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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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17/22
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 $= N t'+)s !T
V m=
4∗(2.54m)
0.230816 m
s
=44.0177 s
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TABLA DE RESULTADOS.
EVAPORADOR
Q A(kcal
h ) 31894.1
M# 6?9#6B 35017.8
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9=(*"Qs(
kcal
h )
M9=(*" >#5
U 2kcal
h m2
ºC ) 821.759
M/9=(*"
669#
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OBSERVACIONES CONCLUSIONES
En esta pr(ctica pudimos o$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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-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