1.-MENCIONE LOS TIPOS DE EVAPORADORES EXISTENTES EN EL MERCADO Y LOS MATERIALES DE CONSTRUCCION USUALMENTE EMPLEADOS
Marmita abierta o artesa
La forma más simple de un evaporador es una marmita abierta o artesa en la cual se hierve el líquido. El suministro de calor proviene de la condensación de vapor de agua en una chaqueta o en serpentines sumergidos en el líquido. En algunos casos, la marmita se calienta a fuego directo. Estos evaporadores son económicos y de operación simple, pero el desperdicio de calor es excesivo. En ciertos equipos se usan paletas o raspadores para agitar el liquido
Evaporador de tubos horizontales con circulación natural
El banco horizontal de tubos de calentamiento es similar al banco de tubos de un intercambiador de calor. El vapor de agua entra a los tubos y se condensa; el condensado sale por el otro ot ro extremo de los tubos. La solución a ebullición está por fuera de ellos. El vapor v apor se desprende de la superficie líquida; después, casi siempre se hace pasar por dispositivos de tipo deflector para impedir el arrastre de gotas de líquido y sale por la parte superior. Este equipo, relativamente económico, puede utilizarse para liquidos no viscosos con altos coeficientes de transferencia de calor y para líquidos que no formen incrustaciones. Puesto que la circulación del líquido no es muy buena, son poco adecuados para materiales viscosos. En casi todos los casos, tanto este evaporador como los que se estudian después operan con régimen continuo,con alimentación a velocidad constante y salida de concentrado a velocidad constante.
Evaporador de tubos verticales con circulación natural
En este tipo de evaporador se usan tubos verticales en lugar de horizontales y el líquido esta dentro de los tubos, por lo que el vapor se condensa en el exterior. Debido a la ebullición y a la disminución de densidad, el líquido se eleva en los tubos por circulación natural y fluye hacia abajo a través de un espacio central abierto grande, o bajada. Esta circulación natural incrementa el coeficiente de transferencia de calor. No es útil con líquidos viscosos. Este equipo se llama con frecuencia evaporador de tubos cortos. Una variación de este modelo es el evaporador de canasta, que usa tubos verticales, pero el elemento de calentamiento se cuelga en el cuerpo, de tal manera que haya un espacio anular que sirva de bajada. El modelo de canasta difiere del evaporador vertical de circulación natural, pues éste tiene un espacio central en vez del anular como bajada.
Evaporador vertical de tubos largos
Puesto que el coeficiente de transferencia de calor del lado del vapor es muy alto en comparación con el del lado del líquido que se evapora, es convenientecontar con velocidades altas para el líquido. En un evaporador de tipo vertical con tubos largos como el líquido esta en el interior de los tubos. Estos miden de 3 a 10 m de alto, lo que ayuda a obtener velocidades de líquido líquido muy altas. Por lo general, el líquido pasa por los tubos una sola vez y no se r ecircula. Los tiempos de contacto suelen ser bastante breves en este modelo.En algunos casos, como cuando la relación
entre la velocidad de alimentación y la velocidad de evaporación es baja, puede emplearse recirculación natural del producto a través del evaporador,añadiendo una conexión de tubería entre la salida del concentrado y la línea de alimentación.
Evaporador de caída de película
Una variación del modelo de tubos largos es el evaporador de caída de película, en el cual el líquido se alimenta por la parte superior de los tubos y fluye porsus paredes en forma de película delgada. Por lo general, la separación de vapor y líquido se efectúa en el fondo. Este modelo se usa mucho para la concentración de materiales sensibles al calor, como jugo de naranja y otros zumos de frutas, debido a que el tiempo de retención es bastante bajo (entre5 y 10 s) y el coeficiente de transferencia de calor es alto.
Evaporador de circulación forzada
El coeficiente de transferencia de calor de la película líquida puede aumentarse por bombeo provocando una circulación forzada del líquido en el interior de los tubos. Para esto se emplea el modelo de tubos verticales largos añadiendo una tubería conectada a una bomba entre las líneas de salida del concentrado y la de alimentación. Sin embargo, los tubos de un evaporador de circulación forzada suelen ser más cortos que los tubos largos Además, en otros casos se usa un intercambiador de calor horizontal externo e independiente. Este modelo es muy útil para líquidos viscosos.
Evaporador de película agitada
La principal resistencia a la transferencia de calor en un evaporador corresponde al líquido. Por tanto, un método para aumentar la turbulencia de la película líquida y el coeficiente de transferencia de calor, consiste en la agitación mecánica de dicha película. Esto se lleva a cabo en un evaporador de caída de película modificado, usando un solo tubo grande enchaquetado que contiene un agitador interno. El líquido penetra por la parte superior del tubo y a medida que fluye hacia abajo se dispersa en forma de película turbulenta por la acción de aspas de agitación vertical. La solución concentrada sale por el fondo y el vapor pasa por un separador para salir por la parte superior. Este tipo de evaporador es practico para materiales muy viscosos, pues el coeficiente de transferencia de calor es mayor que en los modelos de circulación forzada. Se usapara materiales viscosos sensibles al calor como látex de caucho, gelatina, antibióticos y jugos de frutas. Sin embargo, tiene costo alto y capacidad baja. . 2.-DIBUJE EL DIAGRAMA DE FLUJO DEL EVAPORADOR DE PELICULA INSTALADO EN LEM INDICANDO LAS VALVULAS E INSTRUMENTOS REQUERIDOS PARA REALIZAR LA EXPERIMENTACION 3.-TOMANDO EN CUENTA EL DIAGRAMA DEL EVAPORADOR DE PELICULA DEL PUNTO DOS, ELABORE LOS BALANCES DE MATERIA Y ENERGIA TEORICOS, Y EN BASE A ELLOS Y A LA
INSTRUMENTACION INSTALADA SOBRE EL EQUIPO: REALICE UNA T ABLA DE DATOS EXPERIMENTALES UTILES PARA LA ELABORACION DE LOS BALANCES DE MATERIA Y ENERGIA
Transferencia de calor en el evaporador
Q=UA(Ts-Tl) Donde: Q=velocidad de transferencia de calor U=coeficiente total de transferencia de calor A=área Ts=temperatura del vapor que se condensa Tl=punto de ebullición del liquido
Balance total de materia
F=L+V Donde: L=liquido V=vapor
Balance con respecto al soluto
Fxf =Lxl
Donde: xf =fracción de masa de solidos L=liquido xl=fracción de masa de solidos en el liquido
Calor transferido en el evaporador
Fhf +SHs=Lhl+VHv+ Shs Si: Λ=HS-hs
Sustituyendo: Fhf + sλ= Lhl+ VHv Entonces, el calor q transferido en el evaporador es Q=S(HS-hs)=Sλ Por lo que se puede resumir a las siguientes ecuaciones: -BALANCE DE MATERIA: F=L+V FXf=Lxl+VXv -BALANCE DE ENERGIA ṁ(Hc-Hs)+ ṁCp(Tf-Ti)= ṁHl+ṁHv
VAPOR RETORNO CONDENSADO AGUA HELADA MEZCLA CONCENTRADO EVAPORADO
TEMP ENTRADA ===== =====
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TEMP SALIDA ===== =====
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FLUJO
PRESION
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PRESION VACIO ===== =====
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TIEMPO
VOLUMEN
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4.-INVESTIGUE COMO SE DETERMINA EL AUMENTO EN EL PUNTO DE EBULLICION Y EL USO DEL DIAGRAMA DE LAS LINEAS DUEHRING
En primer lugar, recordemos que la temperatura de ebullición es aquella temperatura a la cual es necesaria calentar un líquido para que la presión de vapor del mismo sea igual a la presión externa que existe sobre el líquido. Ahora bien, cuando se le agrega un soluto no electrolito a un solvente y se forma una solución, se produce una reducción en la presión de vapor en el solvente. Si la presión de vapor es menor, se requiere aumentar la temperatura a un valor mayor para que las interacciones entre el soluto y el solvente cedan y las moléculas de solvente pasen a un estado de vapor para buscar el equilibrio entre la presión del solvente y la presión que se encuentre en el entorno. En otras palabras, al aumentar la cantidad de moléculas de soluto presentes en la solución, ésta aumenta su concentración, y para romper las interacciones entre el soluto y el solvente, y por lo tanto, mayores son los puntos de ebullición de estas. Él aumento en el punto de ebullición de una
solución es directamente proporcional al número de partículas de soluto disueltas en una masa fija de solvente. De acuerdo con las propiedades coligativas de las disoluciones diluidas de un soluto no volátil, la presión de vapor de la disolución es menor que la del disolvente puro a la misma temperatura, y, por tanto, hay un aumento en el punto de ebullición respecto al que tendría el agua pura. La regla de Dühring menciona que el punto de ebullición de un líquido o de una disolución es una función lineal del punto de ebullición de una sustancia de referencia, normalmente el agua, referidos ambos a la misma presión. Por consiguiente, si se representa la temperatura de ebullición de la disolución frente a la del agua a la misma presión, se obtiene una línea recta. Para distintas concentraciones se obtienen distintas líneas rectas, no necesariamente paralelas. El trazado de estas rectas se puede realizar fácilmente si se dispone de dos temperaturas de ebullición de la disolución a dos presiones distintas.
Correlaciones gráficas basadas en la regla de Dühring Teb disolución = f (Teb agua, %peso) Esta regla sólo es válida para intervalos de presiones no muy amplios. por otra parte, los mejores resultados se obtienen cuando las características físicas y químicas de los dos líquidos son similares.
El punto de ebullición determinado mediante la regla de Dühring corresponde a la superficie libre del líquido. La elevación del punto de ebullición en la mayoría de las soluciones concentradas de trabajo difieren en sus propiedades térmicas con respecto al agua y no es posible utilizar en forma directa las tablas de vapor, en este caso suele aplicarse dicha ley, al igual que en el caso de disoluciones concentradas, que no se comportan idealmente para la predicción de su punto de ebullición. 5.-INVESTIGUE COMO SE PUEDE CONOCER LA COMPOSICION EN PESO A PARTIR DEL CONOCIMIENTO DE GRADO BRIX DE UNA SOLUCION DE AZUCAR
Los grados Brix (símbolo °Bx) miden el cociente total de sacarosa disuelta en un líquido. Una solución de 25 °Bx tiene 25 g de azúcar (sacarosa) por 100 g de líquido o, dicho de otro modo, hay 25 g de sacarosa y 75 g de agua en los 100 g de la solución. Los grados Brix se miden con un sacarímetro, que mide la gravedad específica de un líquido, o, más fácilmente, con un refractómetro. 6.-COMO PUEDE AUMENTARSE LA EFICIENCIA TERMICA DE UN EVAPORADOR
De la expresión del rendimiento para el ciclo de Carnot se ve que la forma de mejorar la eficiencia es elevando la temperatura del foco caliente o reduciendo la del frío. Puesto que ni la primera puede hacerse infinita ni la segunda nula (por el tercer principio de la termodinámica), un rendimiento del 100% nunca es posible. BIBLIOGRAFIA - Perry John H. Perry, Tomo II, Editorial Hispano Americana, Tercera edición paginas 2006- 2010. -Foust A y col., “Principios de Operaciones Unitarias”, CECSA. -http://depa.fquim.unam.mx/procesos/PDF/asesoriacalculos.pdf
UNIVERSIDAD NACIONAL AUTONOMA DE MEXICO
FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES CUAUTITLAN LABORATORIO EXPERIMENTAL MULTIDISCIPLINARIO I
ACTIVIDADES PREVIAS AL EXPERIMENTO “BALANCE DE MATERIA Y ENERGIA EN UN EVAPORADOR”
INGENIERÍA QUÍMICA
PROFESOR: SILVA ESCALONA CELESTINO NOMBRE: MARES CARMONA LAURA EDITH
