Problemario del primer parcial 1. Un evaporador instalado en un lugar donde la presión atmosférica es de 670 mm Hg, se utiliza para concentrar una solución formada por un soluto orgnico de P! " 60 g#gmol. $a concentración inicial es de 1% & en peso ' su temperatura igual a la de ebullición en el espacio vapor menos 1% °(. $a solución concentrada est formada de )* g de soluto disueltos en 17 g de solvente. +l vaco en el condensador es de %60 mm de Hg. - a' una cada de presión entre el separador ' el condensador e/uivalente a 0.1% g f #cm #cm. $a presión manométrica del vapor es de ). g f #cm #cm. $a calandria o zona de calentamiento consta de )00 tubos de * pies de longitud ' dimetro de .% pulgadas. +l (p para la solución es2 (p " 1 3 0.1% U =
3 0.00)% t 4cal#g °(5
x
230 ∆T x0.7 (1 + µ so ln )
1/ 4
4cal# m °(5 ∆8 " °( µsoln " ) µ9a:H ; )% &
(alcular2 a<. iempo para producir =0 on de solución concentrada. b<. (onsumo de vapor de caldera ' factor de economa. c<. pies) de agua#s, si ésta entra al condensador a °(. . Un evaporador de circulación natural con tubos de 1 pies de longitud ' dimetro de pulgadas. >nstalado en ?acatepec, !orelos @presión barométrica " 700 mm de Hg< se utiliza para concentrar una solución de anilina @P! " =)<. $a solución entra a )0 °( ' contiene 6% g de soluto en )%0 g de solvente @agua< ' en el producto aparecen A1% g de soluto ' 170 g de solvente. $as condiciones de operación2 +n el condensador de mezcla, el agua de condensación entra a 0 °( ' el evaporado se condensa a %0 °(. +n el espacio vapor, el vaco es de 70 & del mantenido en el condensador barométrico. $a presión manométrica del vapor es de ) g f #cm #cm ' temperatura es de 16% °(. Be estima /ue e8isten pérdidas de calor de A &. +l (p de la solución se evalCa con la siguiente ecuación2 (p " 1 3 0.0* 3 0.001 t @donde 8 " fracción peso, t " °(< resultado en cal#g °(. $a densidad de la alimentación es de 6*.6 lb#ft ) ' la del producto *.A lb#ft ). +l coeficiente global de transferencia de calor se evalCa con la ecuación2 x
U =
225 ∆T x0.55 (1 + µ so ln ) 0.25
µsoln " A.%
4cal# m °(5
µ H
2 O
(alcular2 a< +l nCmero nCmero de tubos, tubos, si se produc producen en 6%0 g# g# de solució solución n conce concentr ntrada ada.. Deportar el rea en ft .
b< $a economa, consumo de vapor @lb#<, capacidad de evaporación con ' sin pérdidas. c< (onsumo de agua de condensación @m )#s<, si la densidad del agua es de 60 lb#ft). d< >ndi/ue en /ue tiempo se entregan 1%0 on de soluto . ). (alcule para un evaporador de circulación natural2 a< Boluto /ue maneEa el evaporador en on#da b< Fasto masa de vapor para calentar en on#da c< (apacidad evaporativa (ondiciones de operación caracterstica del e/uipo ' de la solución2 Presión barométrica " 60 mmHg emperatura de la solución alimentada A% °( Presión en el condensador es de A pulgadas de Hg +l vaco es 0 & ma'or al vaco aplicado al espacio vapor Presión del vapor para calentar es de )= pulgadas de Hg con calidad del =A & Bolución de glicerina 8 G " 1% &, 8P " 70 & (p " 1 0. 3 0.00 t 4cal#g °(5 en donde x
U =
270 ∆T x0.8 (1 + µ so ln )
0.4
x
" fracción peso ' t " °(
4cal# m °(5
∆ " °( µ " cps µsoln " µ9a:H al )0 &
Irea de transferencia de calor " 1%0 m ρ" 1 J @g#l< x
A. (alcular2 a< g# de sólidos /ue se pueden procesar por el e/uipo. b< +conoma del e/uipo. c< & de diferencia entre el vapor de calentamiento de operación ' el teóricamente necesario, si se considera seco ' saturado este Cltimo. (ondiciones de operación caractersticas del e/uipo ' proceso2 Bolución de sulfato de amonio /ue se concentra del 0 al %0 & en peso. +l evaporador contiene A0 tubos, con .*A% cm de dimetro interno ' ).)7% cm de dimetro e8terno con longitud de A m. +l vapor de caldera tiene .% g f #cm manométrico ' una calidad del =0 &. +n el condensador se trabaEa a %0 °(. +ntre el espacio vapor ' el condensador e8iste una cada de presión del )0 &. $a solución se alimenta a A% °(. U " 17%0 cal# m °(. +l e/uipo se encuentra en la (d de !é8ico. 9ota2 se puede considerar /ue las propiedades de la solución de sulfato de amonio son semeEantes a las de 9a:H.
%. (alcular2 a< g# de soluto /ue procesa el evaporador. b< +conoma ' capacidad evaporativa. c< & de diferencia entre el vapor de calentamiento de operación ' el teóricamente necesario, si este Cltimo se considera seco ' saturado. (ondiciones de operación ' caractersticas del e/uipo2 Bolución de sulfato de amonio /ue se evapora asta tener una concentración 1%0 & ma'or a la /ue es 0 & peso. +l evaporador tiene A0 tubos de A m de largo ' ).)7% cm de dimetro e8terior. +l vapor para calentar tiene .% gf #cm ' 7 °( de sobrecalentamiento. $a condensación del evaporado se lleva a cabo en un condensador barométrico a %0 °( entre el espacio vapor ' el condensador e8iste una cada de presión del )0 &. Patm " (d de !é8ico. $a solución diluida se alimenta a una temperatura, * °( menor a la temperatura de ebullición de la solución en el espacio vapor. U =
175 ∆T x0.7 (1 + µ so ln ) 0.5
∆8 " °( µ " cps µsoln " 0.7 µ9a:H
Be puede considerar /ue2 (p " 1 0.11
3 0.001 t
x
x
" fracción peso.
6. +n un evaporador de circulación natural instalado en ampico, se van a concentrar %000 gal# de una solución de H B:A del 10 al 60 & en peso, en las siguientes condiciones2 $a temperatura de la solución diluida est 1% °( abaEo de la temperatura de ebullición de la solución dentro del evaporador. +l (p de la solución a cual/uier concentración es similar a los de las soluciones de 9a:H. +l vaco en el espacio vapor es 1% & menor al mantenido en el condensador de mezcla, en donde el agua entra a 0 °( ' sale a %0 °(. $a presión idrosttica dentro de los tubos del evaporador es e/uivalente a 7 pies de agua. $a presión del vapor de calentamiento es de ).% g f #cm manométrico ' su temperatura es de 16% °(. $a pérdida de calor es de * &. U =
200 ∆T 0.75 ( 1 + µ so ln ) o.4
U.B.!. @Unidades Bistema !étrico<
µsoln " µ9a:H @cps<, a la concentración ' a la temperatura de la solución ρ " 1 J 0.1% x @g#m$<
(alcular2 a< +l nCmero de tubos de evaporador si éstos miden ) m de largo ' .% pulgadas de dimetro medio. b< +l consumo de vapor de calentamiento ' la economa. c< +l consumo de agua en el condensador.
7. +n un evaporador del tipo circulación natural instalado en la ciudad de !é8ico tiene )00 tubos de .% m de largo ' .% pulgadas de dimetro e8terior, concentra una solución de 9a:H, la solución diluida contiene 7& en peso de soluto ' la solución concentrada contiene A0 & en peso. +l vaco en el espacio vapor es 0 & menor al del condensador, a este condensador entra el agua de enfriamiento a 0 °( ' sale Eunto con el evaporado condensado a %0 °(, la solución diluida entra a 60 °(, el vapor de calentamiento es de =6 & de calidad ' se registra * & de pérdidas del calor por radiación, el coeficiente U se calcula con la siguiente ecuación2 U =
200 ∆ T 0.7 ( 1 + µ so ln ) 0.4
[cal# m °(] ∆
" °( µ " cps
Bi se desean procesar 0 g# de 9a:H en base seca, calcule2 a) (ul es la presión del vapor de calentamiento necesario. b) (ul es el consumo de vapor de caldera. c< (ul es la economa ' la capacidad evaporativa. *. Una solución al 1 & peso, se concentra asta tener A* & peso en un evaporador de circulación natural, la solución diluida tiene una densidad de 1.0 g#m$ ' la concentrada de 1.A g#m$, el soluto es orgnico ' tiene un P! " 10% g#gmol. $a calandria de calefacción tiene )00 tubos de 10 ft de largo ' pulgadas de dimetro medio. +n el condensador entra agua a 1* °( ' sale a % °( Eunto con el condensado, adems, la presión de este es 60 & de la presión /ue se tiene en el espacio vapor del evaporador, se sabe /ue se producen )*6% g# de evaporado. +l vapor calefactor tiene ) g f #cm manométrica ' 16% °( Patm " 1.0)) gf #cm. U =
110 ∆T x0.7 (1 + x )
0.6
4cal# m °(5 ∆8 " °(
x
" fracción peso.
(onsidere /ue si GP+ ≤ % (p " 1 (alcule2 1. $a temperatura a la /ue se debe alimentar la solución diluida. . +l consumo de vapor de caldera /ue se necesita para compensar pérdidas por radiación del % &. ). (ual es el porcentaEe de aorro en el consumo de agua en el condensador si ésta entra A °( ms fra.
