Informe De Evaporadores

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA

Facultad de Ingeniería De Petróleo, Gas Natural y Petroquímica

CURSO Laboratorio de Operaciones Unitarias I

DOCENTE

ALUMNOS Carlo Raul Frias Rivera

EVAPORADORES

I.- OBJETIVO

- Evaluar el coeficiente global de transferencia de calor del evaporador que tenemos, en este caso, del evaporador de tubos verticales de un sólo efecto.

- Concentrar una solución que consta de un soluto no volátil y un disolvente volátil.

- Analizar la operación unitaria conocida como evaporación tomando como muestra una solución de agua azucarada.

II.- FUNDAMENTO TEÓRICO

La evaporación es una operación unitaria que consiste 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.

Factores de proceso

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. A continuación se analizan algunas propiedades que afectan a los métodos de procesamiento.

PROPIEDAD CARACTERÍSTICAS

Concentración El líquido de alimentación puede ser suficientemente diluido y poseer muchas de las propiedades físicas del agua, pero a medida que aumenta la concentración, la solución adquiere un carácter más particular. La densidad y viscosidad aumentan con el contenido de sólidos hasta que la solución se satura. La ebullición continuada de una solución saturada da lugar a la formación de cristales que es preciso retirar para evitar la obstrucción de los tubos.

Formación de espuma Algunas sustancias orgánicas forman espuma durante la vaporización. Con el vapor sale del evaporador una espuma estable que origina gran arrastre. En caso extremo, toda la masa de líquido es arrastrada por el vapor.

Sensibilidad a la temperatura Muchos productos químicos, medicamentos y alimentos se estropean cuando se calientan a temperaturas moderadas por un corto tiempo. En la concentración de estos materiales, se utilizarán técnicas especiales para reducir la temperatura del líquido y el tiempo de calentamiento.

Formación de costras Algunas soluciones depositan costras sobre la superficie de calentamiento; luego el coeficiente global disminuye paulatinamente hasta que es preciso parar el evaporador y limpiar los tubos. Si la costra es dura e insoluble, la limpieza es difícil y costosa.

Materiales de construcción Los evaporadores se construyen en hierro colado o acero. Pero, muchas soluciones atacan a los metales férreos o son contaminadas por ellos, siendo preciso utilizar materiales como cobre, níquel, acero inoxidable, aluminio, grafito y plomo. Como estos son caros, resulta conveniente obtener elevadas velocidades de transmisión de calor para disminuir el coste inicial del aparato.

Otras características a considerar Calor específico

Tipo de evaporador.

Liberación de gases durante la ebullición

Toxicidad

Peligro de explosión

Radiactividad

Condiciones estériles, etc.

TIPOS DE EQUIPOS DE EVAPORACIÓN Y MÉTODO DE OPERACIÓN

Tipos generales de evaporadores

En la evaporación 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. A continuación se analizan los tipos generales de equipo.

MÉTODO DE OPERACIÓN PARA EL EVAPORADOR DE EFECTO SIMPLE

Evaporadores de efecto simple. La alimentación entra a TFK y en la sección de intercambio de calor entra vapor saturado a TS. El vapor condensado sale en forma de pequeños chorros. Puesto que se supone que la solución del evaporador tienen la misma composición y temperatura T1, que corresponde al punto de ebullición de la solución. La temperatura del vapor también es T1, pues está en equilibrio con la solución en ebullición.

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. Se establece entonces la ecuación.

q = U A T = U A(T5 – T1)

donde q es la velocidad de transferencia de calor en W (btu/h), U es el coeficiente total de transferencia de calor en W/m² . K (btu/h . pie² . ºF), A es e área de transferencia de calor en m² pie², TS es la temperatura del vapor que se condensa en K (ºF) y T1 es el punto de ebullición del líquido en K (ºF).

SECUENCIA DE LOS CÁLCULOS REALIZADOS.

Presión de vapor (Psi)

Temperatura del vapor (del solvente) = T3

Temperatura de la solución concentrada = T2

Temperatura de la solución diluida = T1

Flujo de solución diluida = F

Flujo de solución concentrada = P

Flujo de solvente evaporado = W

Flujo de vapor de calentamiento = S

CALOR ENTREGADO POR EL VAPOR DE CALENTAMIENTO:

Qo = So o

o = evaluado a la presión de trabajo.

CALOR TRANSFERIDO A LA SOLUCIÓN DILUIDA:

Q = PHp + (F-P)Hv – FHF

Hp = entalpía de la solución concentrada a T2

Hv

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