UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE CHIHUAHUA. PRÁCTICA No. 1 EVAPORADORES FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS. OPERACIONES UNITARIAS II Dr. Iván Salmerón Ochoa

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Texto completo

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PRÁCTICA No. 1

“EVAPORADORES”

LAURA CASAVANTES JAVALERA 245410 KARELY BONILLA CHAPARRO 235888 JENNIFER MENDOZA CRUZ 245428 RUBY DURAN ALARCON 245434 HILDA SOSA MIRANDA 245420 KAREN MORALES LÓPEZ 245484

UNIVERSIDAD

AUTÓNOMA DE

CHIHUAHUA

FACULTAD DE

CIENCIAS QUÍMICAS

OPERACIONES

UNITARIAS II

Dr. Iván Salmerón

Ochoa

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RESUMEN

Esta práctica se inició con un día de anticipación ya que el suero se tuvo que descremar, primero se calentó y después se pasó al descremador. Al día siguiente se introdujo el suero en el evaporador de película ascendente, y se midió concentración en grados brix, temperatura y volumen de la solución; y así cada 30 minutos se repitió las mediciones. Al terminar la práctica se lavó el evaporador con agua caliente hasta que los residuos de suero se fueron por la manguera de eliminación; por lo cual se aprendió el manejo de dicho evaporador.

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ANTECEDENTES TEÓRICOS

La evaporación consiste básicamente en concentrar una disolución consistente en un soluto no volátil y un disolvente volátil. En la mayor parte de las evaporaciones el disolvente es agua. La evaporación se realiza vaporizando una parte del disolvente para producir una disolución concentrada. La evaporación difiere del secado en que el residuo es un líquido a veces altamente viscoso en vez de un sólido; difiere de la destilación en que el vapor es generalmente un solo componente y, aun cuando el vapor sea una mezcla, en la evaporación no se intenta parar el vapor en fracciones; difiere de la cristalización en que su interés reside en concentrar una disolución y no en formar y obtener cristales. En la evaporación el producto valioso es el líquido concentrado mientras que el vapor se condensa y se desecha. Sin embargo, en algún caso concreto puede ocurrir lo contrario. El agua salubre se evapora con frecuencia para obtener un producto exento de sólido para la alimentación de calderas, para procesos con requerimientos especiales o para el consumo humano. Esta técnica se conoce con frecuencia con el nombre de destilación de agua, pero se trata en realidad de evaporación. Se han desarrollado procesos de evaporación a gran escala utilizándose para la recuperación de agua potable a partir de agua de mar. En este caso el agua condensada es el producto deseado. Solamente se recupera una fracción del agua contenida en la alimentación, mientras que el resto se devuelve al mar. ₍₁₎

La evaporación consiste en la adición de calor a una solución para evaporar el disolvente que, por lo general, es agua. Usualmente, el calor es suministrado por condensación de un vapor (como vapor de agua) en contacto con una superficie metálica, con el líquido del otro lado de dicha superficie. El tipo de equipo usado depende tanto de la configuración de la superficie para la transferencia de calor como de los medios utilizados para lograr la agitación o circulación del líquido. Las propiedades físicas y químicas de la solución que se está concentrando y del vapor que se separa tienen un efecto considerable sobre el tipo de evaporador que debe usarse y sobre la presión y la temperatura del proceso. ₍₂₎

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Las partes esenciales del evaporador de película ascendente o (flujo ascendente) son (1) un cambiador de calor tubular con vapor de agua en el lado de la carcasa, y el líquido que se desea concentrar en el interior de los tubos, (2) un separador o espacio de vapor para separar el líquido arrastrado por el vapor, y (3) cuando opera como una unidad de circulación, una recirculación para el líquido desde el separador hasta el fondo del cambiador.

Existen entradas para el líquido de alimentación y el vapor de agua, y salidas para el vapor, la disolución concentrada, el vapor condensado y los gases no condensables procedentes del vapor de agua. Los tubos son típicamente de 1 a 2 pulg de diámetro y 12 a 32 pies de longitud. El líquido y el vapor ascienden por el interior de los tubos como consecuencia de la acción de ebullición, y el líquido separado retorna al fondo de los tubos por gravedad. La alimentación diluida, con frecuencia a una temperatura próxima al ambiente, entra en el sistema y se mezcla con el líquido que retorna del separador. La mezcla entra por el fondo de los tubos, sobre la parte exterior de los cuales condensa vapor de agua. Durante una corta distancia la alimentación que entra en los tubos asciende como líquido recibiendo calor desde el vapor de agua. Después se forman burbujas en el líquido al comenzar la ebullición, aumentando la velocidad lineal y la velocidad de transmisión de calor. Cerca de la parte superior de los tubos las burbujas crecen rápidamente. En esta zona las burbujas de vapor alternan con masas de líquido que ascienden rápidamente a través de los tubos y salen a gran velocidad por la parte superior. La mezcla de vapor y líquido que sale de los tubos entra en el separador. El diámetro del separador es mayor que el del cambiador, de tal forma que la velocidad del vapor disminuye rápidamente. Como una ayuda adicional para la eliminación de las gotitas de líquido, el vapor choca y pasa sobre un conjunto de placas deflectoras después de salir del separador. El evaporador que se muestra en la Figura 1.1 solamente puede operar como una unidad de circulación. Los evaporadores de tubos largos verticales son especialmente eficaces para concentrar líquidos que tienden a formar espuma.

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La espuma se rompe cuando la mezcla de líquido y vapor de alta velocidad choca contra las placas deflectoras. ₍₁₎

Figura 1.1

Imagen del Evaporador de Flujo ascendente de la Facultad de Ciencias Químicas de la UACH.

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La evaporación de varios materiales biológicos suele diferir de la de materiales inorgánicos como NaCl y NaOH, así como de los materiales orgánicos como el etanol y el ácido acético. Los materiales biológicos como los productos farmacéuticos, la leche, los jugos cítricos y los extractos vegetales, suelen ser muy sensibles al calor y con frecuencia contienen partículas muy finas suspendidas en solución. Además, y debido a los problemas de crecimiento bacteriano, el equipo debe diseñarse de tal manera que pueda limpiarse con facilidad. Muchos materiales biológicos en disolución presentan elevación del punto de ebullición muy baja al concentrarse. Esto se debe a que los sólidos suspendidos en forma de partículas muy finas y los solutos disueltos de alto peso molecular, contribuyen muy poco a esta elevación. El grado de degradación de los materiales biológicos durante la evaporación está en función de la temperatura y del tiempo de procesamiento. Para mantener la temperatura baja, la evaporación debe hacerse al vacío, lo que reduce el punto de ebullición de la disolución. Para que el tiempo de contacto sea corto, el equipo debe tener un tiempo bajo de retención (tiempo de contacto) del material que se está evaporando. A continuación se señalan los tipos de equipo usados y algunos de los materiales que se procesan en ellos.₍₂

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MATERIALES Y REACTIVOS

Tabla 1. Materiales y reactivos utilizados en el proceso

Materiales Reactivos

 Evaporador de película ascendente de efecto simple  Termómetro

 Bureta  Caldera  Refractómetro

 Suero de leche previamente descremado

 Hielo  Agua

METODOLOGÍA

Se descremó previamente 20 litros de suero de Leche; al día siguiente se encendió la caldera para encender el evaporador de película ascendente de efecto simple y se añadió la solución de suero de leche descremado al depósito del evaporador y se conectó la bomba del condensador; la velocidad de flujo fue de 10 Lt/h, la presión de vapor fue a 0.4 Kg/cm2 y la temperatura de alimentación a 70˚C. Se tomaron muestras de la solución concentrada cada 30 minutos y se midió la concentración con un refractómetro, así como la temperatura de la alimentación para compararla. Se verificaron que los datos fueran correctos y se procedió a limpiar el evaporador pasando agua para que no quedara contaminado con la solución de suero de leche.

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RESULTADOS Y DISCUSIONES

 Flujo de alimentación 10 L/h  Presión de vapor 0.4 Kg/ cm2

Tabla 2. Datos obtenidos en el método experimental. Tiempo (Minutos) Concentración de suero (Grados Brix) Volumen de suero concentrado Temperatura de alimentación Temperatura a la salida del evaporador Temperatura del condensado 30 5 270 54°C 82°C 28°C 60 5.8 544 79°C 96°C 26°C 90 5.9 814 53°C 84°C 38°C 120 6 1124 80°C 93°C 35°C

Gráfica 1. Aumento de la concentración de suero con respecto a tiempo

El uso principal de los evaporadores es concentrar una solución la cual es alimentada a cierta temperatura y flujo, la cual se evapora con vapor.

En esta práctica el objetivo era concentrar una solución de suero de leche para pruebas posteriores.

 La concentración se midió al inicio de operar el evaporador, y cada media hora los resultados fueron los esperados.

0 30 60 90 120 5 5.8 5.9 6 Ti e m p o ( M in u to s)

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 La concentración en °brix fue aumentando con el paso el tiempo, lo cual se debe a la eficiente operación del evaporador y un buen proceso con una concentración inicial de 5°brix y una final de 6°brix como se muestra en la gráfica 1.1 lo cual refleja una tendencia líneal del aumento de °brix con el respecto al tiempo.

CONCLUSIÓN

Debido a esta práctica se pudo aprender y observar el funcionamiento de un evaporador de flujo ascendente, en el cual la relación de los grados brix con el tiempo de proceso del evaporador, también están relacionados con el flujo al cual se alimenta el suero a condensar.

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REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

(1) Warren L. McCabe. Julian C. Smith. Peter Harriott. (1991). Operaciones Unitarias en Ingeniería Química. Evaporación. (4ta ed.) España. McGRAW-HILL.

(2) C.J. Geankoplis. (1998). Procesos de Transporte y Operaciones Unitarias. Evaporación. (3ra ed.) México. compañía editorial continental, s.a. de c.v. México.

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