EVAPORACIÓN

Problemas de Operaciones Unitarias II – 2013 - Ingeniería Química 1

Evaporación

Problemas

PROBLEMA 1*.Para concentrar una solución de NaOH desde el 30 al 45 % en peso, se utiliza

unevaporador de simple efecto de las siguientes características.

- Área de intercambio de calor: 51 m2.

- Temperatura y caudal de alimentación: 48 ºC y 3 780 kg/h.

- Presión de la cámara de vacío: 9,6 kPa.

- Vapor de calefacción: vapor saturado a 120 ºC.

- Temperatura de salida del condensado: 100 ºC.

Calcular:

(a) El caudal de vapor, expresado en kg/h, necesario para realizar la operación.

(b) El coeficiente global de transferencia de calor del evaporador expresado en kJ h-1

m-2

K-1

.

PROBLEMA 2. Se desea instalar un evaporador para concentrar una solución desde el 5 % al 30 %

enpeso de sólidos, cuya superficie de transferencia de calor sea 70 m2.

El caudal de alimentación es de 2 000 kg/h y se dispone de 1 800 kg/h de vapor vivo para

lacalefacción a 1 atm de presión absoluta.

Se estima que el coeficiente global de transmisión de calor es aproximadamente igual a 5 860,4

kJ/(hm2 K). El calor específico de la solución es 4 486 kJ/(kg K) y se supone que el IPE es

despreciable.¿Cuáles deben ser las condiciones para el vació en el cuerpo del evaporador y la

temperatura dealimentación de la solución diluida?

PROBLEMA 3*.Un sistema de evaporación experimental de doble efecto, muy bien aislado,

concirculación natural, opera continuamente con alimentación en paralelo de una solución al 5 % de

uncierto no electrolito disuelto en agua que ingresa a 90 ºF. El caudal de alimentación al 1erefecto es

un80 % del que ingresa al 2do

efecto.

El 1er efecto descarga un producto al 20 % y el 2

do concentra hasta un 10%. La calefacción en el

1erefecto se realiza mediante vapor saturado y en el 2

do efecto se mantiene un vacío de 25”Hg

(referidas a30”Hg barométricas) por medio de un condensador.

En ambos efectos se consideran despreciables el incremento del punto de ebullición (IPE),

elsubenfriamiento del condensado y el efecto de la carga del líquido. El calor específico de todas

lassoluciones puede considerarse igual a 1 BTU/(lb ºF).

Hacer un esquema del sistema de evaporación y calcular la temperatura de ebullición del líquido en

elprimer efecto.

PROBLEMA 4*. En un evaporador simple se desea concentrar 20 000 kg/h de una solución desde

el10 % hasta el 40 % en peso. El vapor de calefacción es vapor saturado a 1,8 atm de presión absoluta,

yel condensado sale a la temperatura de condensación. El vapor procedente de la solución no

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presentaun IPE apreciable y su calor específico puede tomarse igual a 4,186 kJ/(kg K) para todas

lasconcentraciones.

La alimentación entra a 293 K y el coeficiente global de transmisión de calor tiene un valor medio

de12 558 kJ h-1

m-2

K-1

. La temperatura de saturación en la cámara es de 50º C.

Calcular:

(a) La superficie de calefacción.

(b) El consumo horario de vapor.

(c) La economía.

Después de algún tiempo de funcionamiento se comprueba que en el evaporador el valor de Uha

disminuido a 10 465 kJ h-1

m-2

K-1

, debido a las incrustaciones sobre los tubos de calefacción.

Si persisten las demás condiciones indicadas, determinar:

(a) La presión que se ha de mantener en la cámara de evaporación para que la

producciónhoraria sea la misma.

(b) Las condiciones del vapor de calefacción si no se varía la presión en la cámara

deevaporación, para lograr la misma evaporación horaria.

PROBLEMA 5.Un evaporador de simple efecto concentra 10 t/h de una solución de soda cáustica

desde 20 hasta 50 % de sólidos. La presión manométrica del vapor de calefacción es de 1,37 atm; la

presión absoluta en el espacio de vapor es 100 mmHg. El coeficiente global de transferencia de calor

se estima en 5 110 kJ/(m2 h ºC). La temperatura de la alimentación es 37,8 ºC. Calcule la cantidad de

vapor de agua consumido, la economía de vapor y la superficie de calentamiento requerida.

Datos adicionales:

- Temperatura de ebullición de la solución: 91,7 ºC

- Entalpía de la alimentación, 20% de sólidos, 37,8 ºC: 128,1 kJ/kg

- Entalpía de la solución concentrada, 50% de sólidos, 91,7 ºC: 514,7 kJ/kg

PROBLEMA 6*. En un evaporador de doble efecto se quiere concentrar 20 000 kg/h de una

soluciónde NaOH del 5 % hasta el 40 % en peso.

Calcular la temperatura de ebullición en cada efecto, las superficies de calefacción y el

consumohorario de vapor de calefacción en base a los siguientes datos:

- La alimentación entra al 1er efecto a 50º C.

- Las superficies de intercambio calórico de ambos efectos son iguales.

- Los coeficientes globales de transferencia de calor para el 1er y 2

do efecto valen 2 000 y

500kcal/(h m2 ºC), respectivamente.

- El vapor de calefacción para el 1er efecto es vapor saturado a 3,2 atm de presión absoluta.

- La presión absoluta en la cámara del 2do

efecto es de 0,15 atm.

Los problemas marcados con un asterisco (*) deberán:

- Llevarse resueltos a la clase de problemas.

- Presentarse resueltos en la carpeta de Trabajo Prácticos de cadaalumno, al finalizar la asignatura.

Sitio web: http://www.herrera.unt.edu.ar/operacionesunitarias2y3