Evaporación Problemas

EVAPORACIÓN
Evaporación
Problemas
PROBLEMA 1*. Un sistema de evaporación experimental de doble efecto, muy bien aislado, con
circulación natural, opera continuamente con alimentación en paralelo de una solución al 5 % de un
cierto no electrolito disuelto en agua que ingresa a 90 ºF. El caudal de alimentación al 1er efecto es un
80 % del que ingresa al 2do efecto.
El 1er efecto descarga un producto al 20 % y el 2do concentra hasta un 10%. La calefacción en el 1er
efecto se realiza mediante vapor saturado y en el 2do efecto se mantiene un vacío de 25”Hg (referidas a
30”Hg barométricas) por medio de un condensador.
En ambos efectos se consideran despreciables el incremento del punto de ebullición (IPE), el
subenfriamiento del condensado y el efecto de la carga del líquido. El calor específico de todas las
soluciones puede considerarse igual a 1 BTU/(lb ºF).
Hacer un esquema del sistema de evaporación y calcular la temperatura de ebullición del líquido en el
primer efecto.
PROBLEMA 2*. En un evaporador simple se desea concentrar 20 000 kg/h de una solución desde el
10 % hasta el 40 % en peso. El vapor de calefacción es vapor saturado a 1,8 atm de presión absoluta, y
el condensado sale a la temperatura de condensación. El vapor procedente de la solución no presenta
un IPE apreciable y su calor específico puede tomarse igual a 4,186 kJ/(kg K) para todas las
concentraciones.
La alimentación entra a 293 K y el coeficiente global de transmisión de calor tiene un valor medio de
12 558 kJ h-1 m-2 K-1. La temperatura de saturación en la cámara es de 50º C.
Calcular:
(a) La superficie de calefacción.
(b) El consumo horario de vapor.
(c) La economía.
Después de algún tiempo de funcionamiento se comprueba que en el evaporador el valor de U ha
disminuido a 10 465 kJ h-1 m-2 K-1, debido a las incrustaciones sobre los tubos de calefacción.
Si persisten las demás condiciones indicadas, determinar:
(a) La presión que se ha de mantener en la cámara de evaporación para que la producción
horaria sea la misma.
(b) Las condiciones del vapor de calefacción si no se varía la presión en la cámara de
evaporación, para lograr la misma evaporación horaria.
PROBLEMA 3. Se desea instalar un evaporador para concentrar una solución desde el 5 % al 30 %
en peso de sólidos, cuya superficie de transferencia de calor sea 70 m2.
El caudal de alimentación es de 2 000 kg/h y se dispone de 1 800 kg/h de vapor vivo para la
calefacción a 1 atm de presión absoluta.
Problemas de Operaciones Unitarias II – 2012 - Ingeniería Química
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EVAPORACIÓN
Se estima que el coeficiente global de transmisión de calor es aproximadamente igual a 5 860,4 kJ/(h
m2 K). El calor específico de la solución es 4 486 kJ/(kg K) y se supone que el IPE es despreciable.
¿Cuáles deben ser las condiciones para el vació en el cuerpo del evaporador y la temperatura de
alimentación de la solución diluida?
PROBLEMA 4*. Para concentrar una solución de NaOH desde el 30 al 45 % en peso, se utiliza un
evaporador de simple efecto de las siguientes características.
- Área de intercambio de calor: 51 m2.
- Temperatura y caudal de alimentación: 48 ºC y 3 780 kg/h.
- Presión de la cámara de vacío: 9,6 kPa.
- Vapor de calefacción: vapor saturado a 120 ºC.
- Temperatura de salida del condensado: 100 ºC.
Calcular:
(a) El caudal de vapor, expresado en kg/h, necesario para realizar la operación.
(b) El coeficiente global de transferencia de calor del evaporador expresado en kJ h-1 m-2 K-1.
PROBLEMA 5. Un evaporador de simple efecto concentra 10 t/h de una solución de soda cáustica
desde 20 hasta 50 % de sólidos. La presión manométrica del vapor de calefacción es de 1,37 atm; la
presión absoluta en el espacio de vapor es 100 mmHg. El coeficiente global de transferencia de calor
se estima en 5 110 kJ/(m2 h ºC). La temperatura de la alimentación es 37,8 ºC. Calcule la cantidad de
vapor de agua consumido, la economía de vapor y la superficie de calentamiento requerida.
Datos adicionales:
- Temperatura de ebullición de la solución:
91,7 ºC
- Entalpía de la alimentación, 20% de sólidos, 37,8 ºC:
128,1 kJ/kg
- Entalpía de la solución concentrada, 50% de sólidos, 91,7 ºC:
514,7 kJ/kg
PROBLEMA 6*. En un evaporador de doble efecto se quiere concentrar 20 000 kg/h de una solución
de NaOH del 5 % hasta el 40 % en peso.
Calcular la temperatura de ebullición en cada efecto, las superficies de calefacción y el consumo
horario de vapor de calefacción en base a los siguientes datos:
- La alimentación entra al 1er efecto a 50º C.
- Las superficies de intercambio calórico de ambos efectos son iguales.
- Los coeficientes globales de transferencia de calor para el 1er y 2do efecto valen 2 000 y 500
kcal/(h m2 ºC), respectivamente.
- El vapor de calefacción para el 1er efecto es vapor saturado a 3,2 atm de presión absoluta.
- La presión absoluta en la cámara del 2do efecto es de 0,15 atm.
Los problemas marcados con un asterisco (*) deberán:
- Llevarse resueltos a la clase de problemas.
- Presentarse resueltos en la carpeta de Trabajo Prácticos de cada
alumno, al finalizar la asignatura.
Sitio web: http://www.herrera.unt.edu.ar/operacionesunitarias2y3
Problemas de Operaciones Unitarias II – 2012 - Ingeniería Química
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