Clase - Evaporación Jueves 16-04-20
Clase - Evaporación Jueves 16-04-20
Clase - Evaporación Jueves 16-04-20
SEPARACIÓN Y
PURIFICACIÓN
INGENIERÍA QUÍMICA
Carolina Rojas Pérez
2020-1
Evaporación: concentrar
Solución
Soluto no Solvente
volátil volátil
https://www.youtube.com/watch?v=n8t9nU7wzLw
https://www.youtube.com/watch?v=FMtxUF0N3aM
Difiere de:
• El residuo es un líquido —a veces
Secado altamente viscoso— en vez de un
sólido
https://www.youtube.com/watch?v=nNneoIStja4
Evaporadores de tubos largos Tipos de evaporadores
Materiales altamente
Flujo descendente sensibles al calor
https://www.youtube.com/watch?v=7qT6oCYarbI
https://www.youtube.com/watch?v=HxKL_M404X4
Concentrado
Evaporadores de simple efecto
https://www.youtube.com/watch?v=VBaz3NIIJ9o&t=10s Se condensa
y se desecha
1 Kg agua
evaporada
de
solución/1 a
1.3 kg de
vapor
https://www.youtube.com/watch?v=Q7p1fImdBMk
Ejercicio
• Un evaporador de simple efecto concentra 20.000 lb/h
(9070 kg/h) de una solución de NaOH de 20 hasta 50% de
sólidos. La presión manometrica del vapor del agua será 20
Lbf/in2 (1,37 atm); la presión absoluta en el espacio de
vapor es 100 mm Hg (1,93 lbf/in2). El coeficiente global se
estima que será 250 BTU/ft2.h.°F (1400 W/m2.°C). La
temperatura de la alimentación es 100°F (37,8°C). Calcule la
cantidad de vapor de agua consumido, la economía y la
superficie de calentamiento requerida.
2 Vapor
Pabs:100 mmHg
Vapor de agua U:1400 W/m2.°C
(1,37 atm)
Condensado
Alimento
1
20.000 lb/h
NaOH 20%
Producto
NaOH 50%
Balance de materia 2 Vapor
Pabs:100 mmHg
Solución Vapor de agua U:1400 W/m2.°C
(1,37 atm)
1 2 3 Condensado
Balance total: 𝐹
=𝐹 + 𝐹 Ecuación 1 Alimento1
20.000 lb/h
NaOH 20%
1 1 3 3
Balance de NaOH: 𝑤
𝑁𝑎𝑂𝐻 𝐹 = 𝑤 𝑁𝑎𝑂𝐻 𝐹 Ecuación 2
3
1 1 2 2 3 3
Balance de H2O: 𝑤
𝐻2𝑂 𝐹 =𝑤 𝐻2𝑂 𝐹 +𝑤 𝐻2𝑂 𝐹 Ecuación 3 Producto
NaOH 50%
De la ecuación 2
3 = 0,2× 20000 𝐿𝑏/ h =8000 Lb / h
1 1
3 = 𝑤 𝑁𝑎𝑂𝐻 𝐹
𝐹 𝐹
3
𝑤 𝑁𝑎𝑂𝐻 0,5
De la ecuación 1 1 3 2
𝐹
− 𝐹 =𝐹 2 0000− 8000=𝐹2 𝐹 2
=12000
El calor latente de condensación del vapor
es transferido a través de una superficie de
calentamiento para vaporizar agua de una
solución en ebullición
Entalpías del lado de la solución
característic
as de la
solución que H2SO4, NaOH, Calor
se concentra CaCl (soluciones considerable de
dilución
concentradas)
Balance de entalpía con calor dilución despreciable
𝑞=
𝑞 𝑓 +𝑞 𝑣 Calor necesario para realizar la evaporación
124°F
Elevación del punto de ebullición-
Regla de Duhring
La temperatura de Temperatura de
ebullición de las ebullición de la
soluciones es mayor que solución= 197°F
la del agua pura. (figura 16.3)
La temperatura de
ebullición de una
determinada solución es Elevación del punto
una función lineal de la de ebullición
temperatura de = 197-124°F =73°F
ebullición del agua pura
a la misma presión.
Balance de entalpía con calor de dilución apreciable
221
Btu/lb
55
Btu/lb
Hf H
Entalpía de la alimentación Entalpía de la solución concentrada
10,88 psia
1,93 psia
197°F
La entalpía del vapor (Hv) que abandona el evaporador se obtiene a partir de las
tablas de vapor del agua sobrecalentado a 197°F y 1,93 lb/in2 es
1149 Btu/Lb
20 psig
20+14,7 =
34,7 psia
939 Btu/Lb
12.000
1149
𝑞=
( 20000−8000 ) 1149−20000×55+8000×221=14.456.000𝐵𝑡𝑢/h
https://www.youtube.com/watch?v=JCprywryl4I
Evaporación múltiple efecto
DT= D T1+ D T2 + D T3
∆ 𝑇 1 ∆ 𝑇 2 ∆ 𝑇 3
𝑞 1= 𝐴 1 𝑈 1 ∆ 𝑇 1 𝑞 2= 𝐴 2 𝑈 2 ∆ 𝑇 2 𝑞 3= 𝐴 3 𝑈 3 ∆ 𝑇 3
== ==
==
1
𝑇 1=
∆
𝑈1
Ejercicio
Un evaporador de triple efecto concentra un líquido que no
presenta elevación apreciable del punto de ebullición. La
temperatura del vapor de calentamiento que entra en el primer
efecto es 108°C y la temperatura de ebullición de la solución en
el último efecto es 52°C. Los coeficientes de transferencia de
calor globales, en W/m2.°C, son 2500 en el primer efecto, 2000
en el segundo efecto y 1500 en el tercer efecto (la solución se
vuelve más concentrada, la viscosidad aumenta y el coeficiente
global se reduce). ¿A que temperaturas hervirá el líquido en el
primer efecto y segundo efecto?
108°C
93,7°C 69°C
52°C
2500 2000 1500
W/m2.°C W/m2.°C W/m2.°C
1
Δ𝑇1 𝑈1
Δ 𝑇 1= ∆𝑇 Δ 𝑇 1= ∆𝑇
∆𝑇 1 1 1
+ +
𝑈 1 𝑈2 𝑈3
DT2=17,87 DT3=23,83
Taller
• Por parejas realizar el ejercicio 16.1, 16.2
y 16.3 de McCabe 7ma edición
• Fecha entrega: Martes 21 de abril hasta
23:59 p.m.