evaporadores practica

(1)

http://www.oocities.org/espanol

/itcl238/

(2)

PROBLEMA 1

Una disolución acuosa de un coloide orgánico se hace concentrar desde el 10% al 40 % Una disolución acuosa de un coloide orgánico se hace concentrar desde el 10% al 40 %

en un evaporador simple a razón de 15000 Kg/h. El vapor

en un evaporador simple a razón de 15000 Kg/h. El vapor de calefacción es vapor dede calefacción es vapor de agua saturado a 2 atm y abandona la cámara de condensación a la temperatura de agua saturado a 2 atm y abandona la cámara de condensación a la temperatura de condensación.

condensación.

En la cámara de evaporaci

En la cámara de evaporación se mantiene una presión absoluta de 150 mmHg. El caloón se mantiene una presión absoluta de 150 mmHg. El calor r de dilución y la pérdida de calor al exterior por convección y radiación son

de dilución y la pérdida de calor al exterior por convección y radiación son despreciables. El coeficiente integral de transferencia de calor vale 2000 kcal/m

despreciables. El coeficiente integral de transferencia de calor vale 2000 kcal/m 2 2_{h °C}_{h °C} y el calor

y el calor específico de específico de la alimentala alimentación es Cp=0,9 Kcación es Cp=0,9 Kcal/Kg °C .l/Kg °C . La disolución puede entrar al eva

La disolución puede entrar al evaporador a : 20°C , 50 °C, 80°C.porador a : 20°C , 50 °C, 80°C. Determínese para cada una de las cond

Determínese para cada una de las condiciones de entrada :iciones de entrada : a

a)) CoConnssuumo mo dde e vvaappoor r vviivvoo b)

b) SuSupeperfrficicie ie de de cacallefefacaccicioonn cc)) EEccoonnoommíía a ddeel l pprroocceessoo

(3)

Total

sólido

liquido

Solución diluida

15000

1500

13500

Producto

concentrado

3750

1500

2250

Agua evaporada

11250

BALANCE DE MASA (Kg / h)

(4)

BALANCE ENTALPICO:

Pabs = 150 mmHg = 0,20 Kg/cm2 _{Teb = 60°C}

Cámara de evaporación

Cámara de condensación

Pabs = 2 atm = 2 Kg/cm

2

_{Tcond = 119,6 °C}

- hl =(645,8 –119,87) Kcal/Kg = 526 kcal/Kg W f e evap

F

Cp

t

E

W

l l

_.

_.(

₎

.

  =

526 )

60 (

9 ,

0 .

15000

5 ,

563 .

11250

 

t

_f =

h

Kg

W

₂₀

=

13079

/

h

Kg

W

₅₀

=

12298

/

h

Kg

W

₈₀

=

11539

/

a) l=H - h =(623,1 59,61 Kcal/Kg = 563,5 kcal/Kg =Hv

(5)

b)

T

U

W

T

U

Q

A



=



=

.

l

2

20

58 m

A

=

2

50

54 m

A

=

2

80

51 m

A

=

c) do(W) suministra n calefacció de Vapor E) evaporada( agua de Cantidad n evaporació de Economia =

98 ,

0

80 =

E

92

0

50 =

E

86 ,

0

20 =

E

(6)

ELEVACIÓN DEL PUNTO DE EBULLICIÓN

Mientras que procede la evaporación, el licor que permanece en el evaporador se concentra y su punto de ebullición se eleva

El grado de la elevación del punto de ebullición depende de la naturaleza del material que es evaporado y de los cambios de la concentración

La elevación del punto de ebullición se puede calcular por la ley de Raoult:

= kx

donde:

: es la elevación del punto de ebullición

x : es la fracción molar del soluto

k: es un constante de proporcionalidad.

T

(7)

• La presencia de solutos provoca un incremento en el punto de ebullición

Disoluciones acuosas

S e E M X K C T

_(º

₎

₌

1000



disolvente

Kg

soluto

Kg

X

=

/

soluto

del

molecular

masa

Ms

=

m

C

T

_E

(º

)

=

0 ,

51



disolución

la

de

molalidad

m

=

Disoluciones acuosas

) 10 . 52 , 6 03889 , 0 ( 113 , 0 029 , 0 4 2

04904

,

0

C C E

C

P

e

T

=    

Zumos

)

(º

Brix

disolución

la

de

ión

Concentrac

C

=

)

(

Pr

esión

mbar

P

=

(8)

Para las disoluciones iónicas las desviaciones experimentales son grandes. En la

práctica para el cálculo del incremento del punto de ebullición hacemos uso de la regla de Durhing.

Regla de Durhing: si se representa el punto de ebullición de una

disolución frente a la temperatura de ebullición del disolvente los

puntos correspondientes a distintas presiones caerán sobre una recta (Diagrama de Durhing para el NaCl)

(9)

(10)

54,8% 62,1% 43,1% 30,7% 20,2% 70 60 50 40 45 55 65 75 80 T e m p e r a t u r a d e e b u l l i c i ó n d e l o s z u m o s ( ° C )

Zumo de tamarindo

Gráficos de Dühring

(11)

0 25 50 75 100 125 250 225 150 200 175 0 25 50 75 100 125 250 225 150 200 175 25 25 50 75 100 125 150 50 75 100 125 150 T e m p e r a t u r a d e e b u l l i c i ó n d e l a s o l u c i ó n , ° C

Teb disolución = f(Teb agua, %peso)

(12)

200 400 600 800 1.00 0 100 75 50 50 75 100 125 g sacarosa 100 g agua T e m p e r a t u r a d e e b u l l i c i ó n d e l a s o l u c i ó n ( ° C )

Soluciones acuosa de sacarosa

(13)

DIAGRAMA ENTALPÁ

CONCENTRACIÓN DEL

SISTEMA Na(OH)-H

₂

O

0 0 10 20 30 40 60 50 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 220 210 10 ₂₀ ₃₀ ₄₀ ₅₀ ₆₀ ₇₀ ₈₀ 230 240 250 60 70 80 C º 10 C º 20 C º 30 C º 40 C º 50 C º 60 C º 70 C º 80 C º 90 C º 100 C º 110 C º 120 C º 130 C º 140 C º 150 C º 160 C º 170 C º 180 C º 190 C º 200 E n t a l p í a , K c a l / K g s o l u c i ó n

% en peso de Na(OH)

(14)

En un evaporador simple se encuentran 2000 Kg/h de una disolución desde el 10% hasta el 50% en peso.

El vapor de calefacción es vapor saturado a 1,6 atm y en la cámara de evaporación se mantiene una presión absoluta de 450 mmHg.

Para la disolución del 50% el incremento en el punto de ebullición es de 10°C y el calor especifico de la disolución diluida es 0,85 Kcal/Kg°C.

Considerando despreciables de los efectos termicos de dilución, hidratación, etc, determínese el consumo horario del vapor y la superficie de la calefacción necesaria, si la disolución entra en el evaporador a 25°C y el U=1800 Kcal/m2_h°C

(15)

BALANCE DE MASA (Kg / h)

Total

sólido

liquido

Solución diluida

20000

2000

18000

Producto

concentrado

4000

2000

Agua evaporada

16000

(16)

BALANCE ENTALPICO:

Pabs = 450 mmHg = 0,61 Kg/cm2 _{Teb = 85,45°C}

Cámara de evaporación

Si no hubiera incremento en el punto de ebullición la disolución herviría A 86°C .

Como hay un incremento de 10°C en el punto de ebullición la disolución hierve a 96°C

La entalpía del vapor generado=He=[ 548 + (0,46x10)]Kcal/Kg=552,6Kcal/Kg

(17)

Cámara de condensación

Pabs = 1,6 atm = 1,65 Kg/cm

2

_{Tcond = 112,73 °C}

- hl =(643,5 –112,89) Kcal/Kg = 530,6 kcal/Kg W f e

t

Cp

F

He

E

W

l

)

.(

.

  =

6 ,

530 )

25

96 (

85 ,

0 .

20000

6 ,

551 .

16000

  =

h

Kg

W

=

18900

/

T

U

W

T

U

Q

A



=



=

.

l

2

334 m

A

=

=Hv

(18)

Ejemplo 3

En un evaporador simple se tratan 15000 Kg/h de una disolución de NaOH al 10% que ha de concentrarse hasta el 50% en peso.

El vapor empleado como medio de calefacción es vapor saturado a 3,5 atm y una vez condensado sale a la temperatura de condensación.

El vacío mantenido en la cámara de evaporación es de 620 mmHg referido a la presión atmosférica normal.

El coeficiente integral de transferencia de calor vale 1600 Kcal/m2_{h°C .} Si la alimentación entra a 40°C y no se pierde calor al exterior, calcular: