Laboratorio de Operaciones Unitarias I 2013

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PROBLEMA DE EVAPORACIN

1. En un evaporador de simple efecto se concentran 2500 kg/h de una disolucin diluida desde 5% hasta 20% en peso de slidos. La disolucin se alimenta a 25C y el

evaporador trabaja al vaco de presin absoluta de 90mmhg; para la calefaccin se

emplea vapor de 1.5kg/cm2 de presin.

Se dispone de los siguientes datos:

Calor especifico en la alimentacin: 0.95kcal/kgC

Calor especifico en el concentrado:0.85 kcal/kgC

EPE de la solucin concentrada: 12C

Coeficiente global de transferencia de calor: 1000 kcal/m2hC

Temperatura de condensacin del vapor a 1.5Kg/cm2(Ts): 108C

Temperatura de ebullicin del agua a 90 mmhg : 51.5 C

Temperatura de ebullicin del concentrado al 20% a 90 mmhg: 63.5C

Calor latente a 1.5 Kg/cm2():533.5 Kcal/Kg

Calor latente a 90 mmhg (Hv):568.2 Kcal/Kg

Se pide determinar:

a) rea de la superficie de calefaccin en m2

b) Agua evaporada en Kg/h

c) Consumo horario de vapor

d) Calor necesario para la evaporacin en Kcal/h

Si la disolucin anterior se debe concentrar en un evaporador de doble efecto con la

alimentacin en contracorriente y manteniendo el mismo valor del rea de calefaccin

para efecto calculada en (I), iguales coeficiente de transmisin de calor en cada etapa,

igual concentracin de la solucin diluida.

Se pide determinar:

e) Produccin terica del evaporador de doble efecto, Kg/h.

f) Ahorro de consumo de vapor, Kg/h.

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SOLUCIN

Consideraciones:

Consideremos el evaporador esquematizado en rgimen estacionario.

Proceso adiabtico, no hay perdidas de calor.

Calor de disolucin y cristalizacin despreciables

El condensado procedente del vapor de calefaccin abandona el equipo a la

temperatura de condensacin.

El lquido condensado y vapor salen de la cmara de evaporacin en el

equilibrio a la temperatura Ts y presentan un incremento de la temperatura de

ebullicin en la disolucin de 12 C ( EPE )

En el clculo de entalpias tomamos como Temperatura de referencia a

Evaporador de Simple efecto:

Se tienen los siguientes datos:

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Se utilizara las siguientes frmulas:

( )

( )

( )

( )

Entonces se tiene que:

Calculando L:

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( ) ( )

b)Agua evaporada en Kg/h

( )

( )

( ) ( ) ( )

c) Consumo horario de vapor

d) Calor necesario para la evaporacin en Kcal/h

a) rea de la superficie de calefaccin en m2

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Evaporador de doble efecto en contracorriente:

e) Evaporador 1: liquido1=vapor1 + producto concentrado

Evaporador 2: alimentacin=vapor2+liquido1

Balance Total: alimentacin=vapor1+vapor2 +producto concentrado

Balance Total respecto al porcentaje en solidos: Fx0.05=Lx0.20

L=625kg/h

V1+V2=1875kg/h

Balance de Energa:

Evaporador 2:: Fhf+1.S1=V2Hv+L1hl1

Evaporador 1:: L1hl1+ 2.S2=V1Hv+Lhl

1.S1=q/2=578473.875 kcal/h y 2.S2=q/2=578473.875 kcal/h

Pero S2=V1 Y 2=568.2 kcal/ kg a 90 mmHg

S2= V1=1018.08 kg/h

V1+V2=1875 kg/h

V2=856.92 kg/h

L1=F-V2=1643.08 kg/h

X1=F.xf/L1=0.076

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L=625 kg/h

Produccin terica= 625+1643.08=2268.08 kg/h

f) Doble efecto:

Existen :

Debido a que A, U iguales:

Entonces:

f) Ahorro= 1080.125