Culun Pamela Operaciones Unitarias II Ingeniería Química 2018

EVAPORACIÓN Y EVAPORADORES Evaporación: Operación que consiste en la separación de un disolvente volátil de un soluto no volátil por vaporización del disolvente. Evaporador: Consiste en un intercambiador de calor capaz de hervir la solución y un dispositivo para separar la fase vapor del liquido en ebullición. La calefacción se efectúa por medio del vapor condensante (o vapor de calentamiento).

EVAPORADOR Esta constituido por:  Intercambiador de calor – vapor de calefacción  Separador de corriente

TIPOS DE EVAPORADORES TUBULARES  Tubos Horizontales de circulación natural  Tubos verticales – Flujo ascendente Longitud de los tubos : 3 – 10 m Diámetro de tubo: 25 – 50 mm

 Evaporador de circulación forzada  Evaporadores de película agitada

FUNCIONAMIENTO DE LOS EVAPORADORES  La capacidad se define como el número de kg de agua vaporizados por hora y depende de la velocidad de transmisión de calor : Q = UAΔT  La economía se define como el número de kilogramos vaporizados por kilogramo de vapor de calentamiento que entra a la unidad.  Consumo de vapor de calentamiento (kg/h) = capacidad / economía.

Algunos factores que afectan la velocidad de transferencia de calor Q = UAΔT 1) Coeficiente global de transferencia de calor (U) 2) Área de intercambio. 3) Diferencia de temperatura entre el agente calefactor y el líquido a evaporar. 4) Presión 5) Propiedades del líquido a evaporar:  Concentración  Solubilidad  Formación de espumas  Sensibilidad a la temperatura  Incrustaciones  Materiales de construcción

Coeficiente de transmisión de calor U El coeficiente de transferencia de calor U esta constituido:  Coeficiente del lado del vapor que se condensa cuyo valor aproximado  Por la pared metálica, que tiene una conductividad térmica alta y casi siempre una resistencia despreciable.  Coeficiente de la película liquida.

Elevación del punto de ebullición Cuando la concentración de las soluciones es muy alta el punto de ebullición es distinto al del agua. Se puede usar una ley empírica conocida como regla de Duhring. Cuando la concentración de las soluciones es muy alta el punto de ebullición es distinto al del agua. Se puede usar una ley empírica conocida como regla de Duhring.

MÉTODOS DE OPERACIÓN PARA EVAPORADORES  Simple efecto El vapor procedente del liquido en ebullición se condensa y desecha.  Múltiple efecto El vapor procedente de uno de los evaporadores se introduce como alimentación en el elemento calefactor en el siguiente evaporador.

Simple efecto Para evaporar 1kg de agua de solución se requiere de 1 a 1.3 kg de vapor.

Diseño – Balances

Balance de entalpía con calor de dilución despreciable

Balance de entalpia con calor de dilución apreciable, diagrama entalpia-concentración Diagrama de entalpia- concentración para los valores de H f y H L

Múltiple efecto P1 > P2 > P3 y T1 > T2 > T3

Cálculo de diseño

Calculo Datos: 1.Presión de vapor de agua en el primer efecto 2.Presión fina del espacio vapor en el último efecto 3.Condiciones de alimentación y flujo en el primer efecto 4.Concentración final del líquido que sale del ultimo efecto 5.Propiedades físicas tales como entalpias o capacidades caloríficas de líquido y de los vapores. 6.Los coeficientes totales de transferencia de calor en cada efecto.

Pasos para resolver el sistema 1) Suponer temperaturas de ebullición en el primer y segundo efectos. 2) De los balances de entalpía se obtienen las velocidades de flujo de vapor de calentamiento y de licor de un efecto a otro. 3) A partir de la ecuación de capacidad se calcula la superficie de calentamiento de cada efecto 4) Si las áreas de calentamiento calculadas no son aproximadamente iguales, y se repite nuevamente el procedimiento hasta que las superficies de calentamiento sean iguales.

Aplicaciones