Universidad Nacional Autónoma de México.

Facultad de Estudios Superiores Cuautitlán.

Campo 1

Ingeniería Química.

Laboratorio Experimental Multidisciplinario III Cuestionario Previo “Evaporación”

Prof. Ana María Sixto Berrocal.

Márquez Bello Gabriela Valeria.

1.- ¿Qué tipo de evaporadores son los más empleados en la industria química?EVAPORADORES QUIMICOS

Los evaporadores químicos se clasifican en dos grupos: •De circulación natural. •De circulación forzada.

Los evaporadores de circulación natural se emplean de manera independiente o en múltiple efecto siempre que los requerimientos de evaporación sean simples. Por otra parte los evaporadores de circulación forzada se utilizan para líquidos viscosos, aquellos que forman sales y las soluciones que tienden a incrustarse.

EVAPORADORES DE CIRCULACIÓN NATURAL Los evaporadores de circulación natural se clasifican en cuatros clases: •Tubos horizontales. •Calandria con tubos verticales. •Tubos verticales con canasta. •Tubos verticales largos.

Evaporadores de tubos horizontales. •Son los tipos más antiguos de evaporadores que se utilizan en la industria química. •Estos evaporadores están constituidos por un cuerpo cilíndrico o rectangular y de un haz de tubos que usualmente es de sección cuadrada.

Evaporadores de calandria.

•Este tipo de evaporadores consisten en un haz de tubos vertical, corto, usualmente de no más de 6’0’’ de altura, colocado entre dos espejos que se replican en las bridas del cuerpo del evaporador. •A diferencia de los anteriores el vapor fluye por fuera de los tubos en la calandria, habiendo un gran paso circular de derrame en el centro del haz de tubos donde el líquido más frío recircula hacia la parte inferir de los tubos. •Los tubos son grandes con mediciones de 3 pulg. de DE con el fin de reducir la caída de presión y permitir un rápida recirculación, y una instalación de espejos encasquillados.

•Un de las desventajas de los evaporadores de calandria es la de colocar deflectores en el espacio vapor, de manera que haya una distribución relativamente completa del vapor en los tubos. •Su principal uso industrial es la eliminación centrifuga de las “gotitas de liquido”.

Evaporadores de tubos verticales largos.

•Estos evaporadores están formados por un elemento calefactor tubular diseñado para el paso de los licores a través de los tubos solo una vez, movidos por circulación natural. •El espejo superior de los tubos esta libre, y sobre este hay un deflector de vapor con el fin de reducir el arrastre. •Estos evaporadores no son especialmente utilizados para los licores incrustantes o que depositan sales, pero son muy empleados para el manejo de líquidos espumosos o que forman natas. •Una característica muy fundamental es que el vapor que sale de los tubos es mayor que en los tipos de tubos verticales cortos.

•Los tubos para estos evaporadores son usualmente de 1 14

pulg. a 2 pulg. DE,

y de 12 a 14 pies de longitud. Además la liberación del vapor ocurre fuera del cuerpo del evaporador.

2.- ¿Que entiende por evaporación a simple efecto e indique las diferencias entre efecto simple intermitente y continuo?Cuando se utiliza un solo evaporador, el vapor procedente del líquido en ebullición se condensa y desecha. Este método recibe el nombre de evaporación de simple efecto, y aunque es sencillo, utiliza ineficazmente el vapor. Para evaporar 1 kg de agua de la disolución se requieren de 1 a 1,3 kg de vapor de agua. Si el vapor procedente de uno de los evaporadores se introduce como alimentación en el elemento calefactor de un segundo evaporador, y el vapor procedente de éste seenvía al condensador, la operación recibe el nombre de doble efecto. El calor del vapor de agua original es reutilizado en el segundo efecto, y la evaporación obtenida por unidad de masa del vapor de agua de alimentación al primer efecto es aproximadamente el doble. El método general para aumentar la evaporación por kilogramo de vapor de agua utilizando una serie de evaporadores entre el suministro de vapor vivo y el condensador recibe el nombre de euuporación en múltiple efecto.A) Intermitente. Las operaciones de llenado, evaporación y vaciado se ejecutan es pasos sucesivos.B) semi-intermitente. La alimentación se lleva a cabo en forma continua, pero la descarga se efectúahasta que alcanza la concentración final.C) Continua-intermitente. La alimentación es continua y, en ciertas partes del ciclo, las descarga tambiénes continua.D) Continua. La alimentación y descarga son continuas, permaneciendo la concentración de laalimentación y del producto prácticamente constante.

3.- Enumere el equipo principal y auxiliar en un sistema de evaporación continuo a simple efecto.

1. Intercambiador de calor.

. Intercambiador de calor.

. Separador o espaciador para separar líquidos arrastrados por el vapor.

. Una unidad de reciclaje que viene junto el evaporador.

. Un equipo de bombeo este para cuando el fluido no circula por convección natural

4.- Indique los medios más usuales para llevar la evaporación a vacío y que ventajas se obtienen.

La evaporación al vacío consiste en reducir la presión del interior de la caldera por debajo de la presión atmosférica. Esto permite reducir la temperatura de ebullición del liquido a evaporar lo que reduce la cantidad de calor a aportar/eliminar en el proceso de ebullición y de condensación, además de otras ventajas técnicas como la de poder destilar líquidos con alto punto de ebullición, evitar la descomposición de sustancias sensibles a la temperatura, etc.Se distinguen varias modalidades diferentes de evaporar, para conseguir ventajas económicas en la operación que enumeramos a continuación: EVAPORACION CON BOMBA DE CALOR, POR TERMOCOMPRESION, MULTIEFECTO

5.- Mencione los factores que intervienen para hacer una buena selección de equipos para evaporación a simple efecto.

1. La concentración de la solución.2. Formación de espumas.3. Presión y temperatura de operación 4. Formación de incrustaciones5. Materiales de construcción6. Formación de costras7. Sensibilidad de la temperatura

6.- ¿Que variables deben vigilarse cuando se opera un evaporador?

En el proceso de la evaporación se deben de vigilar cuestiones como presión de vapor, presión de vació o de operación, flujo de liquido que entra, temperaturas de entrada y salida de la mezcla asi como del agua de enfriamiento.

7.- Dibuje el diagrama de flujo de los evaporadores instalados en el LEM

EVAPORADOR DE PELÍCULA

EVAPORADOR DE CALANDRIA

8.- Explique como calcularía experimentalmente el coeficiente global de transferencia de calor.

Qθ

=UA∆T

Qθ

= kilocalorías transmitidas por hora

A=Area transmisora de calor m2

ΔT=Diferencia de temperaturas (Tv-Te)Tv=Temperatura del medio calienteTe=temperatura de ebullición o de vaporización de la soluciónU=Coeficiente global de transferencia de calor

9) ¿Que es la economía de un evaporador y como se cuantifica?

El principal factor que influye sobre la economía de un evaporador es el número de efectos. La economía también está influenciada por la temperatura de la alimentación. Si la temperatura es inferior a la de ebullición en el primer efecto, para el calentamiento de la carga se utiliza una parte de la entalpía de vaporización del vapor de agua y solamente una parte queda disponible para la ocupación. Si la alimentación está a una temperatura superior a la de ebullición, la vaporización súbita que se produce contribuye a generar una evaporación adicional a la producida por la condensación del vapor de agua.

Desde el punto de vista cuantitativo la economía de un evaporador es totalmente una cuestión de balances de entalpía.

La economía del evaporador es la relación del gasto de las vaporizaciones a el gasto de vapor de calentamiento:

Ge=liquido evaporado Kg/hr

Gv=Vapor de calentamiento empleado Kg/hr

10.- ¿Que correlación (es) utilizaría para calcular el coeficiente global de transferencia de calor ("teórico"), en el evaporador?

EVAPORACIÓN POR CIRCULACIÓN FORZADA. La carga hidrostática evita la ebullición en la superficie de calentamiento, pueden predecirse coeficientes de transmisión de calor a partir de las correlaciones habituales para el vapor de condensación. El coeficiente de película se mejora cuando no se suprime por completo la ebullición. Cuando solo la película cercana a la pared está por encima del punto de ebullición, BOATS, BADGER Y MEISENBERG (1937) descubrieron que los resultados pueden correlacionarse mediante la ecuación (Ecc. N° 02), empleando una constante 0.0278 en lugar de 0.023. En estos casos el uso de la temperatura del líquido todavía puede calcularse a partir de la velocidad conocida de circulación y la entrada de calor.

Cuando la masa del líquido hierve, a lo largo de la longitud del tubo, el coeficiente de película es aun más elevado; sin embargo la temperatura del líquido comienza a caer a medida que desarrolla la ebullición completa y es difícil estimar la transmisión de calor suponiendo que no existe una ebullición masiva.

Frangen y Badger (1936) obtuvieron una correlación empírica de coeficientes globales de transmisión de calor para este tipo de evaporadores, basándose en el valor de ΔT a la entrada del calentador.

U=2.020D 0.57 Vs3.6L

u0.25∆T

0.1

Donde: D = diámetro medio del tubo. Vs = velocidad de entrada. Ч= viscosidad liquido.

Esta ecuación se basa principalmente, en experimentos con tubos de cobre de 0.002m de diámetro externo, espesor de 0.00165m. (Calibre 16), longitud de 2.44m. (8ft), aunque también incluye datos con tubos de 0.0127 m. (1/2 in) y longitud de 2.44 m. (8 ft), y tubos de 0.00254 m (1 in) y longitud de 3.66 m (12 ft).