Evaporador de Circulación forzada

Química. Experimentos. Laboratorio. Evaporación. Equipos materiales. Tabla de datos experimentales y de resultados. Cálculos

  • Enviado por: CUMENO
  • Idioma: castellano
  • País: México México
  • 12 páginas
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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 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

105ºC

tP

67ºC

tE

67ºC

twc

36ºC

tEc

36ºC

tW

18ºC

tA

61ºC

Vc

300mmHg

Tanque de alimentación

Tanque del producto

Tanque del EVAPORADO

Tanque del CONDENSADO

Tanque del vapor condensado

"h (cm)

3.6

4.2

5.5

5.8

22

DIAMETRO (cm)

59.6

34.6

34.6

56

56

CALCULOS

CALCULOS EN EL EVAPORADOR

-CALCULO DE LA MASA DE ALIMENTACIÓN

'Evaporador de Circulación forzada'

'Evaporador de Circulación forzada'
'Evaporador de Circulación forzada'

MA= 114.6 Kg/h

-CÁLCULO DE LA MASA DEL PRODUCTO

'Evaporador de Circulación forzada'

'Evaporador de Circulación forzada'

MP= 44.6 Kg/h

-CÁLCULO DE LA MASA DEL EVAPORADO

'Evaporador de Circulación forzada'

'Evaporador de Circulación forzada'

ME= 57.5 Kg/h

-CÁLCULO DE LA MASA DE VAPOR

'Evaporador de Circulación forzada'

'Evaporador de Circulación forzada'

'Evaporador de Circulación forzada'

MV= 80.06 Kg/h

-CÁLCULO DEL CALOR APROVECHADO EN EL EVAPORADOR

'Evaporador de Circulación forzada'

HA= Cp ta = (1kcal/KgºC )*( 19ºC)=19 kcal/kg

Hp= Cp tp = (1kcal/KgºC )*( 50ºC )= 50 kcal/kg

HE@tx= 619 kcal/kg

'Evaporador de Circulación forzada'

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

'Evaporador de Circulación forzada'

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

'Evaporador de Circulación forzada'

'Evaporador de Circulación forzada'

MR= 2014.68 Kg/h

CALCULOS EN EL CONDENSADOR

-CALCULO DE LA MASA DE AGUA DE ENFRIAMIENTO

'Evaporador de Circulación forzada'

'Evaporador de Circulación forzada'

MW=3232.7 kg/h

-CÁLCULO DEL CALOR APROVECHADO

T'= TWC - TWF

T'= (34-19)ºC= 15ºC

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

'Evaporador de Circulación forzada'

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

U = Q/( T2* A) = 34757.90 / (0.961 * 2*16.72)

U = 1082.7Kcal/h m2 ºC

TABLAS DE RESULTADOS

MASAS

MASAS

Kg/h

MA

114.6

MP

57.11

E

57.4

MV

80

MW

3232.7

EVAPORADOR

QA (Kcal/h)

36264.41

QS (Kcal/h)

42687.99

 (%)

84.95



0.7181

CE (Kg/hm2)

59.9

CQ (Kcal/hm2)

37775.4

U (Kcal/hm2ºC)

726.45

MR (Kg/h)

2014.76

CONDENSADOR

QA (Kcal/h)

48491.4

QS (Kcal/h)

34757.9

 (%)

139.5

U (Kcal/hm2ºC)

1082.71

'Evaporador de Circulación forzada'