evaporadores mapa conceptual

7/26/2019 Evaporadores Mapa Conceptual

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UNIVERSIDAD AUTNOMA DE CHIHUAHUA

FACULTAD DE CIENCIAS QUMICAS

OPERACIONES UNITARIAS II

PROYECTO 1:EVAPORACIN

TITULAR DE LA MATERIA:Dr. IVAN SALMERON OCHOA

ALUMNOS:

215602 Luis Jimnez

212663 Brenda Rodrguez Ros

215553 Ivn Pea


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EVAPORACIN:

La operacin unitaria de evaporacin se refiere a la eliminacin de agua (solvente)de una solucin acuosa. El objetivo de la evaporacin es concentrar una disolucinconsistente en un soluto no voltil (disolucin concentrada) y un disolvente voltil,eliminado por medio de vapor una parte del disolvente (agua) formado por laebullicin.

Ejemplos.

Entre los ejemplos tpicos de procesos de evaporacin estn la concentracin desoluciones acuosas de azcar, cloruro de sodio, hidrxido de sodio, glicerina, gomas,leche y jugo de naranja.

FACTORES DE PROCESO.

En la evaporacin influye mucho las propiedades fsicas y qumicas (caractersticas)de la solucin que se esta concentrando y del vapor que se separa, tienen un efectoconsiderable sobre el tipo de evaporador que debe usarse y sobre la presin y latemperatura del proceso.

1.Concentracin del lquido. Por lo general, la alimentacin lquida a unevaporador es bastante diluida teniendo propiedades similares al del agua. Conforme avanza evaporacin la solucin se concentra, su viscosidad y densidad seeleva notablemente. La disolucin se transforma en saturada o resulta inadecuada

para una transmisin de calor adecuada. Se requiere entonces mecanismos quepermitan la circulacin adecuada para evitar que el coeficiente se reduzcademasiado.

2. Solubil idad. A medida que se evapora una solucin y aumenta la concentracindel soluto o sal, puede excederse el lmite de solubilidad del material en solucin yse formaran cristales. Al enfriar a temperatura ambiente una solucin concentradacaliente que proviene de un evaporador puede presentarse una cristalizacin.

3. Sensibi l idad trmica de los materiales. Muchos productos, en especial losalimentos y otros materiales biolgicos, se daan cuando se calientan a temperaturasmoderadas durante tiempos relativamente cortos. La cantidad de degradacin esten funcin de la temperatura y del tiempo. En la concentracin de estos materialesse necesitan tcnicas especiales para reducir tanto la temperatura del lquido como eltiempo de calentamiento.

4. Formacin de espumas. Algunos materiales, especialmente sustancias orgnicas,forman espuma durante la ebullicin. Esta espuma es arrastrada por el vapor quesale del evaporador y puede producir prdidas de material. En casos extremos todala masa de lquido puede salir con el vapor y perderse.

5. Formacin de costras (inclaustraciones) y mater iales de construccin. Algunasdisoluciones depositan costras sobre las superficies de calefaccin. Estasincrustaciones se forman a causa de los productos de descomposicin o pordisminucin de la solubilidad. Provocan que el coeficiente global disminuya


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progresivamente hasta que es preciso interrumpir la operacin y limpiar los tubos.Cuando las costras son duras e insolubles, la limpieza resulta difcil y costosa.La seleccin de los materiales de construccin del evaporador tiene importancia enla prevencin de la corrosin.

6. Presin y temperatura. La elevacin del punto de ebullicin de una sustancia esta

en funcin de la presin y concentracin. Para mantener a un nivel bajo latemperatura de los materiales termo sensible suele ser necesario operar a presionesinferiores a 1 atm, esto es, al vaco.

TIPOS DE EQUIPOS DE EVAPORACIN.

La evaporacin consiste en la adicin de calor a una solucin, el calor essuministrado por condensacin de un vapor (como vapor de agua) en contacto conuna superficie metlica, con el lquido del otro lado de dicha superficie.El tipo de equipo usado depende de la configuracin de la superficie para latransferencia de calor como de los medios para lograr la circulacin del lquido.Tipos de evaporadores.Principales tipos de evaporadores tubulares calentados con vapor de agua

actualmente usados:1. Marmi ta abierta o artesa. Es la forma ms simple de un evaporador en la cual sehierve el lquido. El suministro de calor proviene de la condensacin de vapor deagua en una chaqueta o en serpentines sumergidos en el lquido. En algunos casos, lamarmita se calienta a fuego directo. Econmicos y de operacin simple, pero eldesperdicio de calor es excesivo. En ciertos equipos se usan paletas o raspadores

para agitar el lquido.2. Evaporador de tubos horizontales con circulacin natural. Similar a unintercambiador de calor, el vapor de agua entra a los tubos, se condensa y sale por elotro extremo. La solucin a ebullicin est por fuera de ellos. El vapor se desprendede la superficie lquida y sale por la parte superior. Es relativamente econmico, seutiliza para lquidos no viscosos con altos coeficientes de transferencia de calor ylquidos que no formen costras. La circulacin del lquido no es muy buena, pocoadecuados para materiales viscosos. Operan con alimentacin a velocidad constantey salida a velocidad constante.3. Evaporador de tubos verticales con cir culacin natural. El lquido esta dentro delos tubos, el vapor se condensa en el exterior. Debido a la ebullicin y a ladisminucin de densidad, el lquido se eleva en los tubos por circulacin natural yfluye hacia abajo. Esta circulacin natural incrementa el coeficiente de transferenciade calor. Intil con lquidos viscosos.4. Evaporador vertical de tubos largos. El coeficiente de transferencia de calor delvapor es ms alto que el lquido que se evapora. Es mas prudente contar convelocidades altas para el lquido. El lquido esta en el interior de los tubos. Estosmiden de 3 a 10 m de alto facilitando velocidades muy altas. El lquido pasa por lostubos una sola vez y no se recircula. Los tiempos de contacto son breves.

5. Evaporador de cada de pelcula. Variacin del modelo anterior, el lquido sealimenta por la parte superior de los tubos y fluye por sus paredes en forma depelcula delgada. La separacin de vapor y lquido se efecta en el fondo. Estemodelo se usa mucho para la concentracin de materiales sensibles al calor ycoeficiente de transferencia de calor alto.6. Evaporador de cir culacin forzada. Por medio de bombeo se provoca unacirculacin forzada del lquido en el interior de los tubos. Se conecta una bomba unaentre las lneas de salida del concentrado y la de alimentacin. Los tubos suelen serms cortos que los tubos largos, se emplea un intercambiador de calor horizontalexterno e independiente. Este modelo es muy til para lquidos viscosos.


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7. Evaporador de pelcula agitada.Para aumentar el coeficiente de transferencia decalor, se requiere la agitacin mecnica de la pelcula liquida. Se efecta en unevaporador de cada de pelcula modificado, usando un solo tubo grande quecontiene un agitador interno. El lquido penetra por la parte superior del tubo, lasolucin concentrada sale por el fondo y el vapor pasa por un separador para salir

por la parte superior. Es prctico para materiales muy viscosos sensibles al calor,

pues el coeficiente de transferencia de calor es mayor que en de circulacin forzada.Tiene costo alto y capacidad baja.8. Evaporador solar de artesa abierta. Proceso muy antiguo donde el agua salina seintroduce en artesas o bateas abiertas y de poca profundidad y se deja evaporarlentamente al sol hasta que cristalice.

MTODOS DE OPERACIN DE EVAPORADORES.

1. Evaporadores de efecto simple o una sola etapa. Este mtodo es el mas sencillocomo su nombre lo indica sucede en una sola etapa. La mezcla acuosa entra comoalimentacin, en los tubos de intercambio de calor entra vapor de agua y sale uncondensado ya que la mezcla y el vapor (separados por los tubos) llegan a un

equilibrio en sus temperaturas. El vapor generado se libera en forma condensada.2. Evaporadores de efecto mltiple con alimentacin hacia adelante. Unevaporador de efecto simple desperdicia bastante energa, pues el calor latente delvapor que sale no se utiliza. No obstante, una buena parte de este calor latente serecupera y se utiliza al emplear evaporadores de efecto mltiple. La alimentacin del

primer efecto opera a una temperatura suficientemente alta como para que el aguaque se evapora sirva como medio de calentamiento del segundo efecto. El segundoefecto se emplea como medio de calentamiento del tercer efecto y assucesivamente. El resultado es un aumento de la economa de vapor de agua, que eskg de vapor evaporado/kg de vapor de agua usado. Este aumento de la economa delvapor de agua en un evaporador de efecto mltiple se logra a expensas de mayorinversin en el equipo. Las temperaturas de ebullicin van disminuyendo de efecto aefecto al igual la presin.

3. Evaporadores de efecto mltiple con al imentacin en retroceso.La alimentacinentra al ltimo efecto, que es el ms fro, y continua hacia atrs hasta que elproducto concentrado sale por el primer efecto. Es necesario usar bombas en cadaefecto, pues el flujo va de baja a alta presin. Es til cuando el producto concentradoes bastante viscoso. Las altas temperaturas de los primeros efectos reducen laviscosidad.4. Evaporadores de efecto mltiple con alimentacin en paralelo. Implica laadicin de alimentacin nueva y la extraccin de producto concentrado en cada unode los efectos. El vapor de cada efecto se usa para calentar el siguiente. Este mtodode operacin se utiliza principalmente cuando la alimentacin est casi saturada y el

producto son cristales slidos.

FUNCIONAMIENTO DE LOS EVAPORADORES TUBULARESLas principales caractersticas de funcionamiento de un evaporador tubularcalentado con vapor de agua son la capacidad y la economa. La capacidad se definecomo el nmero de libras de agua evaporada por hora. La economa es el nmero delibras vaporizadas por libra de vapor vivo que entra en la unidad.

Coeficientes totales de transferencia de calor en evaporadores:


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La velocidad de transmisin de calor q a travs de la superficie de calefaccin de unevaporador, de acuerdo con la definicin del coeficiente global de transmisin de esigual al producto de tres factores: el rea Ade la superficie de transmisin de calor,el coeficiente global de transmisin de calor U, y la cada global de temperatura ,o sea:

El coeficiente total de transferencia de calor Uun evaporador est constituido por elcoeficiente del lado del vapor que se condensa, cuyo valor aproximado es de 5700W/m2 k por la pared metlica, que tiene una conductividad trmica alta y casisiempre una resistencia despreciable; por la resistencia de las incrustaciones en ellado del liquido, y por el coeficiente de la pelcula lquida, que por lo general seforma en el interior de los tubos.

Elevacin del punto de ebullicin de las disoluciones y regla de Dhring.En soluciones concentradas de solutos disueltos no es posible predecir la elevacindel punto de ebullicin debido a la presencia del soluto. Sin embargo, se puede usaruna ley emprica muy til conocida como regla de Dhr ing.Se obtiene una lnearecta cuando se grafica el punto de ebullicin de una solucin en funcin del puntode ebullicin del agua pura a la misma presin para determinada concentracin a

diferentes presiones.La carga de lquido y la elevacin del punto de ebullicin influyen sobre lacapacidad de un evaporador de mltiple efecto todava ms que en el caso de un soloefecto.

CONDENSADORES PARA EVAPORADORESLos vapores del ltimo efecto de los evaporadores de efecto mltiple salen al vaco,esto es, a presiones inferiores a la atmosfrica. Estos vapores deben condensarse ydescargarse como lquido a presin atmosfrica. Esto se logra al condensar losvapores usando agua de enfriamiento.

Condensadores de superficie. Se emplean cuando no se desea que se mezclen elcondensado y el agua de enfriamiento donde el vapor por condensar y el lquido deenfriamiento estn separados por una pared metlica. La corriente de vapor casisiempre contiene gases no condensables. stos pueden ser aire, CO2, N2 y otrosgases.

Condensadores de contacto directo.El agua de enfriamiento se pone en contactodirecto con el vapor para condensarlo, se mezclan directamente. Los gases nocondensables pueden eliminarse del condensador con una bomba de vaco mecnicao un eyector de chorro de vapor de agua.

EVAPORACIN DE MATERIALES BIOLGICOSLos materiales biolgicos suelen ser muy sensibles al calor y contienen partculas

muy finas suspendidas en solucin. Debido a los problemas de crecimientobacteriano, el equipo debe disearse de manera que pueda limpiarse con facilidad. Elgrado de degradacin de los materiales biolgicos durante la evaporacin esta enfuncin de la temperatura y del tiempo de procesamiento. Para mantener latemperatura baja, la evaporacin debe hacerse al vaco, lo que reduce el punto deebullicin de la disolucin. Para que el tiempo de contacto sea corto, el equipo debetener un tiempo bajo de contacto del material que se est evaporando.

Jugos de frutas.Los jugos de frutas son sensibles al calor y su viscosidad aumentaal concentrar la solucin. La materia slida en suspensin en los jugos de frutas


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tiende a adherirse a la superficie de calentamiento, causando sobrecalentamientosque conducen a carbonizaciones y deterioro del material.Para reducir la adhesin y disminuir el tiempo de residencia, se necesitanvelocidades de circulacin altas en la superficie de transferencia de calor. Como elmaterial es sensible al calor, se requiere una temperatura de operacin baja. Una

planta de jugos de frutas concentrados casi siempre usa un evaporador de efecto

simple en lugar de unidades mltiples. Tambin se emplea vaco para reducir latemperatura de evaporacin.

Soluciones de azcar. El azcar tiende a formar caramelo cuando se mantiene atemperaturas altas durante largos periodos. La tendencia general consiste en usarevaporadores de circulacin natural de tubos cortos.

Licores de desperdicio de la pulpa del papel. En la fabricacin de pulpa de papelcon el proceso de sulfato, los trozos de madera se cocinan y despus de lavar la

pulpa, queda un licor negro. Esta solucin que, contiene principalmente carbonatode sodio y compuestos orgnicos de azufre, se concentra en un sistema de seisefectos.

EVAPORACION MEDIANTE RECOMPRESIN DE VAPOR.Existe una diferencia de temperatura creada para que el vapor de un efecto secondense en el efecto siguiente y haga hervir el lquido para formar vapor.En el evaporador de re-compresin de vapor de un solo efecto el vapor se comprimehasta que aumenta su temperatura de condensacin o de saturacin. Este vaporcomprimido se devuelve al calentador de la caja de vapor y se condensa, de modoque el vapor se forma en el evaporador. De esta manera, el calor latente del vapor seutiliza y no se desperdicia. Los dos tipos de unidades de re-compresin de vapor sonla de tipo mecnico y la de tipo trmico.

Evaporador mecnico de re-compresin de vapor. Se utiliza un evaporadorconvencional de un solo efecto. La alimentacin fra se precalienta por intercambiocon el producto lquido caliente de la salida y luego fluye hacia la unidad. El vaporque se eleva no va hacia un condensador, sino que se enva a un compresorcentrfugo o de desplazamiento positivo impulsado por un motor elctrico o porvapor. Este vapor comprimido se enva de nuevo al intercambiador de calor o cajade vapor. El vapor comprimido se condensa a una mayor temperatura que el puntode ebullicin del lquido caliente en el efecto, y se establece una diferencia detemperatura. De nuevo se genera vapor y el ciclo se repite.

Algunas aplicaciones comunes de las unidades mecnicas de re-compresin devapor son la evaporacin del agua de mar para obtener agua destilada, laevaporacin de materiales sensibles al calor, como los jugos de frutas y lacristalizacin de sales que tienen curvas de solubilidad inversas, en las que lasolubilidad disminuye al aumentar la temperatura.

Los evaporadores de pelcula descendente son muy adecuados para los sistemas dere-compresin de vapor, dado que operan con valores bajos de diferencia detemperatura y tienen muy poco lquido del arrastre que pueda causar problemas en elcompresor.

Evaporador trmico de re-compresin de vapor. Un chorro de vapor tambin sepuede usar para comprimir el vapor en una unidad trmica de re-compresin devapor. Las desventajas principales son la baja eficiencia del chorro de vapor, quehace necesaria la eliminacin de este exceso de calor, y la poca flexibilidad a loscambios en lasvariables de proceso. Los chorros de vapor son ms econmicos y


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ms durables que loscompresores mecnicos y manejan con ms facilidad grandesvolmenes de vapor a baja presin.

Mapa Conceptual.

Evaporacin

Operacin unitaria deevaporacin se refiere a laeliminacin de agua (solvente)de una solucin acuosa

actores de

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Tipos de

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Evaporador es de

efecto simple o

una sola etapa.

Evaporador es de

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con alimentacin

hacia adelante.

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con alimentacin

en retroceso.

Evaporador es de

efecto mlti plecon alimentacin

en paralelo

Condensadoresde superficie.

Condensadoresde contactodirecto.

Jugos de frutas

Soluciones deazcar.

Licores dedesperdicio de lapulpa del papel.

Mecnico

Trmico

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