PRACTICA 2 y 3 Procesos

INSTITUTO POLITÈCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÌA QUÍMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS

LABORATORIO DE INTRODUCCIÒN A LOS PROCESO DE SEPARACIÒN

PRÀCTICA Nº2: EVAPORADOR DE SIMPLE-EFECTO DE CIRCULACIÓN NATURAL DEL TIPO DE PELICULA ASCENDENTE-DESCENDENTE

ALUMNA: PEREZ ALDANA ROCIO

PROF: JOAQUINA OREA

GRUPO 3IV54

FECHA 10-11-2013

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 ascendente- descendente. b).-operar el quipo realizando cambios en las variables que puedan ser controladas a voluntad del operador. c).- analizar los efectos de los cambios de las variables y como lograr un aumento en la capacidad de producción.

2

INTRODUCCIÓN 

VAPORADOR DE CIRCULACION NATURAL

En un evaporador de circulación natural se distribuyen una serie de tubos cortos verticales (calandria de tubos) dentro de una carcasa por donde circula el vapor. Cuando se calienta el producto, la propia evaporación de este hace que vaya subiendo por el interior de los tubos (evaporación súbita que arrastra el líquido), mientras que por el exterior de los mismos condensa el vapor calefactor. El producto concentrado junto con el vapor generado pasa a una cámara de vacío, donde el vapor se destina al condensador (si tiene valor añadido) o se libera, y el producto concentrado puede volver a introducirse como alimentación si se requiere mayor concentración, o extraerlo del equipo como producto final.

3



EVAPORADOR DE PELICULA DESCENDENTE

Estos tipos de evaporadores son los más difundidos en la industria alimenticia, por las ventajas operacionales y económicas que los mismos poseen. Estas ventajas se pueden resumir de la siguiente forma: Alta eficiencia, economía y rendimiento. Alta flexibilidad operativa. Altos coeficientes de transferencias térmicos. Capacidad de trabajar con productos termosensibles o que puedan sufrir deterioro parcial o total de sus propiedades. Limpieza rápida y sencilla (CIP) En estos evaporadores la alimentación es introducida por la parte superior del equipo, la cual ha sido normalmente precalentada a la temperatura de ebullición del primer efecto, mediante intercambiadores de calor adecuados al producto Se produce una distribución homogénea del producto dentro de los tubos en la parte superior del evaporador, generando una película descendente de iguales características en la totalidad de los tubos. Este punto es de suma importancia, ya que una insuficiente mojabilidad de los tubos trae aparejado posibles sitios en donde el proceso no se desarrolla correctamente, lo cual lleva a bajos rendimientos de evaporación, ensuciamiento prematuro de los tubos, o eventualmente al taponamiento de los mismos. Dentro de los tubos se produce la evaporación parcial, y el producto que está siendo concentrado, permanece en íntimo contacto con el vapor que se genera. Los dos fluidos, tanto el producto como su vapor, tienen igual sentido de flujo, por lo que la salida de ambos es por la parte inferior de los tubos. En la parte inferior del evaporador se produce la separación de estas dos fases. El concentrado es tomado por bombas y el vapor se envía al condensador (simple efecto), mientras que los sistemas múltiefecto utilizan como medio calefactor, el vapor generado en el efecto anterior, y por lo tanto el vapor generado en el último cuerpo es el que se envía al condensador.

4



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 (1015m). El producto utilizado debe ser de baja viscosidad debido a que el movimiento ascendente es natural. Los tubos se calientan con el vapor existente en el exterior de tal forma que el líquido asciende por el interior de los tubos, debido al arrastre que ejerce el vapor formado. El movimiento de dichos vapores genera una película que se mueve rápidamente hacia arriba. En estos tipos de evaporadores la alimentación se produce por la parte inferior del equipo y la misma asciende por los tubos. El principio teórico que tienen estos evaporadores se asimila al 'efecto sifón', ya que cuando la alimentación se pone en contacto con los tubos calientes, comienza a producirse la evaporación, en donde el vapor se va generando paulatinamente hasta que el mismo, empieza a ejercer presión hacia los tubos, determinando de esta manera, una película ascendente. Esta presión, también genera una turbulencia en el producto que está siendo concentrado, lo que permite mejor la transferencia térmica, y por ende, la evaporación. En estos evaporadores existe alta diferencia de temperaturas entre la pared y el líquido en ebullición. Cabe mencionar que la altura de los mismos es limitada, ya que la capacidad del vapor en arrastrar la película formada hacia la parte superior del equipo no es suficiente y determina la altura máxima posible para el diseño. Son evaporadores en los cuales se puede re circular el producto concentrado, donde el mismo es enviado nuevamente al interior del equipo, y de esta forma, asegurar un correcto caudal de alimentación.

5

Evaporador de simple efecto: T-1 T-2 T-3 T-4 Temperatura Temperatura Temperatura Temperatura agua de de vapor de del del enfriamiento a la salida caldera producto. evaporador. del condensador. REGIMEN PERMANENTE ( 110 92 92 36

Masa de alimentación:

=

(

(

(

(

(

(

(

(

)(

(

)(

(

=130.895

Masa de producto (

(

=190.828

Masa de evaporado. 6

T-5 Temperatura del evaporado condensado.

30

=

(

( (

(

(

(

(

)( (

(

(

=58.672

(

Masa del agua

=

(

( (

(

(

,

(

)(

(

(

80s( (

)=0.0022h

=1791.1

Masa de vapor de caldera. (

( ( ( (

(

( ) (3.303*

(

(

(

=60.37

Balance de materia: = (130.815+58.76) =18935

Calor absorbido. *

*

(

*

)

*

*

*

( (

)(

)

(

)(

) (14 )=34802.2

Calor suministrado. = 7

(

)(

)

Eficiencia ) (

(

(

)*(100)

Factor económico.

Capacidad de transferencia de calor.

(

(

Calculo de

( (99-25)

74

=0.3243

(

=

( (

=44.4

Velocidad de entrada. 8

(

(

(

(

Velocidad de salida.

(

(

(

(

Tiempo de residencia. (

=

(

Condensador/vapor suministrado por el solvente evaporado. =

@

)(539

(

=316242.1

Calor transferido para el cambio de fase. ( (

)(

)

Calor transferido para el cambio de fase: ( (

)(1

)

(

Calor no aprovechado

( Eficiencia térmica. 9

) (

(

=100.(

=79.93%

Velocidad de flujo por agua:

(

(

(

(

TABLA DE RESULTADOS

Qf h20 Kkcal/ 825.08 Qf h20 kcal/ 25075.4

vmt

Qs hrs

24

74

44.4

0.2

0.06

19.34

31624.2

U kcal/

6548.8

MP1

79.3

1.88

825.08 MA1 189.35

CE 61.76

V sal

0.9718

10

Q1

N1

CONCLUSIONES: Durante la realización de la práctica nº1 de nombre “Evaporador de simple-efecto de circulación natural del tipo de película ascendente-descendente” puedo concluir que: Los evaporadores de un solo pasó y de circulación en la operación la alimentación pasa una sola vez a través de los tubos, desprenden el vapor y sale como líquido concentrado. Son especialmente útiles para el tratamiento de materiales sensibles al calor pues operando a vacío elevado se puede mantener el líquido a baja temperatura durante poco tiempo de contacto. Pude observar que los evaporadores de circulación operan con una carga de líquido dentro del aparato, ya que la alimentación que entra se mezcla con el líquido contenido en el evaporador, y la mezcla pasa posteriormente a través de los tubos, de forma que, en cada paso, se produce una parte de la evaporación total. Estos tipos de evaporadores no son aptos para concentrar líquidos sensibles al calor, pues aunque se trabaje a vacío, el líquido se pone en contacto con la superficie caliente varias veces. Se adaptan muy bien a la evaporación en simple efecto, pudiendo ser la circulación natural, (debido a diferencias de densidad), o forzada, (cuando se impulsa el líquido con una bomba).

Bibliografía: http://senaevaporadores.blogspot.mx/2007/11/evaporador-de-superficie-de-placas.html http://www.gea-niro.com.mx/lo-que-suministros/evaporador_circulacion_forzada.asp

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INSTITUTO POLITÈCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÌA QUÍMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS

LABORATORIO DE INTRODUCCIÒN A LOS PROCESO DE SEPARACIÒN

PRÀCTICA Nº3 EVAPORADOR DE SIMPLE EFECTO DEL TIPO DE CIRCULACIÓN FORZADA CON RECIRCULACIÓN

ALUMNA: PEREZ ALDANA ROCIO

PROF: 12

JOAQUINA OREA

GRUPO 3IV54

FECHA 10-11-2013

OBJETIVOS:

Que el alumno al término de las sesiones correspondiente s al estudio de este equipo experimental sea capaz de: a).-Explicar el funcionamiento del evaporador de simple efecto de circulación forzada. b).-Operar el equipo realizando cambios en las variables que puedan ser controladas a voluntad del operador. c).- analizar los efectos de los cambios de las variables y como lograr un aumento en la capacidad de producción.

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INTRODUCCIÒN 

EVAPORADORES DE CIRCULACION FORZADA

Los evaporadores de circulación forzada pueden no ser tan económicos, pero son necesarios cuando los productos involucrados en la evaporación tienen propiedades incrustantes, altas viscosidades, precipitaciones, cristalizaciones o ciertas características térmicas que imposibilitan una circulación natural. Son equipos en donde el producto es calentado a través de un intercambiador de calor (los intercambiadores puede ser horizontales o verticales), luego se envía a un separador, donde la evaporación se lleva a cabo gracias a la presión reinante dentro del mismo, produciéndose de esta forma una evaporación flash y por ende un enfriamiento del producto. La velocidad de circulación del producto dentro de los tubos es un factor esencial a tener en cuenta para cada tipo de producto.

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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 está 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 15

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 líquido que se concentra debe eliminarse también con1inuamente para obtener una solución a la concentración deseada. FUNDAMENTOS TEORICOS Evaporadores de circulación forzada. Entre los diseños más 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 donde 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 solución a la salida de los tubos; y por efecto del calentamiento de la solución al pasar por los tubos y por la pérdida 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 16

Para que la evaporación continúe produciéndose con rapidez hay que eliminar el vapor tan rápido como se forma. Por este motivo, un líquido 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.

CALCULOS Evaporador de circulación forzada. T-1 Del vapor de caldera.

T-2 De la solución a la salida de los tubos.

T-3 De la solución concentrada.

T-4 Del evaporado.

T-5 Salida de agua de condensación.

T-6 Solvente evaporado condensado.

REGIMEN PERMANENTE ( 116

81

80

86

Tanque de alimentación: Tanque de producto

.

17

39

41

Tanque de evaporado:

=6cm

Tanque de vapor de caldera condensado: Tanque de agua para los condensadores:

Masa de alimentación: (

( ( ( (

(

(

( (

(

(

(

)( (

)(

(

(

=214262

1

Masa del producto.

(

(

( ( ( ( (

(

( (

(

)(

(

)( (

(

(

=19181

Masa del evaporado.

(

(

( ( ( ( (

(

(

)(

(

)(

( (

(

( (

=67697.8

Masa del agua.

=

(

(

(

(

(

(

(

( (

)( (

( )

=189.16

Masa de vapor de caldera:

18

=

(

(

(

(

(

(

(

(

)(

(

(

(

=54.28

)

Balance de materia:

= (19.181+67.698) =86.88 Calor absorbido. *

*

*

*

=1000

(

)(

)

(

)(

)(13 )=39898.2

Calor suministrado. =

=530

(

)(

)

Eficiencia

( ) (

(

)*(100)=138%

Area A=

(

(

(

(

Capacidad evaporativa:

19

Factor económico.

Capacidad de transferencia de calor:

=(

(

( (114-25)

89

=0.3707

=

(

(

=56.44

(

Velocidad de entrada: (

(

(

(

Calor en el condensador (suministrado).

(

)(

)

Calor en el condensador: (cambio de fase) (

20

(

(

(38-25)=2454.1

Eficiencia térmica

) (

(

(

)*(100)=6.85%

Velocidad de flujo por agua:

(

(

(

(

TABLA DE RESULTADOS

MA kg/h

HE1

Mp1 kg/h

ME kg/h

Mw kg/h

Mv kg/h

η1

MA1 kg/h

F 21

kg/h

%

U1

°C

°C

°C

33

89

22

CONCLUSIONES Durante la realización de la práctica nº 3 de nombre “Evaporador de simple efecto del tipo de circulación forzada con recirculación” puedo concluir que: El modo más sencillo en que puede llevarse a cabo la evaporación es empelando una sola etapa, o evaporación de " simple efecto”. Este modo de operación se emplea cuando la cantidad de disolución a tratar es relativamente pequeña y/o el coste del vapor es barato comparado con la inversión necesaria para un evaporador más complejo. Cuando la capacidad requerida es grande, es necesario mejorar el aprovechamiento energético para reducir los costes operativos, lo que conduce al empleo de evaporadores de "múltiple efecto" que presentan una mejor "economía" del vapor. En los evaporadores de múltiple efecto, el vapor generado en un efecto se aprovecha en otro como medio de calefacción.

Bibliografía: http://senaevaporadores.blogspot.mx/2007/11/evaporador-de-superficie-de-placas.html http://www.gea-niro.com.mx/lo-que-suministros/evaporador_circulacion_forzada.asp

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