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EVAPORACIN

QUMICA

Carlos Padrn

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Generalidades

Esta operacin consiste en la separacin de un disolventevoltil por evaporacin del disolvente, el agua es eldisolvente que con ms frecuencia hemos de separar.

El flujo de calor viene dado por la siguiente expresin:

Donde:

U: El Coeficiente Integral de Transmisin del Calor(W/m2C)A: rea de Transferencia de Calor. (m2)T: Diferencia de Calor entre el vapor condensante y el

lquido hirviente. (C)

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Evaporacin

Ms generalidades:

La temperatura de la cmara de condensacin depende de la presin del vaporcondensante y su grado de recalentamiento. La presin de operacin del vapor condensante no suele pasar de 4 atm. Con respecto a la presin que debe mantenerse en la cmara de evaporacin,al disminuir la presin disminuye la temperatura de ebullicin y por lo tanto su

superficie de calentamiento. Por ltimo, si se evapora una sustancia pura, la temperatura de ebullicindepender de la presin de operacin de la cmara de evaporacin, pero si se tratade una disolucin la temperatura de ebullicin aumentar en medida que aumentela concentracin de la solucin.

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Evaporador simple

Balance de materia global y parcial (con respecto al soluto)

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Evaporador simple

El Balance de Energa queda:

WHW + Fhf=WhW+ Ehe+ Shs+ q(prdidas)

A partir del balance de energa podemos determinar la cantidad de calorintercambiado entre el vapor condensante y la disolucin y de aqu calcular el reade transferencia de calor necesaria, conocidos U y T.

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Evaporador simple

Balance de energa si la entalpa de la disolucin es despreciable:

WHW= (FS)He+ F.cpf(TsTf)

Consideraciones:

El vapor de calentamiento entra como vapor saturado y sale de la cmara deevaporacin como lquido saturado (HW).Si la disolucin no tiene un amento apreciable en el punto de ebullicin estarnambos a la temperatura Tsy por lo tanto el trmino Shsse anula de la ecuacinoriginal y por otra parte la entalpa del lquido a concentrar en la cmara ser:hf= cpf(TfTs)El calor especfico de la disolucin se puede determinar dependiendo de suconcentracin msica, es decir, cp = 1(1cpo)x/xoSi la disolucin tiene un aumento apreciable en el punto de ebullicin su entalpase debe calcular como: He= Heo+ 0,46.Te. Donde Terepresenta la temperaturade recalentamiento.

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Evaporador simple

Balance de energa si la entalpa si el calor de la disolucin no es

despreciable:

Donde la entalpa de ladisolucin no vara linealmentecon la concentracin

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Evaporadores multiefectos

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Diferencias til de temperaturas:

En un evaporador simple: Tutil= TcondTebu- Te

En evaporadores multiefectos: Tutil= ToTn(Te1+ Te2+ Te3+ Te4+)

En donde se puede observar que la diferencia til de temperatura disminuyeal aumentar el nmero de efectos, por lo tanto, podemos concluir que el nmerode efectos no es ilimitado , ya que llegar un momento en que la suma de losincrementos de los puntos de ebullicin ser igual a la temperatura decondensacin del vapor vivo y el vapor procedente del ltimo efecto.

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Clculo de evaporadores multiefectos (pasos)

1. Se efecta un balance de materia para todo el sistema2. Partiendo de que las reas de todos efectos son iguales, se supone que la

cantidad de calor intercambiada es la misma, por lo queda:

3. Se establece el balance de energa para cada efecto.4. Se determina la evaporacin de cada efecto combinando los balance de

materia y energa.

5. Se determina la superficie de transferencia de calor a partir de los balancesplanteados anteriormente, verificando la siguiente ecuacin:

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6. En caso de que las reas resulten diferentes , se debera procedes auna nueva distribucin de temperaturas, y realizar nuevamente losbalances de energa nuevamente para el calculo de las nuevas reas.Si se supone que las modificaciones son despreciables, los nuevosincrementos de temperaturas T1, T2, etc., sern proporcionales a losrespectivos coeficientes q1/U1, q2/U2

Al hallar nuevamente las reas se resultar

Y se debe comprobar con:

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Ejercicios Propuestos

1. Una disolucin acuosa de un coloide orgnico se ha de concentrar desde 10 %hasta 40% en un evaporador simple a razn de 15000 kg/h. El vapor decalefaccin es vapor de agua saturado a 2 atm y abandona la cmara decondensacin como lquido saturado. En la cmara de evaporacin semantiene a una presin absoluta de 150 mmHg. El calor de dilucin y las

prdidas de calor al exterior por conveccin y radiacin son despreciables. Elcoeficiente integral de transferencia de calor son 2000 Kcal/m2hC y el calorespecfico de la alimentacin es 0,90 Kcal/kgC. La disolucin puede entrar alevaporador a 20 C, 50 C y 80 C. Determnese para cada una de lascondiciones a la entrada:

a) Consumo de vapor vivo.

b) rea de transferencia de calor.

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Ejercicios Propuestos

2. En un proceso se evaporacin doble efecto se ha de tratar 10000 kg/h de unadisolucin que no tiene aumento apreciable en el punto de ebullicin, paraconcentrarla desde 10% al 20%. La solucin diluida entra al primer efecto a20 C , y en este efecto condensa el vapor vivo a 105 C, mientras que el vaporprocedente del segundo efecto tiene una temperatura de condensacin de50 C. Los coeficientes integrales de transferencia de calor para el primero ysegundo efecto son 1800 Kcal/m2hC y 1500 Kcal/m2hC respectivamente. Elcalor especfico de la disolucin puede tomarse igual a la unidad para todas lasconcentraciones. Calcular:

a) Temperatura y presin del vapor que sale de cada efecto.b) Agua evaporada de cada efecto.c) Cantidad de disolucin que sale del primer efecto.d) rea de transferencia de calor de cada efecto suponiendo que son iguales.e) Consumo de vapor.

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