Practice Separa Oper

8/19/2019 Practice Separa Oper

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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍAQUÍMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA

PETROLERA

“LABORATORIO DE OPERACIONESDIFUSIONALES”

PRACTICA EVAPORADOR DE SIMPLEEFECTO DE CIRCULACION NATURAL.

TREJO TREJO CRISTEL LEONOR

GRUPO: 3PM61 F!"# $ %&'(#: )6*+,*1,.


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1. OBJETIVOS

Que el alumno al término de las sesiones correspondientes al estudio de este

equipo experimental sea capaz de:

a) Explicar el funcionamiento del Evaporador de Simple Efecto de

Circulación Natural del tipo de Película scendente!"escendente#$) %perar el equipo realizando cam$ios en las varia$les que puedan ser

controladas a voluntad del evaporador#c) nalizar los efectos de los cam$ios de las varia$les & como lo'rar un

aumento en la capacidad de producción#

). INTRODUCCION

).1 EVAPORACION

%peración en la cual se elimina el vapor formado por e$ullición de una solución

líquida de la cual se o$tiene una solución m(s concentrada# En la 'ran ma&oría de

los casos la operación unitaria de evaporación se refiere a la eliminación de a'ua

de una solución acuosa#

*a evaporación es una importante operación unitaria com+nmente empleada para

remover el a'ua de productos líquidos diluidos para o$tener productos líquidosconcentrados

).) EVAPORADOR,n evaporador es un intercam$iador de calor de coraza & tu$os# *as partes

esenciales de un evaporador son la c(mara de calefacción & la c(mara de

evaporación# El -az de tu$os corresponde a una c(mara & la coraza corresponde

a la otra c(mara# *a coraza es un cuerpo cilíndrico en cu&o interior est( el -az de

tu$os#

*as dos c(maras est(n separadas por la superficie sólida de los tu$os a través de

la cual tiene lu'ar el intercam$io de calor# *a forma & la disposición de estas

c(maras dise.adas para que la eficacia sea m(xima da lu'ar a distintos tipos de

evaporadores#


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Evaporadores de tu$os verticales# Se denominan así porque el -az de tu$os est(dispuestos verticalmente dentro de la coraza#

Ilustración 1 EVAPORADOR SIMPLE EFECTO

C-/-%%&0 P'%!/#20.

*os componentes principales de un evaporador son:

#! E$ullidor /u$ular# Es donde ocurre el proceso de e$ullición del a'ua odisolvente producto del calor transmitido por el vapor latente# Por lo 'eneral est(constituido por un -az de tu$os por donde circula la solución a concentrar & unacarcasa por la cual circula el vapor latente#

0#! Separador líquido!vapor# Es donde la mezcla líquido!vapor proveniente dele$ullidor es separada o$teniendo el líquido concentrado & la fase de vapor# Elseparador fue dise.ado para evitar el arrastre de líquido concentrado en lacorriente de vapor#

C#! 1rea de circulación del medio de calentamiento 2vapor electricidad etc#)

Son equipos que utilizan como fuente de ener'ía un vapor latente a unatemperatura ma&or a la temperatura de vaporización del a'ua o solución acuosapara concentrar#


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2.2.1EVAPORADOR DE PELICULA DESCENDENTE

Estos tipos de evaporadores son los m(s difundidos en la industria alimenticia por las venta3as operacionales & económicas que los mismos poseen#

lta eficiencia economía & rendimiento#

lta flexi$ilidad operativa#

ltos coeficientes de transferencias térmicos#

Capacidad de tra$a3ar con productos termo sensi$les o que puedan sufrir deterioro parcial o total de sus propiedades#*impieza r(pida & sencilla 2C4P)

En estos evaporadores la alimentación es introducida por la parte superior del

equipo la cual -a sido normalmente precalentada a la temperatura de e$ullición

del primer efecto mediante intercam$iadores de calor adecuados al producto

Se produce una distri$ución -omo'énea del producto dentro de los tu$os en la

parte superior del evaporador 'enerando una película descendente de i'uales

características en la totalidad de los tu$os# Este punto es de suma importancia &aque una insuficiente mo3a$ilidad de los tu$os trae apare3ado posi$les sitios en

donde el proceso no se desarrolla correctamente lo cual lleva a $a3os

rendimientos de evaporación ensuciamiento prematuro de los tu$os o

eventualmente al taponamiento de los mismos#

"entro de los tu$os se produce la evaporación parcial & el producto que est(

siendo concentrado permanece en íntimo contacto con el vapor que se 'enera#*os dos fluidos tanto el producto como su vapor tienen i'ual sentido de flu3o por

lo que la salida de am$os es por la parte inferior de los tu$os#

En la parte inferior del evaporador se produce la separación de estas dos fases# El

concentrado es tomado por $om$as & el vapor se envía al condensador 2simple


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efecto) mientras que los sistemas m+ltiefecto utilizan como medio calefactor el

vapor 'enerado en el efecto anterior & por lo tanto el vapor 'enerado en el +ltimo

cuerpo es el que se envía al condensador#

2.2.2 EVAPORADOR DE PELICULA ASCENDENTE

Un evaporador de película ascendente consta de una calandria de

tubos dentro de una carcasa, la bancada de tubos es más larga que en

el resto de evaporadores (10-15m). El producto utiliado debe ser de

ba!a viscosidad debido a que el movimiento ascendente es natural. "os

tubos se calientan con el vapor e#istente en el e#terior de tal $orma

que el líquido asciende por el interior de los tubos, debido al arrastre

que e!erce el vapor $ormado. El movimiento de dic%os vapores genera

una película que se mueve rápidamente %acia arriba.

En estos tipos de evaporadores la alimentaci&n se produce por la parte

in$erior del equipo ' la misma asciende por los tubos.

El principio te&rico que tienen estos evaporadores se asimila al e$ecto

si$&n, 'a que cuando la alimentaci&n se pone en contacto con los

tubos calientes, comiena a producirse la evaporaci&n, en donde el

vapor se va generando paulatinamente %asta que el mismo, empiea a

e!ercer presi&n %acia los tubos, determinando de esta manera, una

película ascendente. Esta presi&n, tambin genera una turbulencia en


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el producto que está siendo concentrado, lo que permite me!or la

trans$erencia trmica, ' por ende, la evaporaci&n.

En estos evaporadores e#iste alta di$erencia de temperaturas entre la

pared ' el líquido en ebullici&n. *abe mencionar que la altura de losmismos es limitada, 'a que la capacidad del vapor en arrastrar la

película $ormada %acia la parte superior del equipo no es su+ciente '

determina la altura má#ima posible para el diseo.on evaporadores en los cuales se puede re circular el producto

concentrado, donde el mismo es enviado nuevamente al interior del

equipo, ' de esta $orma, asegurar un correcto caudal de alimentaci&n.

).3 A/2!#!%.

Son utilizados para la o$tención de a'ua desmineralizada para calderas u otrosprocesos en las industrias de alimentos & farmacolo'ía#

Tipo Especificidades Utilización IndustriasEvaporador depelículadescendente

Tiempo de residencia

corto

Productos sensibles al

calor

química

alimentaria


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Poca pérdida de

carga

Sin elevación

hidráulica

Escaso contenido

líquido

Presión de trabajo baja

sin diferencia de

temperaturas

Caudal alto

farmacéutica

petroquímica

Evaporadorde circulación forada

!lta velocidad de

circulación

Poca tendencia al

ensuciamiento

"o ebullición en los

tubos

#argen de carga

má$imo

Producto con tendencia a

ensuciarse

%íquido con partículas en

suspensión

%íquido con

precipitación de sales

química

medioambien

al

farmacéutica

alimentaria

Evaporadorde circulación forada

Tubos cortos

Sin bomba de

circulación

En aplicaciones sencillas

Productos no sensibles al

calor

baja viscosidad del

producto

química

farmacéutica

petroquímica

Evaporador de

película ascendente

tubos de evaporador

largos

Pocos costes de

capital

Productos espumantes

alta viscosidad delproducto

química

3. DESARROLLO EXPERIMENTAL


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5#6 P748E7 E/P: Precalentamiento de la solución diluida 2la temperatura de precalentamientode$er( ser de 9 a 6 ;C menor a la temperatura de e$ullición de la soluciónconcentrada leída esta a la presión del separador)#

6# *lenar el tanque de almacenamiento de la solución diluida#


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Facío en el condensador 2mmG')

T#42# $ $#&-0 5/'%0.

D&'- $2%78 9!

T/- $-/'#!% 9%

D;'%!#0 $#2&8'# $ % 5 5 69#>

T/'#&8'#0 $2 00&#

/6! /emperatura de vapor de caldera 6


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@EVAPORADOR

B#2#%! $ M#&'#

M A ≈ M P+ E

M A= π ϕ

2 Δ h MA ρ

4θ =

π (0.596m )2(0.022m)(996.78 kg

m3)

4 [2min( 1h60min )] =175.195

kg

h

M P=π ϕ

2 Δ h MP ρ

4θ =

π (0.346m)2(0.041m )(996.78 kgm

3)

4 [2min( 1h60min )] =115.278

kg

h

E= π ϕ

2 Δ h MA ρ

4θ =

π (0.346m )2(0.021m)(996.78 kg

m3 )

4[2min( 1h60min )] =59.0448

kg

h

175.195=115.278+59.0448 [¿ ] kg

h

B#2#%! $ C#2-'

o Calor Absorbido

Q A= M

P H

P+ E H

E− M

A H

A

H A=71.53kcal

kg

H P=66.18 kcal

kg


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H E=623.2kcal

kg

Q A=(115.278 kg

h ∗66.18 kcal

kg )+(59.0448 kg

h ∗623.2 kcal

kg )−(175.195 kg

h ∗71.53 kcal

kg )

Q A=31894.1kcal

h

o Calor Suministrado

Qs= M V λ V

λV =532.6 kcal

kg

M V =π ϕ

2 Δ h MV ρ

4θ =

π (0.402m )2(0.0176m)(981.097 kgm

3 )

4 [2min( 1h60min )] =65.7488

kg

h

Qs= M V λ V =65.7488 kg

h ∗532.6

kcal

kg

Qs=35017.8 kcal

h

o Calor NO Absorbido


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Q NA=Q S−Q A=35017.8 kcal

h −31894.1

kcal

h

Q NA=3123.7kcal

h

E;!%!# T'!#

η=Q AQS

∗100=31894.1

kcal

h

35017.8kcal

h

∗100=91.0797

F8'# I/820-'#

Δ Tx=Tsat −tx=108.5 ºC −64 ºC =44.5ºC

C-;!%& G2-4#2 $ T'#%0;'%!# $ C#2-'

Q=A ΔTx

A=2π !ϕ N T =2π (0.015m) (2.54m ) (4 )=0.9576m2

= Q

A Δ Tx=

35017.8 kcal

h

0.9576m2∗44.5 ºC

=821.759 kcal

h m2

ºC


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D&'%#!% $ P#'&'-0

o Economía

"= E

M V =

59.0448

kg

h

65.7488 kg

h

=0.8980

o Capacidad Evaporativa

C ϵ = E

A=59.0448

kg

h

0.9576m2 =61.6591

kg

h m2

o Capacidad de Transferencia de Calor

C #=Q

A=35017.8

kcal

h

0.9576m2 =36568.3

kcal

h m2

C2!82- $ 2# M#0# $ R!'!82#!%

M $= Q

C% Δ t

Δ t =2 ºC

M $= Q

C% Δ t =

35017.8kcal

h

(1 kcal

kgºC )(2 ºC )

=17508.69kg

h

• C2!82- $ V2-!$#$0

o Velocidad de Entrada


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V E= M $

A &l'() ρ

A &l'()=0.785m(0.03m)2=0.002826m2

V E=17508.69

kg

h

0.002826m2∗977.5 kg

m3

=6338.18 m

h =1.76061

m

s

o Velocidad de Salida

V S= M $

A &l'() ρ

V S=

17508.69kg

h

0.002826m2∗978.66 kgm

3

=6330.67 m

h =1.75852

m

s

o Velocidad Media

V M =V E+V S

2=1.76061 m

s +1.75852 m

s

2=1.75957

m

s

T/- $ R0$%!#


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θ= !

V M =

2.54m

1.75957 m

s

=1.44353 s

@CONDENSADOR

C#2-' S8%0&'#$- $ S-2


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η=Q AQS

∗100=31467.7

kcal

h

34399.5kcal

h

∗100=91.4772

C-;!%& $ T'#%0;'%!# $ C#2-'

= Q

A Δ T =

34399.5 kcal

h

0.9576m2∗43.5 ºC

=825.807 kcal

h m2

ºC

V2-!$#$ $ E%&'#$#

A=π

4(0.03m )

2 (4 )=0.002827m

2

2=0.001414m2

V E= *

Aρ=

1165.47 kg

h

0.001414m2∗996.8 kg

m3

=826.882 m

h =0.22969

m

s

V2-!$#$ $ S#2$#

V S=

*

Aρ=

1165.47 kg

h

0.001414 m2∗987.12 kgm

3

=834.991 m

h=0.231942

m

s

V2-!$#$ M$#

V m=V E+V S

2=

0.22969 m

s +0.231942

m

s

2=0.230816

m

s

T/- $ R0$%!#

θ $= N t'+)s !T

V m=

4∗(2.54m)

0.230816 m

s

=44.0177 s


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TABLA DE RESULTADOS.

EVAPORADOR

Q A(kcal

h ) 31894.1

M# 6?9#6B 35017.8


19/22

9=(*"Qs(

kcal

h )

M9=(*" >#5

U 2kcal

h m2

ºC ) 821.759

M/9=(*"

669#


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OBSERVACIONES CONCLUSIONES

En esta pr(ctica pudimos o$servar que el equipo tiene un me3or

desempe.o cuando la temperatura de la car'a de alimentación sesomete a un pre calentamiento así se o$tiene una me3or evaporación& se o$tiene m(s producto concentrado#

Este tipo de evaporación nos sirve para concentración de 3u'o defrutas & para la concentración de productos viscosos#

En la experimentación se utilizó a'ua &a que era ilustrativo pero estopodemos aplicarlo a nuevos procesos & para o$tener productos de

nuestro interés#


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22/22

-ttp:DDes#slides-are#netDleo6Devaporacin!f

-ttp:DDHHH#sms!vt#comDesDtecnolo'iasDevaporadores#-tml
http://es.slideshare.net/leo100/evaporacin-fhttp://www.sms-vt.com/es/tecnologias/evaporadores.htmlhttp://www.sms-vt.com/es/tecnologias/evaporadores.htmlhttp://es.slideshare.net/leo100/evaporacin-f

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