practica_evaporador _de _multiple _y _simple_ efecto

8/18/2019 Practica_Evaporador _de _multiple _y _simple_ Efecto

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S.E.P. S.E.S. DGEST

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE AGUASCALIENTES

SUBDIRECCIÓN ACADÉMICA

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA Y BIOQUÍMICA

Ingeniería Quíi!a

Uni"a" II

E#a$%ra"%re& "e un e'e!(% ) "%& e'e!(%&

In(egran(e& "e* e+ui$%,

Ana Cri&(ina A*!%!er O!-%a

Ri(a Gua"a*u$e Cue**ar R%"rígue

A*an E&(ra"a /ar%

S(e$-anie Re)e& Lue#an%

0%na(-an Car*%& Mu1% En!i&%

Rig%2er(% 3a#a*a R%"rígue

Agua&!a*ien(e& Ag&.4 56 "e Mar% "e 7859

OBJETIVOSConocer las características del equipo de evaporación, su clasificación yaplicaciones industriales.


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Evaporadores

Identificar partes del evaporador y conocer su secuencia de operación para supuesta en marcha.

INTRODUCCIÓN

Se entiende por evaporación aquella operación que tiene por objeto concentrar una solución “evaporando” parte del líquido en recipientes calentados confrecuencia se utilia vapor de a!ua.Consiste en separar parte del solvente vol"til de una solución de un soluto novol"til, por medio de la vaporiación del solvente# para obtener una soluciónconcentrada a partir de una solución diluida.

FACTORES DEL PROCESO

$. Concentración en el líquido% por lo !eneral la alimentación liquida a unevaporador es diluida, por lo que su viscosidad es baja, es similar a la del

a!ua y se opera con coeficiente de transferencia de calor bastante alto. &medida que se verifica la evaporación, la solución se concentra y puedeelevarse notablemente causando una marcada disminución del coeficientede transferencia de calor. 'ebe e(istir entonces una circulación y)oturbulencia adecuada para evitar que el coeficiente se reduca demasiado.

*. Solubilidad% a medida que se calienta la solución y aumenta laconcentración del soluto o sal, puede e(ceder el límite de solubilidad delmaterial en solución y se forman cristales. +sto puede limitar laconcentración m"(ima que puede obtenerse por evaporación de lasolución. +n la mayoría de los casos la solubilidad de la sal aumenta con la

temperatura# esto si!nifica que, al enfriar a temperatura ambiente unasolución concentrada caliente proveniente de un evaporador, puedepresentar una cristaliación.

. Sensibilidad t-rmica de los materiales% muchos productos sobre todoalimentos y otros materiales bioló!icos, pueden ser sensibles a latemperatura y de!radarse cuando esta sube o el calentamiento es muyprolon!ado. +ntre estos productos est"n los farmac-uticos, productosalimenticios como leche, ju!o de naranja, de tomate y de otros e(tractosve!etales y materiales químicos or!"nicos delicados. +l nivel dede!radación es una función de la temperatura y del tiempo.

. /ormación de espuma% materiales constituidos por soluciones causticas,

soluciones de alimentos como leche descremada al!unas soluciones de"cidos !rasos, forman espuma durante la ebullición. +sta espuma esarrastrada por el vapor que sale del evaporador y puede haber perdidas delmaterial.

0. 1resión y temperatura% el punto de ebullición de la solución alimentada estarelacionada con la presión de trabajo del sistema. Cuanto m"s elevada seala presión del evaporador mayor ser" la temperatura de ebullición. &dem"s

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Evaporadores

la temperatura de ebullición tambi-n se eleva a medida que aumenta laconcentración del material disuelto por la acción de la evaporación. +stefenómeno se llama elevación del punto de ebullición. 1ara mantener a nivelbajo la temperatura de los materiales termo sensibles suele ser necesariooperar a presiones inferiores a una atmosfera, esto es, a vacío.

2. /ormación de incrustaciones y material de construcción% al!unas solucionesdepositan materiales sólidos llamados incrustaciones sobre las superficiesde calentamiento. +stas incrustaciones pueden formarse a causa de losproductos de descomposición o por disminución de la solubilidad. +lresultado es una reducción del coeficiente de transferencia de calor, lo queobli!a a limpiar el evaporador. 3a selección de los materiales deconstrucción del evaporador tiene importancia en la prevención de lacorrosión.

TIPOS DE EVAPORADORES

+l tipo de equipo usado depende tanto de la confi!uración de la superficie para latransferencia de calor como de los medios utiliados para lo!rar la a!itación ocirculación del líquido.

$. 4armita abierta o artesa% la forma m"s simple de un evaporador es una

marmita abierta o artesa en la cual se hierve el líquido, el suministro decalor proviene de condensación de vapor de a!ua en una chaqueta o enserpentines sumer!idos en el líquido. +n al!unos casos, la marmita secalienta a fue!o directo. +stos evaporadores son económicos y deoperación simple, pero el desperdicio de calor es e(cesivo. +n ciertosequipos se utilian paletas o raspadores para a!itar el líquido.

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Evaporadores

*. +vaporador de tubos horiontales con simulación natural% el banco

horiontal de tubos de calentamiento es similar al banco de tubos de unintercambiador de calor. +l vapor de a!ua entra a los tubos y se condensa#el condensado sale por el otro e(tremo de los tubos. 3a solución deebullición esta por fuera de ellos, el vapor se desprende de la superficieliquida# despu-s. Casi siempre se hace pasar por dispositivos de tipodeflector para impedir el arrastre de !otas de líquido y sale por la partesuperior. +ste equipo, relativamente económico, puede utiliarse paralíquidos no viscosos con altos coeficientes de transferencia de calor y paralíquidos que no formen incrustaciones puesto que la circulación del líquidono es muy buena, son poco adecuados para materiales viscosos. +n casitodos los casos, tanto este evaporador como todos los que se estudian

posteriormente despu-s operan con r-!imen continuo, tanto la alimentacióncomo la velocidad es constante. &sí mismo la velocidad de salida delconcentrado es constante.

. +vaporador vertical con circulación natural% en este tipo de evaporador se

usan tubos verticales en lu!ar de horiontales y el líquido est" dentro de lostubos, por lo que el vapor se condensa en el e(terior. 'ebido a la ebullicióny a la disminución de densidad, el líquido se eleva por los tubos concirculación natural y fluye hacia abajo a trav-s de un espacio central abierto!rande. +sta circulación natural aumenta el coeficiente de transferencia decalor por lo que no es 5til con líquidos viscosos. +ste equipo se llama confrecuencia evaporador de tubos cortos. 6na variación de este modelo es elevaporador de canasta, que usa tubos verticales, pero el elemento decalentamiento se cuel!a en el cuerpo, de tal manera que haya un espacioanular que sirva de bajada. +l modelo de canasta difiere del evaporador vertical de circulación natural, despu-s este tiene un espacio central en vedel anular como bajada. +ste equipo se usa con frecuencia en las industriasdel a5car, la sal y la sosa caustica.

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Evaporadores

. +vaporador vertical de tubos lar!os puesto que los coeficientes detransferencia de calor del lado de vapor es muy alto en comparación con elde lado del líquido que se evapora, es conveniente contar con velocidadesaltas para el líquido. +n un evaporador de tipo vertical con tubos lar!os.+stos miden de a $7 m de alto lo que ayuda a obtener velocidades del

líquido muy altas. 1or lo !eneral, el líquido pasa por los tubos una sola vey no se recircula. 3os tiempos de contacto suelen ser bastantes breves eneste modelo. +n al!unos casos, como cuando la relación entre la velocidadde alimentación y la velocidad de evaporación es baja, puede emplearserecirculación natural del producto a trav-s del evaporador, a8adiendo unacone(ión de tuberías entre la salida del concentrado y la línea dealimentación este es un m-todo muy com5n en la producción de la lechecondensada.

0. +vaporador de caída de película% una variación del modelo de tubos lar!oses el evaporador de caída de película, en el cual el líquido se alimenta por la parte superior de los tubos y fluye por sus paredes en forma de películadel!ada. +ste modelo se usa mucho para la concentración de materialessensibles al calor, como ju!o de naranja y otros umos de frutas, debido aque el tiempo de retención es bastante bajo 90 y $7 se!: y el coeficiente decalor es alto.

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Evaporadores

2. +vaporador de circulación forada% el coeficiente de transferencia de calor

de la película liquida puede aumentarse por bombeo provocando unacirculación forada del líquido en el interior de los tubos, para esto seemplea el modelo de tubos verticales lar!os, a8adiendo una tuberíaconectada a una bomba entre salida del centrifu!ado y la de alimentación.Sin embar!o los tubos de un evaporador de circulación forada suele ser m"s cortos que los tubos lar!os, este modelo es muy 5til para líquidosviscosos. &dem"s en otros casos se usa un intercambiador de calor horiontal e(terno e independiente.

;. +vaporador de película a!itada. 3a principal resistencia a la trasferencia decalor en un evaporador corresponde al líquido. 1or tanto, un m-todo paraaumentar la turbulencia de la película liquida y el coeficiente detransferencia de calor, consiste en la a!itación mec"nica de dicha película.+sto se lleva a cabo en un evaporador de caída de película modificado,usando un solo tubo !rande enchaquetado que contiene un a!itador interior. +l líquido penetra por la parte superior del tubo y a medida de quefluye hacia abajo se dispersa en forma de película turbulenta por la acciónde aspas de a!itación vertical. 3a solución concentrada sale por el fondo yel vapor pasa por un separador para salir por la parte superior. +ste tipo deevaporador es pr"ctico para materiales muy viscosos, pues el coeficiente

de transferencia de calor es mayor que en los modelos de circulaciónforada. Se usa para materiales viscosos sensibles al calor como el l"te( decaucho, !elatina, antibióticos y ju!o de frutas. Sin embar!o, tiene costo altoy capacidad baja.

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Evaporadores


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Evaporadores

;. +ncender el equipo*.*;0 =apor 2;.*2 liquido >;.T&

$*

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Evaporadores

1< ¿1000cm

3

¿(41∗64∗31) cm3 (¿ ]+20


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Evaporadores

V =415.872 Kg

hr −72

Kg

hr =343.872

kg

hr

S λS=V 1 H V 1+W 1hW 1− F h F

S=V

1 H V 1+W 1hW 1− F h F

λS

S=(343.872

kg

hr∗636.4

kcal

kg )+(72

kg

hr∗93.05

kcal

kg )−(415.872

kg

hr∗30

kcal

kg )

543.3 kcal

kg

=392.1656 kg /hr

UA= q

∆ T

U A1=

S∗ λs(T s−T v)

=392.1656

kg

hr∗543.3

kcal

kg

30° C =7102.1194

kcal

kg°C

q=U A ∆ T

q=(7118 Kcal

kg℃ ) (30℃ )

q=213063 Kcal

kg

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Evaporadores

Economia= Vapor prodcido

Vapor Sministrado

Economia= 343.872kg/hr

392.1656 kg/hr=0.88∗100=88

Evaporador múltiple efecto

$. =erificar todos los servicios 9a!ua, vapor, aire:.*. Cerrar todas las v"lvulas y llaves del equipo.

. 1reparar alimentación con a!ua.. ectificar que le tanque de descar!a este vacío.0. &brimos llaves , , < y ; para alimentar el efecto $.2. 1ara alimentar el efecto *, abrir llaves $$, 0, ** y *$.;. &brir llave *0, *;, 7, $ y para condensados y descar!as.


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Evaporadores

Datos

(:in< E#a$%ra"%r T :;C< E#a$%ra"%r T:;C< Pr%e"i%

8 $ $*. $ $$<* $70.0 .;

* $7*.2 >7.

5= $ $*.

* $7.; 3iquido 07lt)*7minF$07!)hr

A=* 9promedio: $7$.; =apor 2>.0$* ;lt)*7minF*$!)hr

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Evaporadores

A=9promedio:


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Evaporadores

V 1=

V 2 H V 2+W 2hW 2−W 1 hW 1

λV 1

V 1=

(21 kg

hr

∗639.42 kcal

kg

)+(87kg

hr

∗101.7 kcal

kg

)−(108kg

hr

∗118 kcal

kg

)

527.068 kcal

kg

=18.08kg /hr

Para e* (er!er e'e!(%,

W 3=4 ¿

20min=12

kg

hr

V 2 λV 2=V 3 H V 3+W 3 hW 3−W 2 hW 2

V 2=

V 3 H V 3+W 3hW 3−W 2 hW 2

λ V 2

V 2=(51

kg

hr∗633.587

kcal

kg )+(12

kg

hr∗86.02

kcal

kg )−(87

kg

hr∗101.7

kcal

kg )

537.754 kcal

kg

V 2=45.55 kg/hr

Para !?*!u*% "e + ) @T(i*

Para e* !?*!u*% "e UA :

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q1=sλs

q

1=(65.247 kghr )(523.72 kcalkg )=34171.15 kcalhr

q2=V1λ1

q

2=(18.08kghr )(527.068 kcal

kg )=9533.65 kcal

hr

q3=v2λ2

q3=(45.55 kghr )(537.75 kcalkg )=24494.51 kcalhr

∆T!til=123° C −86.05° C =36.95° C

∆ T 1=Ts-Tv 1


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Evaporadores

UA= q

∆ T

U A1= S∗ λs(T s−T 1)

=

34171.15 kcal

kg5° c

=6834.23 kcalkg°C

U A2=

V 1∗ λV 1

(T 1−T 2)=

9533.65kcal

kg

16.3 ° C =584.88

kcal

kg°C

U A3=

V 2∗ λV 2

(T 2−T 3)

=24494.51

kcal

kg

15.68° C

=1562.14 kcal

kg°C

• Ba#ance para e# condensador'

Balance de materia:

"#=W aga+V vapor

Balance de energía:

" # h "#= Aga hAga+Vapor HV

" T = "#+V

29.45(636.54)+ "#(27.68)=( "#+29.45)(38.93)

V 1+V + "#hl= "ThT

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Evaporadores

" #(38.93)− "# (27.68)=29.45(38.93)+29.45 (636.54)

" #=1768.23 Kg /hr

891.3759 kg /hr

Su$%nien"% 576

S=(45.99

kg

hr∗631.6

kcal

kg )+(104.01

kg

hr∗118

kcal

kg )−(150

kg

hr∗34

kcal

kg )

523.72

kcal

kg

TEMPERATURA T:;C< En(a*$ia& >G

T5 :$r%e"i%< $$< =apor 2$.2 $0.lt)*7minF>.>>G!)hr

T& :a$%r #i#%< $* =apor 2;.7*3iquido $*.

HsF0*.;*Agua "een'riaien(% "e

en(ra"a

> 3iquido 07lt)*7minF$07!)hr

T7 :$r%e"i%< $7$.; =apor 2>.0$*

$0.lt)*7minF>.>>G!)hr

T6:$r%e"i%< >G!)hr

S=69.159 kg /hr

S vol diferente ¿65.247kg /hr

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Evaporadores

V 1=(45.99

kg

hr∗639.42

kcal

kg )+(58.11

kg

hr∗101.7

kcal

kg )−(42

kg

hr∗118

kcal

kg )

527.068 kcal

kg

V 1=57.61kg

hr

V 1 voldi$%rnt%=18.08kg /hr

V 2=(45.99 kghr∗633.587 kcalkg )+(12 kghr∗86.02 kcalkg )−(21 kghr∗101.7 kcalkg )

537.754kcal

kg

V 2=52.16 kg

hr

=* vol diferente ¿45.55kg /hr

q$FsHs

q1 vol di$%r%nt%=34171.15

kcal

hr

q1sin variar vol=34171.15 kcal

hr

q*F=$H$

q

2voldi$%r%nt%=9533.65 kcal

hr

q

2sin variar vol=30364.455 kcalhr

17

UA= q

∆ T

U A1

voldi$%r%nt%=6834.23 kcal

k g ° C

U A2


kg°C

U A3


k g ° C

U A1

voligal=7243.9 kcal

kg°C

kcal


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Evaporadores

qFv*H*

q3 voldi$%r%nt%=24494.51 kcal

hr

q3sin variar vol=2804945 kcal

hr

∆T!til=Ts−Tv 3

∆T!til=123 ° C −86.05° C =36.95° C

EFICIENCIA:

EsinEsin variar vol=v 3

s =

51

65.247∗100=78.16

Evariar vol=v3

s ∗100=

45.99

69.159∗100=66.49

ECONOMÍA

$.


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Evaporadores

/ue posible observar que al!unas temperaturas a ciertos tiempos variaban con

respecto a las de otras temperaturas medidas y en los resultados se determinó

que fue menor el vapor producido que el suministrado.

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