reporte evaporador de pelicula ascendente

7/26/2019 Reporte Evaporador de Pelicula Ascendente

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UNIVERSIDAD IBEROAMERICANA

Laboratorio de Operaciones Unitarias

13 de Abril del 2016

Prctica 5

Evaporador de Pelcula Ascedete

E!uipo "

Jorge Alberto BentezSantiago Marvan

Brenda Miraontes

!aleria Orozco


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Prctica 5

Evaporador de Pelicula Ascedete

#$ Marco %e&rico

La evaporacin tiene como objetivo concentrar una solucin compuesta de lamezcla de un solvente voltil y de un soluto menos voltil. La evaporacin enpelcula ascendente es un proceso continuo durante el cual se calienta lasolucin en un evaporador vertical mono tubular para vaporizar el solvente. Enel cicln de cabeza, las nubes formadas por la vaporizacin de la solucin ycompuestas de vapor y de la solucin concentrada se separan en dos fases: lafase lquida evacuada por gravedad y despus almacenada, el vapor secondensa y se recupera en un recipiente de recoleccin.

Evaporador de pelcula ascendente

Las partes esenciales del evaporador de pelcula ascendente o !"ujoascendente# son !$# un cambiador de calor tubular con vapor de agua en ellado de la carcasa, y el lquido que se desea concentrar en el interior de lostubos, !%# un separador o espacio de vapor para separar el lquido arrastradopor el vapor, y ! cuando opera como una unidad de circulacin, unarecirculacin para el lquido desde el separador 'asta el fondo del cambiador.

En general estn compuestos de tubosde & a $% mm de dimetro. El alimentolquido que se va a concentrar ingresa

por la parte inferior de los tubosprecalentados cerca a la temperaturade ebullicin, comenzando a 'ervir alrecorrer ascendentemente una cortadistancia.

El lquido es arrastrado 'acia la partesuperior debido a que la e(pansin delvapor 'ace que las burbujas formadasasciendan a alta velocidad por lostubos y la arrastren) a medida queesto sucede el lquido se va

concentrando formando una *napelcula sobre la pared de los tubos. Lamezcla vapor+lquido que asciende

entra a un separador, el cual elimina el vapor, de tal manera que el lquidoconcentrado se puede e(traer directamente. uando se busca una altaconcentracin el lquido puede pasar a un segundo evaporador o serrecirculado en el mismo.


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El tiempo de residencia en un evaporador de este tipo es relativamente corto yel coe*ciente de transferencia de calor es generalmente alto, por ser aparatosbastante utilizados para concentrar productos sensibles al calor.

Es en los evaporadores verticales de tubos largos en donde se alcanza unamayor evaporacin que en los dems, pues estn dise-ados para trabajar en

forma continua y se adaptan muy bien a la operacin en mltiple efecto)aunque por lo general, se operan en un solo paso, llevando a cabo laconcentracin del lquido en el tiempo que tardan el lquido y el vapordesprendido en pasar a travs del tubo.

'$ Datos E(peri)etales

VariablePresin Atmosfrica Presin Vaco

Valor Unidad Valor Unidad

/iempo de 0peracin 1%2 seg 1%2 seg

3$ 4apor 3recalentador5.67$7$7$7

% psi 2 psi

3% 4apor Evaporado $.&81 bar $.9$ bar

3& 4aco + 622 mm;g

/$ uperiorEvaporador 86 = 56 =

tq$'2$ %9 cm $8.6 cm

'f$ %2.$ cm $& cm

tq%'2% $7.8 cm %6.9 cm

'f% %% cm %9.6 cm

tq&'2& $7.6 cm &%.6 cm

'f& %7.% cm 92.% cm

tq6'26 2 cm

'f6 %6%9 mL %5.6 cm

tq9'29 2 cm &.6 cm

'f9 8.8 cm 8.1 cm

Medidas con Densitmetro

Variable Presin Atmosfrica Presin Vaco

?$ tq$ $.26% g@cm& $.26% g@cm&

/$ %$ = %$ =

?6 tq6 $.257 g@cm& $.279 g@cm&

/6 %1.& = %& =


4/29

?9 tq9 2.881 g@cm& 2.887 g@cm&

/9 %%.& = %9 =


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E*e)plo de Clculo

"l sig#iente e$eplo de c%lc#lo se desarroll& para la corrida 1' la c#al se realiz& a ( at)

*l#$o vol#+trico de cada tan,#e

*&r#la general- Qi= ( h ) D i

2

4 t[ ]

cm3

s

.an,#e 1- Q1= (25 cm20.1cm ) (25.5 cm)2

4 (720 s)=3.34

cm3

s

.an,#e 2- Q2=(22 cm18.9 cm ) (9 cm )2

4 (720 s )=0.27

cm3

s

.an,#e 3- Q3= (28.2 cm18.4 cm ) (11.5)2

4 (720 s)

=1.41cm

3

s

.an,#e /- Q4= (2090 cm3 ) 1

(720s )=3.37

cm3

s

.an,#e - Q5=( 390 cm3 ) 1

(720 s)=0.677

cm3

s

*l#$o %sico de cada tan,#e

*&r#la general- mi=

Qi i [ ]g

s

.an,#e 1- m1=F=3.34cm

3

s 1.042

g

cm3=3.48

g

s

.an,#e 2- m2=W 'v=0.27cm

3

s 0.998

g

cm3=0.27

g

s

.an,#e 3- m3=Wv=1.41cm

3

s 0.998

g

cm3=1.41

g

s

.an,#e /- m4=L=3.37cm

3

s 1.068 g

cm3=3.60g

s

.an,#e - m5=G=0.677cm

3

s 0.997

g

cm3=0.66

g

s

Balance de asa general


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eneral-m1=m4+m5 & F=L+G

espe$ando-

L+GF=0

3.60g

s+0.66

g

s3.48

g

s=0.78

g

s

el balance se obtiene #n valor cercano a cero' sin ebargo se observa #n porcenta$e de error)

%lc#lo te&rico de 4l#$o %sico de la sol#ci&n concentrada a la salida del evaporador 5 L'

L'=FG=3.48

g

s0.66

g

s=2.82

g

s

%lc#lo de la *racci&n Masa

x*70)16

xL7 0)2010

x7 0

%lc#lo te&rico de 4racci&n asa de la sol#ci&n concentrada a la salida del evaporador 5xL8

Se tiene ,#e el balance de asa por coponente' en este caso glicerina' es-

xL L'=xFFxG G

espe$ando 9L8-

xL

'=xFFxG G

L'

xL

'=

0.15563.48g

s00.66

g

s

2.82gs

=0.1924

Balance de energa en el (re:calentador

(ara la obtenci&n de la teperat#ra de sat#raci&n ; el valor del calor latente de evaporaci&n' se calc#l& el

valor de la presi&n absol#ta)


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|precalentador|=P atm+P manomtricade vaporP

|precalentador|=75.33 Pa+44.69 Pa=120.02 PaP

ebido a ,#e es #na presi&n de sat#raci&n' los sig#ientes datos se obt#vieron de tablas de vapor)

!satprecalentador=105 "# $ %precalentador=2243.87&

g

e las tablas se obtener los valores de ( con < 7 0)16 ; 60=

#pmecla=3.82 &

g(

(ara la obtenci&n de >8*' >8(; >8!se tiene ,#e-

Q'

F=F#pmecla!precalentador[ ]&

s

Q'

F=(3.48gs)(3.82 &g() (328.15(295.15()=450.07&s

Q')=W 'v %precalentador

Q'

)=(0.27gs )(2243.62 &g )=613.32&s?a ,#e-

Q')=Q

'F+Q

'P *Q

'P=Q

')Q

'F

Q'

P=613.32&

s450.07

&

s=163.24

&

s

Balance de energa en el "vaporador

alc#l& el valor de la presi&n absol#ta de la isa anera ,#e para el pre:calentador


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|evaporador|=Psatevaporador=139.7 Pa+75.33 Pa=215.03 Pa

P

e tablas de vapor-

!satevaporador=122.667 "# $ %evaporador=2201.04&

g

(ara las condiciones de salida del evaporador' se #s& coo re4erencia la teperat#ra de salida de este 5@/=)

on esta teperat#ra de sat#raci&n ; tablas de vapor se obt#vo-

Psatsalidaevaporador=81.72Pa$% salidaevaporador=2272.18&

g

on .7 @/= ; la 4racci&n asa de entrada de glicerina 7 0)16 en las tablas de vapor-

#pmecla=3.84 &

g(

(ara la obtenci&n de >*' >(; >!se tiene ,#e-

QF=F#pmecla !evaporador+G%salidaevaporador[ ]&

s

QF=

(3.48

g

s

)(3.84

&

g(

)(367.15(328.81()+

(0.66

g

s

)(2272.18

&

g

)=2021.2

&

s

Q)=Wv %evaporador

Q)=(1.41gs)(2201.04 &g )=3105.54&s?a ,#e-

Q)=QF+QP *QP=Q)QF

QP=3105.54&

s2021.2

&

s=1084.31

&

s

%lc#lo del coe4iciente de trans4erencia de calor debido a la convecci&n de eb#llici&n


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"stos c%lc#los se acen sobre el 4l#$o de glicerina ,#e va por dentro del evaporador)

%lc#lo de 2con la ec#aci&n de *orster:#ber-

.eperat#ra de pared-

!+=!salidaevaporador+!sat

2 =

94+122.667

2 =108.32

La presi&n de pared ; de salida se obtienen #tilizando la ec#aci&n de Antoine para la ezcla de glicerina ;

ag#a)

PW=348.903 mm,g P -=194.75 mm,g

La ond#ctividad t+rica del l,#ido 5C' calor espec4ico 5p' densidad de la 4ase l,#ida 5Al' densidad de

la 4ase vapor5Av' viscosidad del l,#ido 5Bl' tensi&n s#per4icial 5C#; calor latente de vaporizaci&n5D#,se

obt#vieron por interpolaciones de tablas 5a s#s respectivas condiciones

alc#lo de 2 con la ec#aci&n de *orster:#ber)

h2=0.0012[ l0.79

#p0.45

l0.49

.0.5

/l0.29 (%v )

0.24 ](!+!s )0.24(P+Ps)0.75

h2=

0.0012

[ 0.46

0.793844.590.451000.80.49

0.0590.50.00040.29(1210000.447 )0.24 ] (

108.32

94

)

0.24

(348.903

194.75

)

0.75

=7

Dcon todas las #nidades del SE

%lc#lo de B-

0=G

F=

0.66g

s

3.48g

s

=0.19

1

x tt=[ 010]

0.9

(L))0.5

(/L/+)0.1

S#stit#;endo-


10/29

1

x tt=[ 0.1910.19 ]

0.9

( 1000.80.447)0.5

(1 )0.1=12.894

D#nidades del SE

ado ,#e

1

x ttF 0)1' la ec#aci&n para 4ces-

Fc =2.35 (0.213+ 1xtt )0.736

Fc= 2.35 (0.213+ 12.89 )0.736=15.61

alculo de e%f:

Re2 f = Re l Fc

D intercam1iador=7.69 g

s m2

G=4F

(1

0 )

GDintercam1iador/l

l=

l=

(10.19 )7.69 g

s m20.024 m

0.00042s

m2

=371.52

Re2 f = (371.52)* (15. 61=5801.64

Sc=1

(1+ 2.53 e-6 Re2 f1.17 )


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Sc=1

(1+ 2.53 e -6 (5801.64)31.17 )

=0.9398

"l coe4iciente de eb#llici&n en el nGcleo es ig#al a-

h4=-ch2=0.93987546.32 W

m2

(=7092.11

W

m2

(

%lc#lo de 1con la ec#aci&n de Sieder ; .ate)

G

Dintercam1iador

/l

h1

#pG=0.027(#p/ll )

1

3

espe$ando 1-

G

D intercam1iador

/l

h1=0.027(#p/ll )1

3

h1=0.027( 3844.590.00040.46 )1

3 ( 7.690.0240.0004 )0.8

(1 )0.143844.597.69=161250.549

W

m2

(

hc=Fc h1

hc=15.61161250.549 W

m2

(=2518030.65

W

m2

(


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on B; se p#ede obtener el coe4iciente de trans4erencia de calor debido a la convecci&n de eb#llici&n de

la sig#iente anera-

hi=h4+h#=7092.11579 W

m

2

(

+2518030.65 W

m

2

(

=2525122.76 W

m

2

(

%lc#lo del oe4iciente de trans4erencia de calor para condensaci&n vertical

h0=0.943( )

3)

2g %

/)(!sat!+ ))

0.25

(or e9trapolaciones se obt#vo-

)=0.673

W

m(

)=941.52g

m3

/)=0.0002 g

ms

(or lo tanto 0-

h0=0.943

((0.673

W

m(

)

3

(941.52

g

m3

)

2

(9.81

m

s2

)(2201037.29

&

g

)(0.0002 gms ) (395.79(381.47() )0.25

=6234.1515 Wm

2 (

%lc#lo de LM.

L5!D= !caliente !6r7o

ln

(

!caliente

!6r7o

) !caliente=!satprecalentador!2entradaevaporador=378.15(328.96(=49.19(

!6r7o=!satprecalentador!3salidaevaporador=378.15(367.15(=11(


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L5!D=49.19(11(

ln( 49.19(11( ) =26.077(

%lc#lo del coe4iciente global de trasisi&n de calor

Clculo del coeficiente global de trasmisin de calor experimental:

QF=8 9 0 L5!D

Despe:ando 8:8= QF

90 L5!D

90= Dexteriort;1ointerno

Levaporador=0.03 m3.06 m=0.287 m2

Utilizando los datos e9perientales-

8exp= QF

90 L5!D

8exp= 2021.23 W0.287 m

226.077(=269.655 W

m2

(

Clculo del coeficiente global de trasmisin de calor terico

1

8=

1

h i+

1

h0+

xvidrio

vidrio

1

8te


14/29

%lc#lo de porcenta$e de error

error=|valor te


15/29

"$ Resultados

4. Clculo Dimetros 5. 6) H)I) @) 10)11) 12)

$&./anque

$6.F;!cm#

$9.4olumen!cm&

#

$5.Giametro

!cm# $1. 1I) 1@)20) 21) 22)23) 2/)

%9.tq6 %5.%1.6 %1.%6%9 %7.$2.5% %8. 30) 31)32) 33) 3/)3) 36)

&1.tq9 &7.8.8 &8.672 62.1.75 6$. /2) /3)//) /) /6)/H) /I)

/@) 0) 1) 2) 3) /) )6) H) I)@) 60)

6. Calculo !" #arat$4 %Corrida & 6'. 63) 6/) 6)66) 6H) 6I)6@) H0)

1$./anque

1%.4olumen!cm&

#1&.F;

!cm# 16. H) H6) HH)HI) H@) I0)I1) I2)

7&.tq6 76.%6%9 79.%1.6 75. IH) II) I@)@0) @1) @2)@3) @/)

@) @6) @H) @I) @@) 100) 101)102) 103) 10/)10) 106)

10H)Balanc

e de

asa 10I) 10@) 110) 111) 112) 113)11/) 11) 116)11H) 11I)

(. Clculo de )lu*os %Corrida & '+.

'. ,alance deMasa -lobal%Corrida & ''.

'. ,alance de Masa#or com#onente

%Corrida &

$%6. /anque

$%9. Hlujo

$%5. Giamet

ro!cm#

$%1. Hlujo 4ol.!cm&@>

#

$%7. Gensidad A!g@cm

$%8. Hlujo

Isico!g@s# $&2.

. )lu*o

'. Valor

%/0s& .

4. )raccin

/licerina

5. Valor%adm&

$&5. tq$ $&1. H

$&7. %9.2

$&8. &.&6

$62. $.26%

$6$. &.67 $6%.$6&. H

$66. &.67 $69.$65. (H $61. 2.$995

$67. tq% $68.

$92. 8.2

$9$. 2.%1

$9%. 2.887

$9&. 2.%1 $96.$99. L

$95. &.52 $91.$97. (L $98. 2.%2$2

$52. tq& $5$.

$5%. $$.9

$5&. $.6$

$56. 2.887

$59. $.6$ $55.$51. J

$57. 2.55 $58.$12. (J $1$. 2.2222


16/29

$1%. tq6 $1&. L

$16. $2.5

$19. &.&1

$15. $.257

$11. &.52 $17.

$18. LK H+

J$72. %.7

% $7$.

$7%. (LK

!HM(H+JM(J#@L

K $7&. 2.$8%6

$76. tq9 $79. J

$75. 1.8

$71. 2.51

$77. 2.881

$78. 2.55 $82.

$8$. Nalanc

e$8%. 2.2

2 $8&.$86. Nala

nce $89. 2.2222

$85. 1@H) 1@I) 1@@) 200) 201) 202)203) 20/) 20)206)

20H)20I)

20@)

210)

211)

212)

213)

21/) 21) 216) 21H) 21I) 21@)220) 221) 222)223) 22/)

''5. Clculo de )lu*os %Corrida '& ''6.

''1. ,alance deMasa -lobal%Corrida '& ''2.

''(. ,alance de Masa#or com#onente

%Corrida '&

%&2. /anque

%&$. Hlujo

%&%. Giamet

ro!cm#

%&&. Hlujo 4ol.!cm&@>

#

%&6. Gensidad A!g@cm

%&9. Hlujo

Isico!g@s# %&5.

'1. )lu*o

'2. Valor

%/0s& '(.

'4+. )raccin

/licerina

'4. Valor%adm&

%6%. tq$ %6&. H

%66. %9.2

%69. 6.&5

%65. $.26%

%61. 6.961 %67.%68. H

%92. 6.99 %9$.%9%. (H %9&. 2.$995

%96. tq% %99.

%95. 8.2

%91. 2.27

%97. 2.887

%98. 2.218 %52.%5$. L

%5%. &.9% %5&.%56. (L %59. 2.%6$9

%55. tq& %51.

%57. $$.9

%58. %.91

%12. 2.887

%1$. %.95& %1%.%1&. J

%16. 2.6% %19.%15. (J %11. 2.2222

%17. tq6 %18. L

%72. $2.5

%7$. &.%9

%7%. $.279

%7&. &.9%$ %76.

%79. LK H+

J%75. 6.$

% %71.

%77. (LK

!HM(H+JM(J#@L

K %78. 2.$1$5%82. tq %8$. J %8%. 1. %8&. 2.6 %86. 2.88 %89. 2.6 %85.%81. N %87. 2.2 %88.&22. Nala &2$. 2.2222


17/29

9 8 % 7 %&alanc

e 2 nce

"+'$

+. ,alance de ener/a+4. ,alance 3ner/iaPrecalentador %Corrida & +5. 306)

+1. ,alance 3ner/iaPrecalentador %Corrida '&

+2. Variable +(. Valor

+. U

nidad . 312) . Variable 4. Valor

5. U

nidad

&$5. H &$1. &.67&$7. g@

s &$8. 320) &%$. H &%%. 6.99&%&. g@

s

&%6. L &%9. %.7%&%5. g@

s &%1. 32I) &%8. L &&2. 6.$%&&$. g@

s

&&%. J &&&. 2.55&&6. g@

s &&9. 336) &&1. J &&7. 2.6%&&8. g@

s

&62. OKv &6$. 2.%1

&6%. g@s &6&. 3//) &69. OKv &65. 2.27

&61. g@s

&67. DKv &68. %%6&.5%&92. P@

g &9$. 32) &9&. DKv &96. %%15.%5&99. P@

g

&95. /2 &91. %%&97. =

&98. 360) &5$. /2 &5%. %% &5&. =

&56. /K&59. 99.7$7$

7$7%&55. =

&51. 36I) &58. /K&12. &7.&5&5&

5&5 &1$. =

&1%. pK &1&. &.7%&16. P@

!g Q# &19. 3H6) &11. pK &17. &.76&18. P@

!g Q#

&72. RKH &7$. 692.21&7%. P@

s &7&. 3I/) &79. RKH &75. %79.76 &71. P@s

&77. RKv &78. 5$&.&%&82. P@

s &8$. 3@2) &8&. RKv &86. $72.59 &89. P@s

&85. RK3 &81. $5&.%6&87. P@

s &88. /00) 62$. RK3 62%. +$29.$8 62&. P@s

626. /0) /06) /0H) /0I) /0@) /10) /11)


18/29

6$%.6$&.6$6.6$9. /16) /1H) /1I) /1@) /20) /21) /22)

4'. ,alance 3ner/ia3a#orador %Corrida & 4'4. /2)

4'6. ,alance 3ner/ia3a#orador %Corrida '&

4'1. Va

riable 4'2. Valor

4'(. Unida

d 4+. /31)

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QEU, Gonald R. 3rocesos de /ransferencia de alor. ompa-a Editorialontinental, >.

reporte evaporador de pelicula ascendente

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