Coeficiente de transferencia de calor para evaporar NaOH.

8.4-8 coeficiente de transferencia de calor para evaporar NaOH.

Para concentrar 4536 kg/hra de una solución de NaOH al 10%en peso hasta el 20% en peso, se usa un evaporador de efecto simple con área de 37.6 m2. La alimentación entra a 21.1°c (294.3k). Se usa vapor de agua saturado a 110°c (383.2k). Como medio de calentamiento y la presión en el evaporador es de 51.7kpa. Calcule los kg/hra de vapor de agua utilizado y el coeficiente total de transferencia de calor.

Balance total

F=L+V

4536□(KG/hra)=L+V

Balance para solidos

FX_F=LX_L

4536(0.10)=L(0.20)

453.6=L(0.20)

L=2268 □(KG/HRA)

F=L+V

4536=2268+V

V=4536-2268

V=2268 □(KG/HRA)

Para determinar el punto de ebullición T1 de la solución al 20% de concentración. Se obtiene primero el punto de ebullición del agua a 51.7 KPa en tablas de vapor

EP=82.1770 °C

Determinar el punto de ebullición de la T1 con la gráfica de Duhring a 82.1770°C y solución de NaOH al 20%

T1=92°C

EPE=T1-EP=92-82.177=9.823°C

De acuerdo con la gráfica de entalpia y concentración para NaOH al 10% a 21.1°C

Hf=80 kj/kg

Para NaOH al 20% y 92 °C

h_L=337 kj/kg

Para calcular Hv, primero se obtiene la entalpia del vapor saturado a 51.7 kpa en las tablas de vapor y da un valor de 2303.3397 kj/kg

Usando una capacidad calorífica de 1.884 kj/kg*K para vapor de agua sobrecalentado

Hv=2303.3397 kj/kg+1.884(92-82.1770)=2321.846 kj/kg

Balance de calor

F_(h_F )+sℷ=L_(h_L )+V_(H_V )

4536 kg/hra (80 kj/kg)+S(2230 kj/kg)=(2268 kg/hra)(337 kj/kg)+(2268 kg/hra)(2321.846 kj/kg)

362880+S(2230)=764316+5265946.728

362880+S(2230)=6030262.728

S(2230)=6030262.728-362880

S(2230)=56667382.728

S=5667382.728/2230

S=2541.427□(Kg/hr)

Calor transferido

q=Sℷ

q=(2541.427□(Kg/hr))(2230□(KJ/Kg))=5667382.21□(KJ/hr)

=5667382.21□(KJ/hr) (1000J/1KJ)(1hra/3600seg)

=1574272.836 Watts

q=UA∆T

U=q/A(Ts-T1)

U=(1574272.836 W)/(37.6m^2 )(110-92)K=2326.053 W/(m^2*K)

8.4-10 área superficial y consumo de vapor de agua en un evaporador.

Un evaporador de efecto simple concentra una alimentación de solución de coloides orgánicos desde 5 hasta 50% en peso. La solución tiene una elevación del punto de ebullición despreciable. La capacidad calorífica de la alimentación es Cp.=4.06 kJ/kg y esta entra a 15.6°c (60°F). Se dispone de vapor de agua saturado a 101.32kPa para calentamiento y la presión en el evaporador es de 15.3kPa. Se desea evaporar un total de 4536 kg/hra de agua. El coeficiente total de transferencia de calor es 1988 w/m2 k ¿Qué área superficial en m2 y que consumo de vapor de agua se requiere?

U=1988□(W/m^2 )

Cp=4.06

Balance total

F=L+V

F=L+4536

Balance para solidos

FX_F=LX_L

F(0.05)=L(0.50)

0.05F=0.5L

F=□(0.5/0.05)L

F=10L

10L=L+V

10L=L+4536

10L-L=4536

9L=4536

L=4536/9=504 kg/hra

FX_F=LX_L

F(0.05)=504(0.5)

F(0.05)=252

F=252/0.05=5040 kg/hra

F=L+V

5040=504+4536

5040=5040

Se saca T1 a 15.3kpa de las tablas de vapor

T1=54.40°C

hF=CP_F (T_F-T_1 )

=4.06 kj/(kg*K) (288.75-327.55)K

=-157.528 kj/kg

Sacar Hv de las tablas de vapor a una T=54.4°C

Hv=2599.2kj/kg

Balance de calor

F_(h_F )+sℷ=L_(h_L )+V_(H_V )

5040 kg/hra (-157.528

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