental de este cap$tulo se llevar0 a cabo utili&ando un evaporador de simple efecto A*ota Bapor del laboratorio de Operaciones
1 6


….

3omba de vac$o1 Solución a&ucarada

1 6

3.2.- PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

Como se 2a indicada se utili&ar0n dos unidades de evaporación1 y dependiendo de cu0l de ellas se vaya a utili&ar el procedimiento e7perimental ser0 distinto'

A) E+ap*ra#*r #e ,$p%e eec(*


Las etapas del procedimiento e7perimental a seuir ser0n:

I)

PROCEDIMIENTOS: Medir el contenido inicial de sólidos solubles del &umo de frutas 4ue se desea concentrar'

Pesar cierta cantidad de &umo e introducirlo en la c0mara de evaporación y Medir la temperatura inicial de esta c0mara'

Medir el contenido inicial de sólidos solubles del &umo de frutas 4ue se desea concentrar1 lueo Poner en marc2a la instalación del ba=o

Encender la bomba de vac$o y fi"ar la presión de vac$o con 4ue se va traba"ar1 cuando se lleue al estado estacionario anotar la presión de la c0mara de evaporación1 y la temperatura'

1 6

Pesar cierta cantidad de &umo e introducirlo en la c0mara de evaporación y Medir la temperatura inicial de esta c0mara' #notar la variación de la temperatura del &umo en la c0mara de evaporación y determinar si e7iste aumento ebulloscopio' Cuando la concentración del &umo sea apro7imadamente de D?3ri7 desconectar el sistema'

….


Pesar el &umo concentrado y medir e7actamente su contenido en sólidos solubles1 *epetir el proceso a diferentes condiciones de

II)

RESULTADOS:

1 6

….

LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS…. #L+ME.T#C+I. PRCATICA: EVAPORACION EN UN SISTEMA DE DOBLE EFECTO

….

D!t"#:

P*O%
%( T,

CO.%E.S#%O %E B Salida de E)

% T(

CO.%E.S#%O %EFE) Condensado de

%; T

+nterior E, y de B,

T;

Condensado de B)

TG

Salida de E,

TD

Entrada de #ua E(

TH

Salida del #ua E(

T)?

Salida de E(

T))

+nterior E(

T),

VAPOR DE AGUA4<): SALIDA EI V7 90; 4L5): P$a" 7 Bar VPa/, 7 Bar T <7 =C 65 7 ALIMENTACION 4F): V7 L( PRODUCTO 4P) CONDENSADO AGUA ONDENSADA 6F 7 4E5) DEL ALIMENTO 4E>) BJ L(8 7 90L( BJ Lt F7 90; Determi!r" '"# /0"# 6P 7 B) J K@2 L, J 90; L( BJ Volumen ( D 1 ) F = ∗60∗ ρ ( Kg / h ) B, J t iempo de operacion

F = ❑∗60∗( Kg / h )

❑

F =( Kg / h ) 1 6

V 1=

Volumen ( D 5 ) ∗60∗ ρ ( Kg / h ) tiempode operacion

%) COD


….

V 1= ❑ ∗60∗( Kg / h )

❑

V 1=( Kg / h )

V 2=

Volumen ( D 3 ) ∗60∗ ρ ( Kg / h ) tiempode operacion

V 2= ❑ ∗60∗( Kg / h )

❑

V 2= ( Kg / h )

P=

Volumen ( D 2) ∗60∗ ρ ( Kg / h ) tiempo de operacion

P= ❑ ∗60∗( Kg / h )

❑

P=( Kg / h )

T1 = 20.35ºC T2 =100 ºC T3 = 98.85ºC T4 = 108ºC F = 11.3 Kg/h hF = 95Kcal/kg V= 150 Kg/h Hv = 656 Kcal/Kg

1 6

hv =639 Kcal/kg

B!'!$e &e Eer%!:

V1 = 8.63 Kg/h H1 = 638 Kcal/Kg

L1 = 7.57 Kg/h h1 = 93.90 Kcal/kg


….

E4e$t" 1:

+F

V *2

31

V +2

+1

V H V + F h F =V h V + V 1 H 1 + L1 h1+ Q1 Q1=V H V + F h F −V hV −V 1 H 1− L1 h1

Q 1=¿

2066 511.329 102639  28.632638  7.293.907

Q1=2519.9522 Kcal / h 1 6

UI =

Determi!m"# UI:

L 1 ( Hv −h v ) −Q 1 A Δ T 1


UI =

….

(

−112)−2519.9522 0.27 ( 152.1 −98.85 )

7.57 656

UI =−166.131739

Kcal 2

m hº

E4e$t" (:

T2 = ºC

T5 = ºC 3(

T6 = ºC

T7 = ºC

V1 = Kg/h H1 = Kcal/Kg h1 = Kcal/Kg

V 1 H 1 + L1 h1=V 2 H 2+ V 1 h1 + P h P + Q 2 Q2=V 1 H 1+ L1 h1−V 2 H 2−V 1 h1− P h P

1 6

−¿+()−()−() Q =¿ 2

Q1= Kcal / h

Determi!m"# UI:


−¿ ¿ −Q V ¿ UII =¿ 2

1

−¿ ¿ −¿ ¿ ¿ UII =¿ UII =

Kcal 2

m hº

E$""m%! &e' Si#tem!:

!=

V 1 + V 2 V

+¿ ❑ !=¿ !=¿

1 6

III)

DISCUSIÓN

….


….

 La evaporación se produce por aumento de la temperatura en la superficie del l$4uido' # medida 4ue el tiempo transcurre1 la evaporación continúa y cada ve& un número mayor de moléculas del l$4uido pasan a la fase aseosa1 despla&ando proresivamente una parte del aire1 la 4ue se ve obliada a salir del recipiente' La masa 4ue se evapora en la unidad de tiempo es constante siempre 4ue la pérdida de calor del l$4uido producida por el cambio de estado1 sea compensada desde las paredes del recipiente o desde el ambiente 4ue los rodea' En cambio la masa de vapor 4ue se condensa desde los momentos iniciales es cada ve& mayor1 obedeciendo al aumento proresivo de su concentración8 es decir aumenta la a presión de vapor'  El producto se mantiene a vac$o

dentro de la camara del evaporador' La

producción de vac$o aumenta la diferencia de temperaturas entre el vapor y el producto1 de tal manera 4ue el producto 2ierve a temperaturas relativamente ba"as1 disminuyendo a su ve& el deterioro' Los vapores producidos se transportan 2acia un condensador8 el vapor condensa y el condensado se retira'

 El

#
%EL

P<.TO

%E

E3
merece cierta atención1 ya 4ue la diferencia de

temperatura entre el vapor y el producto disminuye conforme aumenta el punto de ebullición del producto1 debido a su proceso de concentración' La disminución de la diferencia de temperatura entre ambos medios disminuye a su ve& la velocidad de transmisión de calor entre el vapor y el producto' 1 6

 # medida 4ue la temperatura de los l$4uidos aumenta1 la presión de sus vapores1 en la fase aseosa sobrenadante1 se 2ace cada ve& mayor' #lcan&ada una temperatura determinada1 toda la presión en esa &ona1 ser0 e"ercida por el vapor y respondiendo a un m$nimo incremento térmico1 bruscamente dar0 comien&o la


….

ebullición' El punto de ebullición normal de un l$4uido es la temperatura para la cual la presión de su vapor e4uivale a una atmósfera1 lo 4ue no e7cluye 4ue pueda ebullir a otras temperaturas si la presión ambiental es otra 4ue la atmosférica'

 Si se trata de un disolvente puro1 su temperatura de ebullición ser$a la correspondiente a la presión 4ue se mantuviera en la c0mara de evaporación1 pero al tratarse de disoluciones1 la presión de vapor de la disolución es menor 4ue la del disolvente puro y por tanto la temperatura de ebullición de la disolución es mayor1 produciéndose un +.C*EME.TO %EL P<.TO %E E3
 En la pr0ctica obtuvimos un incremento del punto de ebullición de H C1 esto demuestra 4ue en condiciones reales no se da la ebullición de la disolución a la temperatura de vac$o1 estos incrementos se debe a 4ue se trata de solución y no de sustancias puras y adem0s1 a medida 4ue se va aumentando la concentración de sólidos en la disolución para alcan&ar la ebullición necesita mayor temperatura en las mismas condiciones de presión'

IV)

1 6 CONCLUSIONES

 Loramos conocer los e4uipos para evaporación en escala de laboratorio para la concentración de alimentos1 teniendo un referente para escala industrial'


….

 %eterminamos todo el proceso y los balances necesarios 5masa y ener$a6 4ue rien un evaporador DE DOBLE EFECTO1 a escala de laboratorio'  El aua evaporada abandona la c0mara de evaporación a la temperatura de ebullición1 al mismo tiempo 4ue se obtiene una corriente de solución concentrada'  #prendimos 4ue1 la presión e7terna del medio en 4ue se traba"an los evaporadores como el aumento de concentración de sólidos 2acen 4ue el punto de ebullición incremente a la misma presión1 traba"ando en condiciones de temperatura de sobrecalentamiento'  Para disminuir los costos en un proceso de evaporación se concluyó 4ue se debe de traba"ar a presiones de vació1 con el fin de acelerar su ebullición'

1 6 V)

BIBLIOGRAFÍA

 >ean9oplis c' Procesos e Transporte y Operaciones

….

 2ttp:@@'escolar'com@article-p2p-sidJD;'2tml  2ttp:@@'espa4fe'com'ar@evap'2tm  2ttp:@@'drscope'com@privados@pac@anestesia@a)@p)'2tm  McCabe1 Farren L'8 Smit21 Nulian C'8 arriott1 Peter' Operaciones ra ill1 )HH)'  *eid1 *obert C'8 Prausnit&1 No2n M'8 S2erood1 T2omas K' T2e properties of ases and Li4uids' Mc>ra-ill 3oo9 Company' T2ird Edition'  2ttp:@@users'e7a'unicen'edu'ar@Q"die&@files@cstierra@apuntes@unidad('pdf  2ttp:@@'unt'de@donload@dryinRevaporationRspanis2'pdf  2ttp:@@personal'us'es@mfarevalo@recursos@tecRfar@evaporacion'pdf

1 6

PRACTICA-EVAPORACION[1].docx

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