Evaporadores mltiple efecto

Evaporadores mltiple efectoIntegrantes: Axel Alfaro Cerpas. Rebeca Esther Berrios Flores

EVAPORACIONLa evaporacin es la operacin de concentrar una solucin mediante la eliminacin de disolvente por ebullicin (McCabe,1982).

El objetivo de la evaporacin es concentrar una disolucin consistente en un soluto no voltil y un disolvente voltil.

En la mayor parte de las evaporaciones el disolvente es agua.

EVAPORACIN DE EFECTO MLTIPLEUn evaporador es un generador de vapor a baja presin El vapor producido se puede usar para la calefaccin de otro evaporador Consideremos dos evaporadores conectados entre si, de forma que el vapor que sale de uno sirva como agente de calefaccin de otro, formando un evaporador de dos efectos

Vapor del primer efectoVapor del segundo efectoAlimentacinVapor CondensadoCondensadoConcentradoConcentrado del primer efecto

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Si se evapora el mismo lquido en cada efecto Si el punto de ebullicin del lquido no es afectado por la concentracin del solutoEl balance de calor para el primer evaporador: q1 = U1A1(Ts - T1) = U1A1 DT1 donde : q1 es la velocidad de transferencia de calor U1 es el coeficiente global de transmisin de calor en el evaporador 1A1 es el rea de transferencia de calor en el evaporador 1 Ts es la temperatura de condensacin de agua procedente de la caldera (en la cmara de condensacin 1)T1 es la temperatura de ebullicin del lquido en el evaporador 1(en la cmara de evaporacin 1) DT1 es la diferencia de la temperatura en el evaporador 1, = (Ts - T1)

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En el segundo evaporador:El vapor de calefaccin en el segundo es el vapor procedente del primer evaporador (de la cmara de evaporacin)Se condensar aproximadamente a la misma temperatura a la que hierve Si los cambios de presin son pequeos Para el segundo evaporador, se tendr: q2 = U2A2(T1 - T2) = U2A2 DT2

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Si los evaporadores estn trabajando en equilibrioSe condensan todos los vapores procedentes del primer efectoSe producen vapores en el segundo efectoSi se asume que las prdidas de calor pueden ser despreciables No hay elevacin apreciable del punto de ebullicin de la solucin ms concentradaSi la alimentacin se introduce a la temperatura de ebullicinq1 = q2si A1 = A2 U2/U1 = DT1/DT2 Las diferencias de temperatura son inversamente proporcionales a los coeficientes globales de transferencia de calor en los dos efectos.

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Alimentacin de los evaporadores del efecto mltipleEn un evaporador de dos efectos, la temperatura de la cmara de calefaccin es ms alta en el primero que en el segundo efecto Para que el vapor proporcionado por la evaporacin en el 1 efecto haga hervir el lquido en el 2 efecto, la Teb en el 2 efecto debe ser ms baja que en el 1 , y para ello este 2 efecto a de trabajar a una presin ms baja que en el 1 (incluso bajo vaco) La alimentacin del lquido es ms simple si pasa del efecto 1 al efecto 2, al efecto 3, etc, pues as la alimentacin fluir sin bombeo Esto se llama alimentacin directa : Significa que los lquidos ms concentrados se encuentran siempre en el ltimo efecto

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TIPOS DE EVAPORADORES

La direccin de la corriente del vapor de calefaccin y del lquido a concentrar es la misma, circulando el lquido en el sentido de presiones decrecientes. El vapor y el concentrado en cada efecto son flujos paralelos. Se usa para soluciones trmicamente sensibles pues la solucin mas concentrada est en contacto con el vapor de menor temperatura

AlimentacinVapor vivoIIIIIIIV

Al Condensador

CORRIENTE DIRECTA

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El lquido de alimentacin puede circular en direccin contraria, entrando en el ltimo efecto y siguiendo hasta al primero, pero en este caso el lquido tiene que ser bombeado de un efecto al siguiente efecto en contra de la cada de presin. Esto se llama alimentacin en contracorriente.Los lquidos ms concentrados se manejan a temperaturas ms altas en los primeros efectos. Ofrece generalmente una capacidad de evaporacin ms grande que sistemas de alimentacin directa, pero puede ser desventajoso para la calidad del producto.

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VentajasMejora la transmisin de calor, se compensa el gradiente Desventajas Hay que colocar bombas para que fluya el concentrado

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La direccin de la corriente del vapor de calefaccin y del lquido a concentrar son contrarias, entrando el lquido por el ltimo efecto

Vapor vivoIIIIIIIV

Al Condensador

CONTRA CORRIENTE Alimentacin

Producto

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En una parte del sistema la direccin de las corrientes es directa y en otra es en contracorriente.

Vapor vivoIIIIIIIV

Al Condensador

ALIMENTACIN MIXTA II-III-IV-I

Producto

Alimentacin

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Cuando la alimentacin entra simultneamente en todos los efectos y el lquido concentrado procedente de cada efecto se une en una sola corriente.

Vapor vivoIIIIIIIV

Al Condensador

ALIMENTACIN EN PARALELO

Alimentacin

Producto

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Este Sistema de alimentacin es usado generalmente para soluciones que puedan ser trmicamente afectadas, ya que la mayor parte de la solucin concentrada est en contacto con el vapor a ms baja temperatura

Ventajas de los evaporadores del efecto mltipleEl calor se utiliza una y otra vez Da la impresin de que la evaporacin en el segundo y siguiente efecto se obtiene sin costos energticos Sin embargo:En el primer efecto, q1 = U1 A1 DT1En el segundo efecto, q2 = U2 A2 DT2En un evaporador del un solo-efecto (s) (bajo igual presin que el primer efecto) : qs = Us As DTsComo las condiciones totales son iguales: DTs = DT1+ DT2U1 = U2 = US A1 = A2

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El problema se reduce a encontrar el AS del evaporador del solo-efecto que evaporar la misma cantidad que los dos efectos.DT1 = DT2DTs= DT1 + DT2 = 2DT1DT1 = 0.5DT

q1 + q2 = U1A1DT1 + U2A2DT2 = U1(A1+ A2) DTs/2 Pero: q1 + q2 = qsqs = UAsDTs Y A1 = A2 = AsAs, si se va a evaporar la misma cantidad total, la superficie de transferencia de calor de cada uno de los dos efectos debe ser igual que la de un evaporador de solo efecto que trabaja entre las mismas condiciones globales.

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La economa en el vapor tiene que ser pagada por un costo mayor de capital inmovilizado del evaporador Los n efectos costarn aproximadamente n veces ms que un evaporador de un solo efecto.

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Clculo de un evaporador de mltiple efecto(por tanteo)Hacer un balance de masa global para todo el sistema, determinando la cantidad total de agua (o disolvente) a evaporarSuponiendo que las reas de todos los efectos son iguales, se supone que la cantidad de calor intercambiada (Q) en cada efecto es la misma, lo que equivale a distribuir la diferencia til de temperaturas entre todos los efectos de modo inverso a los coeficientes de transmisin de calor correspondientesSe plantean las ecuaciones correspondientes a los n efectos por aplicacin de un balance entlpico a cada uno de ellos

Se resuelve el sistema de ecuaciones con las ecuaciones de balance entlpico y de masa, determinndose as la evaporacin en cada efecto Se determina la superficie de calefaccin de cada efecto a partir de los resultados anteriores

Si las suposiciones han sido correctas, las superficies de calefaccin resultantes deben ser iguales.A = Q1 /(U1 DT1) = Q2 /(U2 DT2)

EJEMPLO: EVAPORADOR DE TRIPLE EFECTO

Resolviendo simultneamente:

Calor al condensador:Agua requerida:

GRACIAS POR SU ATENCION