TODO ACERCA DE LA TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASADescripción completa
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PROBLEMAS DE FISICAFull description
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PROBLEMAS TECLEADOS DE LIBRO DE LEVINDescripción completa
Universidad Veracruzana Facultad de ingeniería Ingenieria Quimica
Operaciones de transferencia de masa I (evaporación y cristalización)
Problemario Primer Parcial Evaporación
Dr. Velázquez Camilo Oscar
Posse Rodríguez Alejandro Martínez Gutiérrez Luis Alfonso Valenzuela Hernández Mariela Rosendo del Angel Susana Carolina Peralta López Juan Carlos Acuña Hernández Vania
13 abril 2016
PROBLEMA 8.4-1: COEFICIENTE DE TRANSFERENCIA DE CALOR DE UN EVAPORADOR DE EFECTO SIMPLE. Una alimentación de 4535
de solución de sal al 2.0% en peso a 311 °k, entra
continuamente a un evaporador de efecto simple para concentrarse a 3.0%. La evaporación se lleva a cabo a presión atmosférica y el área del evaporador es 69.7 . El calentamiento se logra con vapor de agua saturado a 383.2 °k. Puesto que la solución es diluida, se puede suponer que tiene el mismo punto de ebullición del agua. Se estima que la capacidad calorífica de la alimentación es C.p.= 4.10
* °K. Calcule las cantidades de vapor y de líquido producidas y el
coeficiente total de transferencia de calor U.
Suponiendo P= 1 atm = 311 ºK
F= 4535
V
X=0.02 S T=383.2 ºK
S
L
A= 69. 7
Cp= 4.10
Balance general: F=L+V 4535= L+V
Balance de sólidos: =
4535 (0.02) = L (0.03)
L=
L= 3023.33 F= L+ V V=F-L V=4535-3023.333 V= 1511.667
PROBLEMA 8.4-3: EFECTO DE LA PRESION DEL EVAPORADOR SOBRE LA CAPACIDAD Y LA COMPOSICION EL PRODUCTO. Repita el cálculo del ejemplo 8.4-1, esta vez con una presión del evaporador de 41.1 KPa en lugar de 101.32 KPa abs. Use los mismo valores de presión del vapor de agua, área A y coeficiente de transferencia de calor U. a) Determine la nueva capacidad o velocidad de alimentación en estas condiciones. La composición del producto líquido es la misma de antes. b) Determine la nueva composición del producto al aumentar la velocidad de alimentación a 18144
.
Suponiendo que :
F=5.00
=0.01
Presión en el interior del evaporador = 41.1 KPa Presión del vapor que se introduce al equipo= 140 KPa
EPE= 0.75 Para 140 KPa, la temperatura de saturación es 109.27 , para 41.1 KPa, la temperatura de saturación es 76.9 de acuerdo con las tablas de vapor
Balance total:
F 5000(0.01)=P (0.08) P=625
V= F-P V= (5000-625) V= 4375
= entalpia del vapor de agua saturado que ingresa al equipo a
=entalpia de vapor saturado que sale del equipo a
b) Con la ecuación F se obtiene el valor de en donde suponemos P=625 F
18150(0.01)
=0.29
8.4-5 EPE de soluciones de NaOH.
Determine el punto de ebullición de la
solución y la EPE en los siguientes casos: a) Una solución de NaOH al 30% que hierve en un evaporador a presión de 172.4 kPa (25 psia). b) Una solución de NaOH al 60% que hierve en un evaporador a presión de 3.45 kPa (0.5 psia).
Para el inciso a) Para obtener el punto de ebullición del agua para una presión de 172.4 kPa, se interpola con los datos obtenidos de las tablas de vapor saturado:
T=
T = 130.24 °
(272.4 – 270.28) + 130
Para encontrar la temperatura en la que embulle la solución de NaOH a 30%, se busca en la tabla de Dühring y esta es T= 145°C. Entonces, para calcular la EPE: = 145° 130.24° = 15°
Para el inciso b) Con los datos de las tablas de vapor se obtienen los datos necesarios para obtener la temperatura de ebullición del agua pura, para esto se tiene que hacer una interpolación: =
(3.45 – 3.1698) + 25
= 26.3 °
Se busca la temperatura en la que ebulle la solución de NaOH al 60% y se tiene que T= 83° EPE= 83° – 26.3°= 56.7°
PROBLEMA 8.4-7: EFECTO DE LA TEMPERATURA DE ALIMENTACION EN LA EVAPORACION DE UNA SOLUCION DE NaOH. Un evaporador de efecto simple concentra una alimentación de 9072
de una
solución de NaOH al 10% en peso de agua para obtener un producto con 50% de sólidos. La presión del vapor de agua saturado es 42 KPa (manométricas) y la presión del evaporador es 20 KPa (abs). El coeficiente de transferencia de calor es 1988
* ºK. Calcule la cantidad de vapor de agua que se usa, la economía de
vapor en
y el área para las siguientes condiciones de
alimentación: a) Temperatura de alimentación a 288.08 ºK (15.6 ºC) b) Temperatura de alimentación a 322.1 ºK (48.9 ºC)
F=9072 kg/h X= 0.1
P= 20 kPa
Ps= 42kPa
Balance general F= L +V
Balance de sólidos FXf = LXl L= 1814.4 Por lo tanto, F – L= V V= 9072 – 1814.4= 7257.6 kg/h + S λ = +
PROBLEMA 8.4-9: PRODUCCIÓN EN UN EVAPORADOR DE EFECTO SIMPLE. Un evaporador concentra F kg/h a 3 ll ºK de una disolución de NaOH al 20% en peso hasta 50% en peso. El vapor de agua saturado para el calentamiento está a 399.3 ºK. La presión en el evaporador es de 13.3 kPa abs. El coeficiente totales 1420
* ºK y el área es 86.4 . Calcule la velocidad de alimentación F del
evaporador.
V F= 13.3 KPa
X=0.20 S= S
=399.5 ºK
L= 0.5
U= 1420
* ºK
Área = 86.4 .
Balance general: F= L+ V =
F (0.2) = L (0.5) L=
L= 0.4 F
L= 0.4 F + V V= F-0.4 F V = 0.6 F Punto de ebullición del agua a 13.3 KPa es = 2294
Usando la grafica de During se obtiene el punto de ebullición de la solución = 93 ºC Y obtenemos la EPE = 93 – 51.6 ºC ENTONCES: EPE= 41.4 ºC De acuerdo con la grafica de concentración para NaOH al 20% y 311 ºK (37085 ªC): = 130
Por lo tanto 50% de NaOH y 93ºC): = 540
Para vapor sobrecalentado a 93 ºC y 13.3 KPa: =2594 = 2594 + 1.884 (93 – 51.6) = 2672
Para el vapor de agua saturado a 399.3 ºK:
λ = 2185.2
q= S λ
s= q= (UA)( Δ T) q= (1420
ºK)(86.4 )(399.3 – 366.15)
q= 4067107.2 w
s=
s= 6700.34
+ S λ = +
F( 130) + 6700.34(2185.2) +0.4F (540) + 0.6F(2672) F( 130) + 14641585.15 =216 F + 1603.2 F 130F -1819 F + 14641585.15 =0 -1689 F= - 14641585.15 F=
F= 8667.76
8.4-11 Evaporación de jugo de tomate al vacío. Se concentra jugo de tomate con 12% de sólidos en peso hasta 25% de sólidos en un evaporador de tipo película. La temperatura máxima permisible para el jugo de tomate es 135°F, que será la temperatura del producto. (La alimentación entra a 100°F) Se usa vapor de agua saturado a 25 lb/pulg2 abs como medio de calentamiento. El coeficiente total de transferencia de calor es U=600 BTU/hr ft* °F y el área A= 50 ft2. Se estima que la capacidad calorífica de la alimentación es Cp= 0.95 BTU/lbm °F. Desprecie cualquier elevación del punto de ebullición que exista. Calcule la velocidad de alimentación del jugo de tomate al evaporador. XF=.12 XL=.25 T1= 135°F TF= 100°F PS= 25 lb/pulg2 U= 600 BTU/hr ft2 °F A=50 ft2 CpF= 0.95 BTU/lbm °F F=?
De las tablas de vapor en el apéndice A.2, usando la presión del vapor obtenemos: TS= 240.062 °F HS=1164.2 BTU/lbm hS= 209.7 BTU/lbm BTU λS= HS –hS = 955.13 /lbm Y tomando la temperatura de 135°F: hL= 102.97 BTU/lbm HV= 1119.85 BTU /lbm
Sustituyendo las ecuaciones 1 y 2 en la ecuación 3:
Despejando F obtenemos:
Sustituyendo los valores conocidos obtenemos:
PROBLEMA 8.5-2: EVAPORACIÓN DE UNA SOLUCIÓN DE AZÚCAR EN UN EVAPORADOR DE EFECTO MÚLTIPLE. Un evaporador de efecto tiple con alimentación hacia adelante esta evaporando una solución de azúcar con EPE despreciable (menos de 1 .O K, que no se tomará en cuenta) desde 5% de sólidos en peso hasta 25% de sólidos. Se usa vapor de agua saturado a 205 kPa. La presión en el espacio de vapor del tercer efecto es 13.65 kPa. La velocidad de alimentación es 22680
y la temperatura,
299.9 ºK. La capacidad calorífica del líquido es cp. = 4.19 - 2.35 X, y Cp. está en
* K y x es fracción en peso (Kl). Los coeficientes de transferencia de calor
son = 3123, =1987 y = ll 36
* º K. Calcule el área superficial de cada
efecto cuando todos ellos tienen la misma área, así como la velocidad de suministro de vapor de agua.
