Evaporador de Circulación forzada

OBJETIVOS
• Conocer cada parte del equipo, su función y realizar el diagrama correspondiente
• Operar el equipo a las condiciones que indique el profesor y llevarlo a régimen permanente para
poder tomar los datos de experimentación
• Realizar los cálculos para conocer las condiciones en las que se encuentra el evaporador de
circulación forzada
INTRODUCCIÓN
EVAPORACION
Definición.−Evaporación es una operación de la Ingeniería Química, que consiste en separar parcialmente
el solvente de un la solución formada por un soluto no volátil, calentando la solución hasta su temperatura
de ebullición.
Su objetivo es concentrar soluciones, evaporando parte del solvente: generalmente lo que se evapora es vapor
de agua saturada, el cual al condensarse en una superficie metálica, transmite su calor latente a través de la
pared metálica que separa el vapor de calentamiento de la solución que se esta concentrando.
EQUIPOS UTILIZADOS EN EVAPORACION
Los evaporadores son cambiadores de calor, en los cuales el medio de calentamiento es el vapor de agua
saturado que transmite su calor latente al condensador a la presión de saturación con la que entra al
evaporador. La solución que se va a concentrar recibe el calor, aumentando su temperatura hasta que se
inicie la evolución y se produce la evaporación. El vapor producido debe eliminarse continuamente para
mantener una presión interior constante. El liquido que se concentra debe eliminarse también
con1inuamente para obtener una solución a la concentración deseada.
FUNDAMENTOS TEORICOS
Evaporadores de circulación forzada.
Entre los diseños mas importantes están los siguientes:
• Tubos largos verticales, solución dentro de tubos.
• Tubos largos horizontales, solución dentro de tubos
• Tubos cortos horizontales, solución fuera de tubos.
• Tubos largos Inclinados, solución fuera de tubos.
En estos tipos de evaporadores la ebullición de la solución no se efectúa dentro de los tubos; esta
temperatura se calcula a la presión del espacio de vapor ya la concentración final de la solución. La
solución se recircula por medio de una bomba centrífuga de gran capacidad, haciendo pasar por el interior
de los tubos a alta velocidad saliendo al espacio de vapor en don de se mantiene una baja presión y ahí es
donde se produce la evaporación instantánea, La solución diluida se introduce en el tubo de recirculación
des pues de la bomba centrífuga y el producto solución concentrada se obtiene del tubo de recirculación
antes de la bomba centrífuga.
La circulación forzada imparte una gran velocidad de la solución por el interior de los tubos por ¡o que
necesita una cierta energía potencial, la cual se convierte a energía cinética, al cambiar la velocidad de la
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solución a la salida de los tubos; y por efecto del calentamiento de la solución al pasar por los tubos y por
la perdida de presión al salir de los tubos, la sol'n hierve instantáneamente, transformando su calor
sensible a calor latente que adquiere el agua evaporada que se produce en el espacio vapor del evaporador .
La temperatura de ebullición de la solución, se calcula a la presión del −espacio vapor concentrado final
de la solución. Los evaporadores de circulación forzada manejan volúmenes de solución menores a los de
circulación natural y bus arreas son también menores, del orden de 500 Kcal./ m2
Para que la evaporación continúe produciéndose con rapidez hay que eliminar el vapor tan rápido como se
forma. Por este motivo, un liquido se evapora con la máxima rapidez cuando se crea una corriente de aire
sobre su superficie o cuando se extrae el vapor con una bomba de vacío.
OBSERVACIONES
En un momento, durante la operación del evaporador del tipo circulación forzada, se interrumpió la
alimentación de vapor, por lo que ello repercute en las temperaturas experimentales obtenidas y por lo
tanto también resulta ser influencia en los resultados finales de eficiencia, los cuales son mayores al 100%.
CONCLUSIONES
En vista de que el balance de materia realizada en el sistema se ha cumplido, tengo las bases para sostener que
he adquirido de una manera eficaz los conocimientos teóricos y prácticos en la manipulación del evaporador
del tipo circulación forzada, por lo que los objetivos planteados han alcanzado.
BIBLIOGRAFIA
• Ing. Sierra Ochoa Alberto
Evaporación en la industria
Pags.25−33
• Enciclopedia Encarta 2004
TABLA DE DATOS EXPERIMENTALES
T'v
tP
tE
twc
tEc
tW
tA
Vc
"h (cm)
105ºC
67ºC
67ºC
36ºC
36ºC
18ºC
61ºC
300mmHg
Tanque de
alimentación
Tanque del
producto
Tanque del
EVAPORADO
3.6
59.6
4.2
34.6
5.5
34.6
Tanque del
Tanque del
vapor
CONDENSADO
condensado
5.8
22
56
56
2
DIAMETRO
(cm)
CALCULOS
CALCULOS EN EL EVAPORADOR
−CALCULO DE LA MASA DE ALIMENTACIÓN
MA= 114.6 Kg/h
−CÁLCULO DE LA MASA DEL PRODUCTO
MP= 44.6 Kg/h
−CÁLCULO DE LA MASA DEL EVAPORADO
ME= 57.5 Kg/h
−CÁLCULO DE LA MASA DE VAPOR
MV= 80.06 Kg/h
3
−CÁLCULO DEL CALOR APROVECHADO EN EL EVAPORADOR
HA= Cp ta = (1kcal/KgºC )*( 19ºC)=19 kcal/kg
Hp= Cp tp = (1kcal/KgºC )*( 50ºC )= 50 kcal/kg
HE@tx= 619 kcal/kg
Q=36264.41 Kcal/h
−CÁLCULO DEL CALOR SUMINISTRADO POR EL EVAPORADOR
QS= MV V
V@109ºC = 533.2 Kcal/kg
QS= ( 80.06kg/h )*( 533.2 Kcal/kg) = 42687.98 Kcal/h
−CÁLCULO DE LA EFICIENCIA
= (Q/QS)*100
= ( 36264.41 Kcal/h / 42687.98 Kcal/h )*100
= 84.9%
−CÁLCULO DEL AREA DE TRANSFERENCIA DE CALOR
A= L Nt
A= (3.1416)(0.03)(2.55)(4)
A= 0.961 m2
−CÁLCULO DE LA CAPACIDAD EVAPORATIVA
CE= E/A = 57.49 Kg/h / 0.961 m2
CE=59.8 Kg/h m2
−CÁLCULO DE LA ECONOMIA
CE= E/Mv= 57.49 Kg/h / 80. Kg/h
CE=0.7181
−CÁLCULO DE LA CAPACIDAD CALORIFICA
4
CQ= 36264.41 Kcal/h / 0.961m2
CQ=37775.42 Kcal/h m2
−CÁLCULO DEL COEFICIENTE GLOBAL DE TRANSFERENCIA DE CALOR
t1= tv − tE=(109 − 64)ºC= 45ºC
t2= tv − tx= (109 − 50)ºC= 59ºC
t= (t1+ t2)/2
t= 52ºC
U = Q/( t * A) = 36264.41 / (0.961 * 52)
U = 726.4 Kcal/h m2 ºC
−CÁLCULO DE LA MASA DE RECIRCULACIÓN
MR= 2014.68 Kg/h
CALCULOS EN EL CONDENSADOR
−CALCULO DE LA MASA DE AGUA DE ENFRIAMIENTO
MW=3232.7 kg/h
−CÁLCULO DEL CALOR APROVECHADO
T'= TWC − TWF
T'= (34−19)ºC= 15ºC
5
Qa = MW Cp "t
Qa = (3232.7 Kg/h)(1Kcal/KgºC)(15ºC)
Qa = 48491.4 Kcal/h
−CÁLCULO DEL FACTOR DE CORRECCION
T1=TE − TW = 78−34ºC = 44ºC
T2=TEC− TWF = 26−19ºC = 7ºC
R= tE − tEC / tW− tWF
R=(78−26)/(34−19)= 3.467
S= tWC − tWF / tE − tWF
S=(34−19)/(78−19)= 0.254
F de tablas= 0.96
FC= F R S= 0.96*0.25*3.46= 0.8304
−CÁLCULO DEL CALOR SUMINISTRADO
T=TE − TEC=(78−26)ºC=52ºC
Qs= ME HE + ECpT
Qs= (144.75 Kg/h)(626.1 Kcal/Kg)+(51.49Kg/h)(1kcal/kg)(52ºC)
Qs= 34757 Kcal/h
−CALCULO DE LA EFICIENCIA
= (Qa/QS)*100
= ( 48491.4 Kcal/h / 34757.9 Kcal/h )*100
= 139.5%
−CALCULO DEL COEFICIENTE GLOBAL DE TRANSFERENCIA DE CALOR
T2= MLDT*FC
T2=(20.13*0.8304)ºC= 16.72ºC
6
U = Q/( T2* A) = 34757.90 / (0.961 * 2*16.72)
U = 1082.7Kcal/h m2 ºC
TABLAS DE RESULTADOS
MASAS
MASAS
MA
MP
E
MV
MW
Kg/h
114.6
57.11
57.4
80
3232.7
EVAPORADOR
QA (Kcal/h)
QS (Kcal/h)
(%)
CE (Kg/hm2)
CQ (Kcal/hm2)
U (Kcal/hm2ºC)
MR (Kg/h)
36264.41
42687.99
84.95
0.7181
59.9
37775.4
726.45
2014.76
CONDENSADOR
QA (Kcal/h)
QS (Kcal/h)
(%)
U (Kcal/hm2ºC)
48491.4
34757.9
139.5
1082.71
7