Tipos de Evaporadores, Diapositivas de Procesos de Separación Química

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MÉTODO DE CALCULO PARA

EVAPORADORES DE UN SOLO

EFECTO

EN EL CÁLCULO DE LA VELOCIDAD DE TRANSFERENCIA DE CALOR EN UN

EVAPORADOR SE EMPLEA EL CONCEPTO DE UN COEFICIENTE TOTAL DE TRANSFERENCIA DE CALOR

q=UA ΔT=UA (T

S

- T 1

 q es la velocidad de transferencia de calor W (Btu/H),  U es el coeficiente total de transferencia de calor en W/m 2 ·K (Btu/h·pie 2 ·°F)  A área de transferencia de calor en m 2 (pie 2 )  TS es la temperatura del vapor que se condensa en K (°F)  T 1 es el punto de ebullición del líquido en K (°F)

BALANCE DE CALOR Y MATERIA PARA EVAPORADORES  V el vapor se desprende como disolvente puro kg/h (Lbm/h)  YV=0 sólidos contenido en el vapor  T 1 temperatura  Hv entalpia de evaporización.  S entrada de vapor de agua saturada kg/h (Lbm/h)  Ts temperatura de saturación  Hs entalpia de vapor  S vapor de agua condensado kg/h (Lbm/h)  Ts temperatura de saturación  hs entalpia del líquido  λ el vapor de agua solo transfiere su calor latente  λ= Hs- hs

BALANCE DE CALOR Y MATERIA PARA EVAPORADORES Balance total F=L+V Para un balance con respecto al soluto (sólidos) solamente F Xf =L XL Calor en la alimentación+ calor en el vapor de agua= calor en el liquido concentrado + calor en el vapor+ calor en el vapor de agua condensado Se supone que no hay pérdidas de calor por radiación o convección. Fhf +SHs=LhL+VHv + Shs Sustituyendo en la ecuación Fhf +Sλs=LhL+VHv El calor q transferido en el evaporador es q=S (Hs-hs)= Sλs

A) DATOS F= 4535KG/H XF=2.0% XL=3.0% V=? L=? BALANCE GENERAL F=V+L ----------------- (ECUACIÓN 1) BALANCE PARA EL SOLIDO F XF =L XL L = F XF / XL -----------------------L =(4535KG/H)(0.02) / 0. L= 3023.33 KG/H B) SUSTITUIR L EN LA ECUACIÓN1. V = F – L- ------------ V=4535 KG/H – 3023 KG/H V=1512 KG/H

C) Datos Alimentación F= 4535kg/h XF=2.0% Cp=4.10 KJ/Kg·K TF=311 K hF=? hF=CpF (TF-T 1 )---------hF=4.10 KJ/Kg·K (311 K - 373.15 K) hF= - 255 KJ/Kg Salida liquido concentrado L=3023 Kg/h XL=3.0% T 1 =373. hL= 0 porque está en equilibrio, y tiene la misma T 1 al igual que el evaporador Vapor V=1512Kg/h Hv=? T 1 =373.15 K Hv=2676.1 KJ/Kg h 1 =461.30 KJ/Kg λV= Hv - h 1 λV =2676.1 KJ/Kg - 461.30 KJ/Kg λV=2257 KJ/Kg entalpia de evaporización o calor latente del agua tabla B.6 propiedades de vapor saturado. Principios elementales de procesos químicos

Balance de calor Fhf +SHs=LhL+VHv + Shs Fhf +Sλs=LhL+Hv Fhf +Sλs=LhL+Vλv-------------------------------ecuación Fhf +Sλs=LhL+Vλv S= (LhL+Vλv - Fhf )/ λs -------------- S=(3023 Kg/h)+ (1512Kg/h)(2257 KJ/Kg )+ (4535kg/h )( 255 KJ/Kg) / 2230 KJ/Kg S=2050.23 Kg/h q=Sλs ------q =(2050.23 Kg/h)( 2230 KJ/Kg) q= (4572032KJ/h)(1000 J)/3600seg. q= 1270008.88 J/seg= 1270008.88 W U=q/A ΔT------------------U=1270008.88 W / (69.7m 2 )(383.15 K - 373.15 K) U=1822.10W/ m 2

ELEVACIÓN DEL PUNTO DE EBULLICIÓN

Los condensadores de vapor son aparatos en los cuales se condensa el vapor de escape procedente de maquinas y turbinas, y de donde el aire y otros gases no condensables son evacuados en forma continua. Dos son las ventajas que pueden considerarse empleando condensadores en las máquinas y turbinas de vapor: 1 )disminución de la presión de escape, con el consiguiente aumento de energía utilizable. 2 ) recuperación del condensado para utilizarlo como agua de alimentación para las calderas. En las centrales térmicas se utilizan dos tipos de condensadores: ( 1 ) de superficie, y ( 2 ) de chorro CONDENSADORES

Los condensadores de superficie son intercambiadores de calor que están especialmente diseñados para condensar el vapor sobrecalentado de las turbinas de condensación. Operan condensado el vapor en vacío incrementando así la eficiencia de la turbina. Utilizados usualmente para generación de energía (turbo generadores) o turbo compresores y son hallados en diversos mercados. CONDENSADORES DE SUPERFICIE

En este condensador el agua de enfriamiento se pone en contacto directo con el vapor para condensarlo. Unos de los tipos más comunes de condensadores de contacto directo es el barométrico a contracorriente que se muestra en la figura Diagrama esquemático del condensador barométrico CONDENSADORES DE CONTACTO DIRECTO

En este tipo de condensador varios chorros de agua a alta velocidad actúan no solo como condensadores del vapor, sino también como medio de arrastre de los gases no condensables. Los condensadores de chorro requieren mas agua que los de tipo barométrico común. CONDENSADOR BAROMÉTRICO DE CHORRO Consiste en una cámara cilíndrica cerrada, en cuya parte superior hay una caja de boquillas de agua, la cual va acoplada a un tubo en forma de Venturi, cuyo extremo inferior se halla sumergido en el agua. El agua inyectada pasa por las boquillas por la presión de la bomba y por el vació existente. Los chorros están dirigidos a la garganta del tubo en donde se reúnen para formar un solo chorro.

En las centrales equipadas con grandes turbinas de vapor no pueden emplearse condensadores de chorro, porque aun prescindiendo de la pérdida del condensado, el consumo de energía de las bombas de estos condensadores y el costo inicial de las necesarias para evacuar el aire neutralizan los beneficios conseguidos con el elevado vacío obtenido con este tipo de condensadores. Sin embargo, tratándose de turbinas de tamaño moderado, así como de maquinas de vapor de émbolo, este tipo de condensadores de tienen bastante aplicación.

La evaporación es una operación unitaria que se emplea para eliminar parcialmente por ebullición de los alimentos líquidos. La separación de agua o concentración de sólidos se logra por la diferencia en cuanto a volatilidad entre el agua (disolvente) y el soluto. 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. 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. EVAPORACIÓN DE MATERIALES BIOLÓGICOS