UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL FACULT FACULTAD AD DE INGENIERÍ INGENIERÍA A QUÍMICA LABORATORIO LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS NOMBRE DE LA PRÁCTICA: EVAPORACION GRUPO DE PRÁCTICA: “C1” NOMBRE DEL ALUMNO: CARVA CARVAJAL SANTOS SANTOS MARCELO NOMBRE DEL PROFESOR: ING. JAIRO MENDIETA MSc. FECHA DE REALIACI!N DE LA PRÁCTICA: 1"#$%#&$1" FECHA DE ENTREGA: &'#$%#&$1"
INDICE 1. Resumen Teórico…………………………………………3 Practico………………………………………...4,5
2. Objetivos General…………………………………………7 Eseci!ico………………………………………7
3. Proce"imiento e$erimental…………………….7 4. E%uio & material emlea"o…………………….' 5. (oja "e "atos e$erimentales…………………...1) *. Resulta"os & an+lisis "e los resulta"os………….11 7. omenclatura……………………………………11 '. -n"ice……………………….……...………...12 /. 0onclusiones & Recomen"aciones………………13 1).
ibliora!a………………………………..…....13
11.
-ne$os…………………………………………..14
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RESUMEN TEORICO Para una sustancia en sus diferentes fases, sus propiedades térmicas tienen diferentes órdenes de magnitudes. Por eemp!o, e! ca!or especi"co por unidad de masa es a!to par !os !#$uidos %, usua!mente, de &a!ores intermedios para !os gases. S# mismo, en cua!$uier cuerpo $ue a'sor'a o pierda ca!or, de'e guardarse especia!es consideraciones respecto a si e! cam'io es de ca!or !atente o sensi'!e o de am'os. Estas fases est(n re!acionadas con su contenido de energ#a. En !a fase !i$uida e)iste su"ciente energ#a térmica para e)tender !as distancias de !as mo!écu!as ad%acentes* en !a fase gas o &apor, !a presencia de energ#a térmica adiciona! resu!ta en una separación re!ati&amente comp!eta de !os (tomos o mo!écu!as. Por eemp!o cuando a tra&és de un tu'o +u%e &apor de agua % este se encuentra sumergido en un recipiente con !#$uido, form(ndose pe$ueas 'ur'uas de &apor so're !a super"cie de! tu'o. Cuando se -a a!canado su"ciente fuera ascensoria! entre !as 'ur'uas % e! !#$uido, estas se !i'eran % su'en a !a super"cie de! recipiente. /a formación /a formación de estas 'ur'uas tiene !ugar por mecanismos de con&ección !i're % uega un pape! importante !a tensión super"cia! de !a sustancia. Estos aparatos $ue con&ierten e! ca!or !atente o sensi'!e de un +uido en ca!or !atente de &aporiación de! otro +uido se conocen como e&aporador. /a unidad e)perimenta! de! !a'oratorio es un e&aporador de tu'os !argos &ertica!es de circu!ación natura!, diseada para funcionar con un efecto o con do'!e efecto. E&aporación Es una operación unitaria $ue nos permite concentrar una so!ución formada por un so!&ente &o!(ti! % un so!uto no &o!(ti!. E! proceso de e&aporación consiste en !a e!iminación de un !#$uido de una suspensión o emu!sión por tratamientos térmicos. En !a ma%or parte de !as e&aporaciones e! so!&ente es agua. /a fuera motri en e&aporación es !a diferencia de temperaturas entre temperatura de! &apor uti!iado para ca!entamiento % !a temperatura de! producto. E&aporador 3
Es un intercam'iador de ca!or entre +uidos, de modo $ue mientras uno de e!!os se enfr#a, disminu%endo su temperatura, e! otro se ca!ienta aumentando su temperatura, pasando de su estado !#$uido origina! a estado &apor 0ca'iendo !a posi'i!idad de un ca!entamiento u!terior, con !o $ue se dice $ue a!cana e! estado de &apor so'reca!entado1. 2 "n de cuentas un e&aporador, es un intercam'iador de ca!or m(s comp!eo, en e! $ue adem(s de producirse e! cam'io de fase pueden darse otros fenómenos asociados a !a concentración de !a diso!ución, como !a formación de só!idos, !a descomposición de sustancias. /as partes esencia!es de un e&aporador son !a c(mara de ca!efacción % !a c(mara de e&aporación. E! -a de tu'os corresponde a una cama % !a coraa corresponde a otra c(mara. /a coraa es un cuerpo ci!#ndrico en cu%o interior esta e! -a de tu'os. /as dos c(maras est(n separadas por !a super"cie so!ida de !os tu'os, a tra&és de !a cua! tiene !ugar e! intercam'iador de ca!or. /a "rma % disposición de estas c(maras, diseadas para $ue !a e"cacia sea m()ima, da !ugar a distintos tipos de e&aporadores.
TEORI2 3UN42MENT2/ /a e&aporación es una operación $ue se ap!ica muc-o en !a industria con e! "n de separar o e!iminar impureas de! agua para !a o'tención de &apor en !as ca!deras, esto se -ace mediante e&aporadores, !a ma%or#a de estos se ca!ientan con &apor de agua $ue condensa so're tu'os met(!icos. 5enera!mente e! &apor es de 'aa presión, inferior a 6 atm a'so!utas, % con frecuencia e! !#$uido $ue -ier&e se encuentra a un &ac#o moderado, de -asta 7,78 atm a'so!utas. 2! reducir !a temperatura de e'u!!ición de! !#$uido aumenta !a diferencia de temperatura entre e! &apor condensante % e! !#$uido de e'u!!ición %, por tanto, aumenta !a &e!ocidad de transmisión de ca!or en e! e&aporador. E! método genera! para aumentar !a e&aporación por 9i!ogramo de &apor de agua uti!iando una serie de e&aporadores entre e! suministro de &apor &i&o % e! condensador reci'e e! nom're de e&aporación en m:!tip!e 4
efecto. En e! cua! e! &apor procedente de uno de !os e&aporadores se introduce como a!imentación en e! e!emento ca!efactor de un segundo e&aporador, % e! &apor procedente de éste se en&#a a! condensador, !a operación reci'e e! nom're de do'!e efecto. E! ca!or de! &apor de agua origina! es reuti!iado en e! segundo efecto, % !a e&aporación o'tenida por unidad de masa de! &apor de agua de a!imentación a! primer efecto es apro)imadamente e! do'!e. E! primer efecto de un e&aporador de +uo m:!tip!e es a$ué! en e! $ue se introduce e! &apor &i&o % en e! $ue !a presión en e! espacio de &apor es !a m(s e!e&ada. E! :!timo efecto es e! $ue tiene !a presión m#nima en e! espacio de &apor. /a presión en cada efecto es menor $ue !a de! efecto de! cua! reci'e e! &apor de agua % superior a !a de! efecto a! cua! suministra &apor. Cada efecto, por s# so!o, act:a como un e&aporador de un so!o efecto, % cada uno de e!!os tiene una ca#da de temperatura a tra&és de su super"cie de ca!efacción Correspondiente a !a ca#da de presión en dic-o efecto. E! acop!amiento de una serie de cuerpos de! e&aporador en un sistema de m:!tip!e efecto es una cuestión de tu'er#as de intercone)ión % no de !a estructura de !as unidades indi&idua!es. /a numeración de !os efectos es independiente de! orden en e! $ue !as diso!uciones entren como a!imentación de !os mismos. En "gura !a a!imentación di!uida entra en e! primer efecto, donde se concentra parcia!mente, pasa a! segundo efecto para una concentración adiciona! %, por :!timo, en e! tercer efecto a!cana !a concentración "na!. /a diso!ución concentrada se e)trae de! tercer efecto mediante una 'om'a. En !a operación en estado estacionario !as &e!ocidades de +uo % !as &e!ocidades de e&aporación son ta!es $ue tanto e! diso!&ente como e! so!uto no se acumu!an ni disminu%en en cada efecto. /a concentración, temperatura % &e!ocidad de +uo de !a a!imentación est(n !igadas, !as presiones en !a entrada de! &apor &i&o % e! condensador est(n esta'!ecidas, % todos !os ni&e!es de !as diso!uciones se mantienen en cada efecto. Por tanto, todas !as concentraciones internas, &e!ocidades de +uo, presiones % temperaturas se mantienen autom(ticamente constantes por s# mismas durante !a operación de! proceso.
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/a concentración de !a diso!ución concentrada so!amente se puede modi"car cam'iando !a &e!ocidad de +uo de !a a!imentación. Si !a diso!ución concentrada es demasiado di!uida, se reduce !a &e!ocidad de a!imentación a! primer efecto %, contrariamente, se aumenta si es demasiado concentrada. /a concentración en e! :!timo efecto % de !a diso!ución concentrada $ue descarga de! mismo a!canar( e&entua!mente un nue&o estado estacionario para e! ni&e! deseado. /a super"cie de ca!efacción de! primer efecto transmitir( por -ora una cantidad de ca!or dado por !a ecuación.
Si !a parte de este ca!or $ue &a a ca!entar !a a!imentación -asta e! punto de e'u!!ición se desprecia por e! momento, resu!ta $ue todo este ca!or -a de aparecer como ca!or !atente en e! &apor $ue sa!e de! primer efecto. /a temperatura de! condensado $ue sa!e de! segundo efecto es mu% pró)ima a !a temperatura T, de !os &a!ores procedentes de! !#$uido $ue -ier&e en este efecto. Por tanto, en !a operación en estado estacionario pr(cticamente todo e! ca!or consumido en crear &apor en e! primer efecto ser( cedido cuando este mismo &apor condense en e! segundo efecto. Sin em'argo, e! ca!or transmitido en e! segundo efecto &iene dado por !a ecuación.
Ta! como se -a indicado, $; % $< son pr(cticamente igua!es, de forma $ue.
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Este mismo raonamiento puede amp!iarse, de forma $ue, apro)imadamente.
En !a pr(ctica ordinaria !as (reas de ca!efacción de todos !os efectos de un e&aporador de m:!tip!e efecto son igua!es, !o cua! conduce a una econom#a constructi&a. Por tanto $; = $< = $6 !a ecuación $ue da de esta manera.
2 partir de a$u# se deduce $ue !as ca#das de temperatura en un e&aporador de m:!tip!e Efecto son, de forma apro)imada, in&ersamente proporciona!es a !os coe"cientes de Transmisión de ca!or.
O>?ETI@O 5ENER2/ES Determinar los balances de calor en el evaporador, trabajando para doble efecto y para un solo efecto.
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Reconocer !as partes de un e&aporador de do'!e efecto % sa'er e! funcionamiento de! mismo. Concentrar una so!ución de aguaAa:car por medio de! e&aporador de do'!e efecto. Rea!iar un an(!isis de !os datos o'tenidos en !a pr(ctica. Estabilización de evaporador: esta etapa se alcanza introduciendo el vapor a la presión de operación o de trabajo y se toman varias lecturas hasta que los valores de condensados sean constantes. Este período de estabilización es demorado (no se impaciente. !na vez estabilizado el evaporador se puede trabajar con presiones cada vez menores sin di"cultades, manteniendo siempre los niveles de a#ua en los cuerpos estantes. Efectuar !a pr(ctica referente a !a e&aporación para concentrar una so!ución* ap!icando !o aprendido en c!ase % manipu!ando e! e$uipo de operaciones unitarias de !a facu!tad de ingenier#a $u#mica, E&aporador de do'!e efecto.
PROCE4IMIENTO EBPERIMENT2/ ;. 2'rir !as &(!&u!as de seguridad 0<<, <6, <, <81 de !os dos efectos 0c(mara de e&aporación % ca!andria1.
<. 2!imentar !a so!ución a'riendo !as &(!&u!as 0;, , ;7, ;;, ;61, se prende !a 'om'a su'iendo !os 'rea9ers % presionando e! pu!sador.
6. Se a're !a &(!&u!a < $ue permite !a recircu!ación as# se &ita forar !a 'om'a. Pr !o tanto mientras !a 'om'a este prendida siempre de'e -a'er recircu!ación.
. Una &e $ue e! a!imento !!egue a un ni&e! no menor de 8cm de distancia de !a 'rida superior se procede a apagar !a 'om'a de a!imentación. 8
8. 2 continuación se pone en funcionamiento !a 'om'a de &ac#o, se enciende presionando e! pu!sador.
D. Inmediatamente se cierran !as &(!&u!as de seguridad de !as dos c(maras de e&aporación.
. Una &e $ue se -a esta'i!iado e! &ac#o deseado 0apro). ;inFg1 se procede a suministrar &apor a! primer efecto. Se a're !as &(!&u!as 0;D, ;1 % se mantiene !a presión deseada con !a &(!&u!a regu!adora de presión $ue cuenta con un manómetro como indicador. En caso de emergencia se uti!ia e! '%pass &(!&u!a ;G.
G. Tener acti&a !a torre de enfriamiento.
H. Cuando -a%an sa!ido todos !os gases incondensa'!es se cierra !a &(!&u!a de seguridad 0<<1 de! primer efecto, un indicador de esto es cuando e! &apor comiena a sa!ir por !a &(!&u!a. 4e !a misma forma se procede con e! segundo efecto 0<1.
;7. 2 medida $ue se da !a e&aporación e! ni&e! de! !#$uido comiena a descender, por !o tanto, se enciende nue&amente !a 'om'a de a!imentación % se contro!a e! cauda! con !a &(!&u!a 01 % e! rot(metro ; para $ue no se inunde e! e&aporador. ;;. Cuando comiena a disminuir e! ni&e! en e! efecto II se a'ren !as &(!&u!as 0, ;;1 pasando por e! rot(metro < para a!imentar e! efecto II. Se de'e cerrar &(!&u!a 0;71.
;<. Una &e a!canado e! o'eti&o, se da por terminada !a pr(ctica procediendo de forma contraria a !a inicia! A
Se cierra e! paso de &apor. 9
A A A
Minutos después se apaga !a 'om'a de &ac#o Se procede a &aciar !os e&aporadores. 3ina!mente circu!ar agua para su !impiea.
EJUIPOS K M2TERI2/ES E$uipo E&aporador de do'!e efecto >a!ana Refractómetro
Sustancias 2gua 2:car @apor
Materia!es @aso de precipitación >a!des
T2>/2 4E 42TOS Ta'!a de datos e)perimenta!es Prue' a
I E3ECTO
II E3ECTO 10
IC
P@
@;
C;
@<
T 0min1
Psi
T 0LC1
T T 0LC1 0LC1
7 8 ;7 ;8 <7 <8 67 68 7
8 8 8 8 8 8 8 8 8
HG HG HG HG HG HG HG HG
7 G7 G8 H7 H8 H8 H8 H8
67 6 H 8 8 8 6
C@< P 0mmF g1
;.8 ;8 ; ;6.8 ; ;6.8
T 0LC1 T 0LC1
< < 7.8 D7 D7 <.8 < DG
RESU/T24OS
RECO5I4O 4E CON4ENS24O g I II 2/ E3ECT E3ECTO @2CIO ORE3R2CTOMETRO L>ri) <; H.7H I II D.G 2/IMEN E3ECT E3ECT TO O O .H ;.G <.6
2N2/ISIS 4E RESU/T24OS Se tra'aaron con !as presiones 8 psig para !a condición de entrada de! &apor a! e&aporador. Se tomaron datos de temperaturas de entrada % !os condensados o'tenidos en !os intercam'iadores de ca!or. 11
4e'ido a una fa!!a en e! ca!deo no se pudieron o'tener mas datos /a temperatura &aria en e! e&aporador de segundo efecto Se recomienda tra'aar con una presión 'aa para o'tener agua e&aporada con menor +uo de &apor &i&o % energ#a consumida por !a ca!dera es decir para o'tener un proceso m(s e"ciente.
NOMENC/2TUR2 P@ @; Cs;
Presión de &apor 0Psi1 @apor de! e&aporador ; Condensado de! e&aporador ; @apor de! e&aporador Ca!or e&aporador < Intercam'iador de ca!or Tiempo 0min1 Temperatura LC
@< C@< IC t T
2PEN4ICE >a!ance de materia
12
E1
Z
S C
R
A
>a!ance de masa en !a ca!andria S2=C >a!ance de masa en e&aporador R = 2 E; 4onde S = 3!uo de &apor &i&o pro&eniente de ca!dera R = 3!uo de reposición o a!imentación de agua 2= 3!uo de !i$uido pro&eniente de e&aporador C= 3!uo de condensado de !a ca!andria = @apor $ue se a!imenta a! e&aporador E;= 3!uo !i$uido e&aporado 13
CONC/USIONES RECOMEN42CIONES
K
4e !a anterior pr(ctica de !a'oratorio se puede constatar $ue !a presión es !a &aria'!e de maneo m(s in+u%ente en !os e$uipos de efecto simp!e % efecto m:!tip!e. Se recomienda tra'aar con una presión 'aa para o'tener agua e&aporada con menor +uo de &apor &i&o % energ#a consumida por !a ca!dera es decir para o'tener un proceso m(s e"ciente. Cuando !a presión es menor se disminu%e !a temperatura de e'u!!ición de! !#$uido aumentando !a diferencia de temperatura entre e! &apor condensante % e! !#$uido de e'u!!ición %, por tanto, se incrementa !a &e!ocidad de transmisión de ca!or en e! e&aporador 3a!!a de! ca!dero !amenta'!emente a!tero !os "nes de !a practica Para !a pr(ctica se recomienda $ue !as mangueras de +uo de sa!ida de! condensado estén en una meor posición para as# o'tener una medición m(s precisa de dic-os +uos.
>I>/IO5R23I2 4ona!d J. ern. Procesos de Transferencia de Ca!or. Compa#a Editoria! Continenta!, S.2. de C.@., ;HD8. E&aporación % E&aporadores de m:!tip!e efecto pdf en !#nea, -ttpes.scri'd.comdoc6;DH6GE@2POR2CIONAKA E@2POR24ORESA4EAMU/TIP/EAE3ECTO
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Q9ren /, McCa'e. Smit- A Peter Farriott. Operaciones unitarias en ingenier#a $u#mica. T-e Mc5raAFi!! Companies, Inc., t- edition, ;HH;.
2NEBOS
EQUIPO DE EVAPORACION
LLENADO DEL TANQUE DE ALIMENTACION
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