Industrias II 1 / 11 Evaporación

EVAPORACIÓN

1) DIBUJAR TRES EQUIPOS. MARCHA DE CÁLCULO. TEORÍA.

Evaporadores de tubos cortos (verticales)

El vapor condensa en el exterior de los tubos. El haz de tubos contiene un gran conducto central descendente. La mayor parte de la ebullición se produce en los tubos pequeños de forma que el líquido asciende a través de ellos y retorna por el conducto descendente. Las gotas de líquido sedimentan a través del vapor contenido en la cámara alta, situada encima de los tubos. La fuerza impulsora para el flujo del líquido a través de los tubos es la diferencia de densidad entre el líquido contenido en el conducto des-cendente y la mezcla de vapor y líquido que se origina en los tubos.

Transmisión de calor relativamente buena a un costo razonable.Resultan prácticos para operar con líquidos que forman costras puesto que el

interior de los tubos se puede limpiar fácilmente. (Son evaporadores de circulación natural => Δ densidad.)

La circulación se produce por convección natural pero es mucho menos rápida que en los evaporadores de convección natural de tubos largos.

La mayor desventaja de este evaporador es el arrastre de espuma o gotas del lí-quido con el vapor, que sólo se atenúa mediante la introducción de corta espumas y tabi-ques deflectores.

Son remplazados últi-mamente por las unidades de tubos largos y por otros diseños más especializados.Para sólidos diluidos los coeficientes de transfe-rencia de calor son ele-vados pero para solu-ciones concentradas o viscosas resultan mejor

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Evaporadores de circulación forzada:

Una bomba centrifuga hace circular el líquido a través de los tubos con una velocidad de entrada comprendida entre 2 y 6 m/s. Tiene mayor capacidad de evapora-ción (coeficientes de transmisión de calor elevados).

Para soluciones diluidas la mejor que se consigue no compensa los costes adicio-nales de bombeo sobre la convección natural; pero en cambio están justificados cuando se opera con líquidos viscosos.

El tiempo de residencia del líquido en los tubos es pequeño de forma que en ellos se pueden concentrar líquidos medianamente sensibles al calor. También resultan adecuados para operar con líquidos que depositan sales o tienden a formar espuma.

A la salida de los tubos se produce una vaporización súbita o Flash (Antes de entrar en el cuerpo del evaporador) Esta mezcla de vapor y gotas de la solución choca

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contra la placa deflectora ascendiendo el vapor y descendiendo el líquido.

Evaporadores de tubos largos con flujo ascendente (de líquido)

Sus partes esénciales son: 1) Un cambiador tubular que opera con el vapor de agua en la carcasa y el liquido

que se concentra en los tubos2) Un separador o espacio de vapor para separar el liquido arrastrado por el vapor

(placas deflectoras)3) Cuando opera como una unidad de circulación, una rama de retorno al fondo del

cambiador para el líquido procedente del separador.

Como con secuencia de la acción de ebullición el líquido y el vapor ascienden por el interior de los tubos, mientras que el líquido que se separa desciende por gravedad hasta el fondo de los tubos.

Placa deflectora: tiene el fin de eliminar las gotitas de líquido retenidas por el vapor

Eficaces para concentrar líquido que tiende a formar espuma (la espuma se rompe cuando la mezcla de vapor y líquido choca a elevada velocidad contra la placaDeflectora)

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Marcha de cálculo: (de un evaporador simple)

H: entalpía de la corriente gaseosah: entalpía de la corriente liquidaF: caudal de alimentaciónW: caudal de vapor vivoE: caudal evaporadoS: caudal de concentrado

Balance de masas: Total F = E + S => E=F-SSoluto F. xF = E.xE + S.xS E. xE=F.xF - S.xS

Líquido F. (1-xF) = E.(1-xE) + S.(1- xS)

S = F xF / xS E = F - F xF / xS

Balance de Entalpías:W HW + F.hF = E.HE + W.hW + S.hS + qP

qP = 0 comprende pérdidas aislante, disolución, cristalizaciónTeniendo en cuenta que E=F-S y λ: calor latente

W.( HW – hW) = (F-S).HE + S.hS – F.hF

W. λ = (F - S).HE + S.hS – F.hF

Hipotesis:a) el vapor entra saturado y sale condensado saturadob) TV = TS

c) Se tomo ts como referencia para medir las entalpías (hs =0)

W. λW = (F - S).HE + S.hS – F.hF

A.- No existe aumento ebulloscópico:

HE = hS + λS hs = 0 > HE = λS [λS calor latente de condensación]

Suponiendo CpF ~ cte hF = hS + CpF (TF – TS)

En la ecuación generalW. λW = (F - S).λS + F. Cp (tS – tF)

Generado por el vapor Calor latente Calor Sensible

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B.- Existe ascenso ebulloscópico:

TS: temperatura a la que hierve el liquidoHE: Entalpia del vapor ( T = TS – ΔT) ΔT: ebulloscópico para condensarse

HE = λ + Cp vapor . ΔTE = λ´Calor latente a (TS = ΔTE) Calor debido al ascenso ebulloscópico

W. λW = (F – S) λ´ + F Cp (TS – TF)

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2) EVAPORADORES 3 EFECTOS. DIBUJARLO CON ACCESORIOS,

PURGAS TRAMPAS (3 TIPOS), CONDENSADOR Y REGLA DE DUHRING

Efecto:Un evaporador produce evaporación a una presión y temperatura dadas.

Para la determinación del efecto se tiene en cuenta que donde se alimenta con vapor vivo es el primer efecto, y las alimentaciones se refieren a este efecto.Cuadro formas de alimentación en triple efecto.

Directa (Cocorriente)

Contra corriente

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Mixta

Paralelo

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Accesorios:

PURGADORES (trampas de vapor): Aparato automático para la extracción del condensado cuya misión es permitir la descarga del condensado sin dejar salir el vapor.

Hay dos tipos principales:

1) Termoestáticos: La distinción entre el vapor y el condensado se basa en las diferentes temperaturas que tienen ambos junto a la parte activa de la válvula del purgador.

Trampa termoestática de expansión líquida

condensado enfría el aceite B se contrae abre válvulavapor calienta el aceite B se expande cierra válvula

Trampa termoestática

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De presión equilibrada

El elemento termoestatico es flexible y esta lleno con un fluido. Al calentarse o enfriarse el fluido se evapora o condensa y el elemento se expande o contrae, cerrando o abriendo la válvula.

2) Mecánicos: la diferenciación se hace mecánicamente por medio de una cubeta o un flotador

Purgador de cubeta

A: cubetaB: vástagoC: válvulaD: eje

Cuando la cubeta se llena de condensado gira sobre el eje empuja al vástago hacia abajo y se abre la válvula.

CONDENSADORES: Cuando un evaporador ha de trabajar a presión menor a la atmosférica, el procedimiento mas eficaz es conecta la cámara de evaporación con una bomba de vacío a través de un condensador enfriado por agua. La presión sobre la

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cámara de evaporación nunca puede llegar a ser menor a la tensión de vapor del agua a la temperatura del condensador.

REGLA DE DUHRING: El punto de ebullición de una solución es función lineal del punto de ebullición del agua pura a la misma presión. A distintas concentraciones se obtienen líneas diferentes.

Condensador en contracorriente

Condensador de contacto en corriente paralela

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Diagrama de Duhring

La regla no es exacta para grandes intervalos de presión. Pero para un intervalo moderado las líneas sonprácticamente rectas aunque no necesariamente paralelas.

Tem

pera

tura

de

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llici

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dis

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ció

n ºC

Temperatura de ebullición del agua ºC