Problemario

$niversidad Polit%&ni&a de la'&ala INGENIERÍA QUÍMICA

EVAPORACIÓN, HUMIDIFICACIÓN Y SECADO

ING. ARTURO JIMÉNEZ CARRO

PROBLEMARIO Alejandro Avila Montes Lorena González Leal Ma. Gudalupe Maldonado Meneses Gonzalo Palma Madrigal Sergio Rugerio orres

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$n evaporador &onven&ional de dos e(e&tos) &on alimenta&i*n +a&ia adelante) &ondensador ,arom%tri&o) e-e&tor de &+orro de dos etapas - &ontroles manuales) +a estado operando en &ondi&iones esta,les durante algn /empo. Si el operador se da &uenta de &ada uno de los siguientes e(e&tos e(e&tos sin &am,iar los &ontroles de opera&i*n) 0#uáles ser1an las &ausas pro,a,les de &ada uno de ellos - &*mo podr1an eliminarse2 a3 La velo&idad de produ&&i*n aumenta pero la &on&entra&i*n des&iende de manera propor&ional. ,3Aumenta el &onsumo de vapor) pero las velo&idades de 4ujo de las &orrientes del pro&eso permane&en inalteradas. &3 La velo&idad de produ&&i*n - el &onsumo de vapor disminu-e. La presi*n de vapor de agua) va&1o &on&entra&iones de la alimenta&i*n - prod&uto permane&en inalteradas. d3 Aumenta el &onsumo de vapor - se in&rementa la presi*n en el primer e(e&to. e3 5isminu-e la velo&idad de produ&&i*n mientras 6ue aumenta la temperatura en am,os e(e&tos.















Las &ara&ter1s/&as de los l16uidos 6ue o(re&en pro,lemas de evapora&i*n son7 8.9 Pre&ipita&i*n de sales. :.9 ;orma&i*n de espuma. <.9 In&rusta&i*n. =.9 an &orrosivos 6ue re6uieren reemplazo de tu,os. >.9 an &orrosivos 6ue e'igen materiales de &ontru&&i*n &aros. ?.9 Sensi,les al &alor. @.9 is&osidad elevada. !.9 Elevado in&remento de punto de e,ulli&i*n. Enumer Enumeree &uále &uáless de est estas as &ar &ara&t a&ter1 er1s/& s/&as as pro, pro,lem lemá/& á/&as as de,e de,en n tene tenerse rse en &ons &onside idera& ra&i*n i*n en la la evapo evapo de los siguientes /pos. a3 u,os +orizontales. ,3 u,os ver/&ales &ortos. &3 u,os ver/&ales largos. d3 #ir&ula&i*n (orzada. e3 Pel1&ula tur,ulenta.















ra&i*n















Se está instalando un evaporador para &on&entrar una solu&i*n de TaO del =!Q al !HQ ) &on una alimenta&i*n a 8HH ";. Se usará un evaporador de &ir&ula&i*n (orzada) &on 5oQ+erm UAU eut%&/&o de di(enilo - *'ido de di(enilo3 &ondensándose en la &+a6ueta de vapor e'terna. La presi*n en el evaporador será de 8H.= psia &on el 5oQ+erm UAU &ondensándose a :H psia P.EJ >:> ";3. La velo&idad de &ir&ula&i*n será suV&iente para dar un &oeV&iente de pel1&ula interna de !HH /(ℎ ∗ 〖 〗 ^2∗° ) en el &alentador e'terno. Se usará un &ondensador ,arometri&o de &+orro &on suministro de agua a H "#) >H psi. Los tu,os del &alentador serán de ni6uel 8U 5.E ' 8? BWG) 8: ;t de logitud &on :@< de ellos en paralelo. 0u% &apa&idad se re6uerirá en B$D+ para la &aldera de 5oQ+erm2

5atos para 5oQt+erm

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5atos de entrada 8 l,D+ =! !H 8HH "; 8H.= psia :H psia >:> "; !HH BtuD+;;t In&*gnitas @8=@8:.<: BtuD+

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8: 8:? 8:< 8:H 5atos de #ondensador & 8= "; P& >H psia e, :O 8=.?8 ";  solNn =HH "; 5atos del &alentador  5iam H.H!<<<<<< Longitud 8:  de u,os :@< Area !>@.?>=@=















E(e&to de la temperatura de alimenta&i*n en la alimenta&ion de TaO. $n evaporador de e(e&to simple &on&entra una alimenta&i*n de H@: gD+ de una solu&i*n de TaO de 8HQ para o,tener un produ&to &on >HQ de s*lidos. La presi*n de vapor de agua saturado es de =: YPa man - la presi*n en el evaporador es de :H YPa a,solutos. El &oeV&iente total de trans(eren&ia de &alor es de 8!! /(^2 ). #al&ule la &an/dad de vapor de agua 6ue se usa) la e&onom1a en g vaporizados D g de vapor de agua - el área para las siguientes &ondi&iones de alimenta&i*n. a3 emperatura de alimenta&i*n a :!!.! Y 8>.? "#3. ,3 emperatura de alimenta&i*n a <::.8 Y =!. "#3.

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PASO 8 =_(())+_((3)) ()=_3 (_3)

Produ&to Evaporado

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E&onom1a

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E&onom1a

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Evapora&i*n de una solu&i*n de az&ar en un evaporador de e(e&to ml/ple. $n evaporador de e(e&to mul/ple &on triple alimenta&i*n +a&ia adelante está evaporando una solu&i*n de &on EPE despre&ia,le  menos de 8.H Y 6ue no se tomará en &uenta3 desde >Q de s*lidos +asta :>Q de Se usa vapor de agua saturado saturado a :H> YPa a,s. La presi*n en el espa&io de vapor del ter&er e(e&to e(e&to es de 8<. velo&idad de alimenta&i*n alimenta&i*n es de ::?!H Yg D+ - la temperatura es de :. Y. El #PJ =.8 9 :.<>' ZDg FY3 (ra&&i*n en peso YI3. Los &oeV&iente de trans(eren&ia trans(eren&ia de &alor son $8J <8:<) $:J8!@ - $
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az&ar s*lidos. > YPa. La ' es el área vapor de

Paso 8 #al&ulo de la temperatura de e,ulli&i*n en el E;E#O III EPE <3 PE<  :O <3 <

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Paso : Balan&e de materia =_(())+_((3)) ()=_3 (_3)

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Paso = Balan&e de energ1a en E;E#O 8

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Balan&e para  ;3 #p l ;3 <.>> ZDG Y _ :?.@ "#  ;3 8H>.>!> ZDYG  ;3 :<=@<.! Balan&e para S  ap :8.=8: ZDG  S3 S F ap 3 Balan&e para E83 #p lE83 =.:: ZDG Y _ 8H=.@<  ap ::=<.!8!: #P v E83 8.!@ ZDG Y

Balan&e para #p lE:3 _  ap #P v E:3 EPE :  E:3  E:3 Balan&e para #p l P:3 _  P:3  P:3



















Matriz para en&ontrar valores 9== 9==?. ?.!@ !@!8 !8 :<<= :<<=.! .!=8 =8<@ <@ 9>H 9>HH= H= @ @ ::<: ::<:.H .H: :!8 !8 9=>? 9=>??. ?.!@ !@8: 8: 988H 988H>? >?@H @H  P8 P:

8?!>=.H>=@ GD+ 8H?>!.


















de de energ1a en E;E#O :

_2+_2+_02  E:3 =.:: ZDG Y !@.:@ "# ::!.=!! ZDG 8.!@ ZDG Y

Balan&e de energ1a en E;E#O <

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_&^#=1_& _2^#=1_&1_2 _3^#=1_2 1_3 #al&ulo de Evaporados N E8N >!:>.=>.?@8@<@< G GD+ E>8 G GD+ aria&i*n E8N <.?@8><::?< E:N 9:.==8??:<:<= E
Paso >

_=_ !_ "_^# _&=4_'=_& !_& "_&^# _2=_&^# (_&0_2 ) _3=_2#(_20_3) A 8J

88:.??:8?! m:





































#onsumo de agua - presi*n en un &ondensador ,arom%tri&o. La &on&entra&i*n de la solu&i*n de TaO 6ue sale del ter&er e(e&to de un evaporador de e(e&to e(e&to triple es de >HQ. El gasto de vapor 6ue sale es de >?@H gD+r - este vapor va +a&ia un &ondensador ,arom%tri&o. El agua de des&arga des&arga del &ondensador sale a =H.> "#. Suponiendo 6ue en &ondensador man/ene un va&1o en el "#) &al&ule la presi*n en el ter&er e(e&to - el 4ujo de agua de en(riamiento +a&ia el &ondensador. El agua de en(riamiento entra a :.> "#. Tota7 el vapor 6ue sale del evaporador de,e estar so,re&alentado de,ido a la eleva&i*n del punto de e,ulli&i*n3.

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5AOS >H >?@H GD+ =H.> "# :.> "# :.> => H

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IT#OGTIAS




















Entalp1a de vapor



















$na solu&i*n de &oloides orgáni&os en agua +a de &on&entrarse de ! a => en s*lidos en un evaporador evaporador de simple e(e&to. e(e&to. Se dispone de vapor de agua a la presi*n manom%tri&a de 8.H< 8 .H< atm 8H:.> "#3. En el espa&io de vapor se mantendrá a una presi*n de 8H:mmg. La velo&idad de alimenta&i*n al evaporador es de :HHHH gD+r. b el #oeV&iente glo,al de trans(eren&ia de &alor es de :!HH /(^2∗0) la solu&i*n /ene una eleva&i*n despre&ia,le del punto de e,ulli&i*n - tam,i%n el &alor de dilu&i*n. #al&ule el &onsumo de vapor) la e&onom1a as1 &omo la superV&ie de &alentamiento re6uerida si la temperatura de alimenta&i*n es de a3 >8.@ "# ,3 :8. 8 "# &3 <.< "#. El &alor espe&1V&o de la solu&i*n de alimenta&i*n es de <.@@ 5/( °0) - el &alor latente de vaporiza&i*n vaporiza&i*n de la solu&i*n se &onsidera igual al del agua. Las p%rdidas por radia&i*n son despre&ia,les.























































$n evaporador de triple e(e&to de tu,os largos se u/liza para &on&entrar &on&entrar <>)HHH galD+ de una solu&i*n de 8@ de s*lidos disueltos +asta "; en III) 8> "; en I. #oeV&ientes en B$D: + ";) &orregidos para la eleva&i*n del punto de e,ulli&i*n) =>H en I) @HH en II) >HH en III. odos los e(e&tos /enen iguales áreas de superV&ie de &ale(a&&i*n. #al&ule7 a3 apor de &alentamiento 6ue se re6uiere) en L,D+.





















5atos ; ';



















8 : < S



















Paso 8

Paso :



















8!@.>: 8=>.:8 8H>.@ #ond #onden ensa sado dorr

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8>.HH 8.HH >.HH

_( 26 2 )=_3+%_3



















Iteración 1





















































































































































































































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