Se Enfría Anilina Desde 200 Hasta 150 ºF en Un Intercambiador de Calor de Tubos Concéntricos Cuya Superficie Total de Intercambio Es de 70 Pie2

1.- Se enfría anilina desde 200 hasta 150 ºF en un intercambiador de calor de tubos concéntricos cuya superficie total de intercambio es de 70 pie2. Para el enfriamiento se dispone de una corriente de tolueno de 8600 lbm/hr a la temperatura de 100 ºF. El intercambiador consta de una tubería de 1 ¼ pulg y otra de 2 pulg, ambas del Catálogo 40. La velocidad de flujo de la anilina es de 10000 lbm/hr. Asumiendo comportamiento adiabático, determine: a) Para flujo en contracorriente: i) ¿Cuál es la temperatura del tolueno a la salida? ii) ¿Cuál es DTML? iii) ¿Cuál es el Coeficiente Global de Transferencia de Calor? b) ¿Cuáles serían los resultados para flujo en paralelo: Datos CP(ANILINA)  0.545  Btu/lb ºF CP(TOLUENO)  0.44  Btu/lb ºF Anilina Masa=10 000Lb/hr = 1.26kg/seg T1=200°F=366.48K T2=150°F=338.71K A=70pies2=6.5032m2 Cp=2.1kJ/g°K Tolueno Masa= 8600lb/hr=1.8kg/seg T1=100°F=310.93°K T2=?? Cp=1.590kJ/kg°K Q=(1.26 kg/seg) (2.1 KJ/kg°K) (-27.77 °K) Q= 73.48 watts 73.48 watts=1.8 kg/seg x(1.590 kJ/kg°k)(x-310.93°K) T2=336.60 °K

∆ Tlm=

( 338.71−336.60 )−( 366.48−310.93 ) 2.11 ln 55.55

(

)

∆ Tlm=16.34 ° C

73.48watts= (6.5032m2)(U)(16.34°C) U=0.69 watts/m2°C 2.- En el intercambiador de calor descrito en El problema anterior ¿Cuánta anilina puede enfriarse si el coeficiente global de transferencia de calor es 70 Btu/pie2·h·ºF? 70Btu/pie2·h·ºF=397J/m2. S. °C Q=(6.5032m2)(397 J/m2. S.°C)(16.34°C)

Q=42186.12watts Q=m.Cp.VT 42186.12=m.(2.1 J/g °K)(27.77°K) M=723.39g 8.4-1.Coeficiente de transferencia de calor en un evaporador de efecto simple. Una alimentación de 4535 kg/h de solución de sal al 2.0% en peso a 3 ll K, entra continuamente a un evaporador de efecto simple para concentrarse a 3.0%. La evaporación se lleva a cabo a presión atmosférica y el área del evaporador es 69.7 m*. El calentamiento se logra con vapor de agua saturado a 383.2 K. Puesto que la solución es diluida, se puede suponer que tiene el mismo punto de ebullición del agua. Se estima que la capacidad calorífica de la alimentación es cp. = 4.10 kJ/kg * K. Calcule las cantidades de vapor y de líquido producidas y el coeficiente total de transferencia de calor U. V 4535 kg/h 311k (0.02) 383.2k

S

S

L (0.03)

1 atm y A=69.7 m2

Balance general

Balance de solidos

cp=4.10

kj kg

F=L+ V

F XF =LXL

4535=L+V

4535 ( 0.02 )=L ( 0.03 )

L=

L=3 023.333 F=L+ V

V =F−L

V =4535−3023.333

V =1511.6667

4535 ( 0.02 ) 0.03

h f =Cp ( T F −T 1 )

h f =4.10 ( 311−373.15 )

hl=Cp ( T 1−T v )

hl=4.10 ( 373.15−373.15 )

λ=2046.9

S=

kj kg

V HV + Fhf λ

H V =2275

S=

U=

9=U ∆ TA

kj kg

h f =−254.2 hl=0

Fhf + Sλ=Lhl + V HV

1511.667 ( 2257 )+ 4535 (−254.2 ) 2046.9

9 ∆ TA

U=

1269708.421 w ( 69.7 ) ( 383.2−373.15 )

S=2231.350

U=1820.241

W m2∗K

8.4-40. Área superficial y consumo de vapor de agua en un evaporador. Un evaporador de efecto simple concentra una alimentación de solución de coloides orgánicos desde 5 hasta 50% en peso. La solución tiene una elevación del punto de ebullición despreciable. La capacidad calorífica de la alimentación es cp.= 4.06 kJ/kg * K (0.97 btu/lb, . “F) y ésta entra a 15.6 “C (60 ‘F). Se dispone de vapor de agua saturado a 101.32 kPa y la presión en el evaporador es de 15.3kPa. Se desea evaporar un total de 4536 kg/h (10000 Ib,,&) de agua. El coeficiente total de transferencia de calor es 1988 W/m2 * K (350 btuh -pie2 * “F).

EPE=0

0.05 15.3kpa

15.6°C 101.32 kpa

Kg hr

U=1988

F=L+ V

F XF =LXL

V =4536

Cp=4.05 KJ/Kg°K

w m2 K

L=

F ( 0.05 ) 0.5

0,5 L=0.1 F

F=0.1 F +V

V =0.9 F

F=5040

Kg hr

L=504

15.3 Kpa ( 54.5 ° C ) Hv=2371

Kj Kg

h f =Cp ( 15.6° C−54.5 ° C )

h f =4.06 (−38.9 )

λ=2256.9

5040 (−158 ) +5 ( 2256.9 )=504 ( 0 ) +4536

9=9958536

A=

(

( 1000 3600 )

S=

h f =−158 9958536 2256.9

Kj kg

S=4412.49

9=Sλ

9=2766260 w

2766260 w w 1988 ( 100−54.5 ) m 2k

)

Kg hr

A=30.6 m2

8.5-2. Evaporación de una solución de azúcar en un evaporador de efecto múltiple. Un evaporador de efecto tiple con alimentación hacia adelante esta evaporando una solución de azúcar con EPE despreciable {menos de 1 .O K, que no se tomará en cuenta) desde 5% de sólidos en peso hasta 25% de sólidos. Se usa vapor de agua saturado a 205 kPa. La presión en el espacio de vapor del tercer efecto es 13.65 kPa. La velocidad de alimentación es 22680 kg/h y la temperatura, 299.9 K. La capacidad calorífica del líquido es cp. = 4.19 - 2.35 X, y cp. está en kJ/kg * K y x es fracción en peso (Kl). Los coeficientes de transferencia de calor son U1 = 3123, U2 = 1987 y U3 = ll 36 W/m2* K. Calcule el área superficial de cada efecto cuando todos ellos tienen la misma área, así como la velocidad de suministro de vapor de agua.

V1=22680-L1

V2=L1-L2

V3=L2-4536

22680 kg/hr (3)

5%

13.65 kpa 52 °C (1)

(2)

299.9k 26.75 °C 205 kpa 121.1°C

Cp=4.19−2.35 X

U 1=3123

w m2 k

U 2=1987

F XF =LXL

13.65la T ° solucion es 52 ° C

w m2 k

L=

U 3=1136

w m2 k

F XF XL

kg 22680 )(0.05) ( hr L= =4536 0.25

F=L+ V

V =F−L

V =22680−1536

V =18144 kf / hr

Observando 3 efectos y ambos con la misma capacidad de vaporización V1=V2=V3

18144 VT=

kg hr

V =6018

V 1=V 2=V 3=6018

3

22680=L 1+6048

L1=16632

L1=V 2+ L 2

L2=16632−6048

L2=10584

L2=V 3+ L3

L3=10584−6048

L3=4536

Balance Solidos

kg hr

25% 4536 kg

Efecto 1

F XF =LXL

X L1=

22680 ( 0.05 ) 16632

X L1=0.068

Efecto2

X L2=

16632(0.068) 10584

X L2=0.106

Efecto3

X L2=

10584 ( 0.106 ) 4536

X L2=0.25

∑ ∆T ° disponible=Ts1−T 3 ∑ ∆T °=121 ° C−52 ° C

∑ ∆T °=69 ° C

20. Los chiller en una planta de procesamiento de aves enfrían los pollos poniendo en contacto los polos con una mezcla de agua y hielo. Los pollos entran al chiller a 38°C y salen a 4°C. El departamento de Agricultura de los EEUU requiere un rebose de 0.5 gal de agua por pollo procesado, y este debe ser reemplazado por agua fresca para mantener el nivel de líquido en el chiller. Hielo derretido es parte de este requerimiento de rebose . Si una planta procesa 7000 pollos por hora y el peso promedio por pollo es de 0.98Kg, con un contenido de grasa de 17%, 18% de sólidos no grasos, y 65% de agua, calcular la relación en peso de hielo y agua que debe ser adicionada al chiller para tener la cantidad requerida de rebose y el nivel de enfriamiento. Agua fresca está a 15°C, y el rebose está a 1.5°C. El calor latente de fusión del hielo es de 334.860 J/Kg. T° de entrada= 38°C T° de salida= 4°C 0.5 gal de agua por pollo procesado. 7000 pollos por hora. Peso promedio pollo 0.98kg 17% grasa 18%solidos no grasos 65% agua Relacion Peso-hielo-agua

Agua fresca 15°C Revose 1.5°C Calor latente de fusión del hielo es de 334.860 J/Kg.