Balance de materia en un evaporador

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BALANCE DE MATERIA EN UN EVAPORADOR

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OBJETIVO GENERAL:

• Aprender al manejo correcto de la unidad de evaporación, trabajando tanto a presión atmosférica como con vacío. Realizar la practica con una solución de azúcar de concentración desconocida la cual se calcula con un balance de energía en el evaporador.

INTRODUCCIÓN:

La concentración de soluciones mediante la evaporación de parte del solvente es un problema común en las industrias químicas y de alimentos cuando el material que se maneja es susceptible a descomponerse con la temperatura el problema, el problema se complica por la necesidad de evitar su expansión a altas temperaturas o aun largo tiempo en contacto con sus superficies de intercambio térmico.

El uso de un evaporador de película ascendente es, comúnmente la mejor solución cuando son necesarias altas velocidades en la transferencia de calor sin el uso de altas temperaturas o de grandes tiempos de contacto.

El evaporador del que se dispone en el laboratorio puede ser usado como unidad pequeña de producción como planta piloto o para propósito de instrucción. Este hecho de boro silicato material inerte para casi todas las sustancias químicas el diseño que se usa actualmente con éxito para manejar antibióticos, jugos de frutas, leche y una amplia gama de materiales orgánicos tanto naturales como sintéticos.

El evaporador es muy versátil puede operar bajo vacío o a la presión atmosférica, evaporando en un solo paso o con recirculación del concentrado.

Veamos un diagrama simplificado del equipo en la fig. 1.

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El tubo que provee la superficie para intercambio térmico tiene una longitud de 10 pies y una pulgada de diámetro interno la solución se alimenta de modo que el nivel del líquido, se encuentre inicialmente cerca de 12 pulgadas sobre el extremo inferior de la chaqueta de vapor.

Cuando entra vapor a la chaqueta, el líquido se calienta y empieza hervir. Motivando que las burbujas de vapor formadas suban rápidamente por el tubo y que el líquido arrastrado por el vapor se mueva con alta velocidad, primero formando parte en la película de las burbujas y al a encender en el tubo. Como un tubo de líquido hirviente con un núcleo de vapor a alta velocidad primero formando, parte en la película de las burbujas y al ascender en el tubo como un tubo de líquido hirviente con un núcleo de vapor a alta velocidad.

Para lograr el efecto deseado es importante la relación entre la longitud del tubo y su diámetro interno que sea de estar entre 1001 y 160: 1 la alta velocidad de la película liquida que asciende favorece la transferencia de vapor

El líquido arrastrado es separado de vapor en un separador centrífugo en la parte superior del evaporador. El concentrado se almacena o recircula y el vapor formado pasa al condensador.

Los evaporadores de película ascendente operan comúnmente bajo vacío reduciéndose así la temperatura necesaria para evaporar el solvente y mejorando su diferencia con la temperatura de vapor para calentamiento.

DESARROLLO DE LA PRÁCTICA.

INSTRUCCIONES DE OPERACIÓN

Cheque que las conexiones a las corrientes de servicio están bien hechas y que exista agua y vapor en las líneas correspondientes.

Cheque el vacío de la planta cerrando las válvulas de salida y retiro de condensable y evacue hasta una lectura en él, manómetro de 26 a 28 pulgadas de mercurio. Cuando las válvulas a la línea de vacío están cerrada la lectura del barómetro no se debe alterar en un lapso de 3 min.

EVAPORADOR TRABAJANDO A VACÍO.

ARRANQUE:

1. Cierre todas las válvulas de drenado y de la recirculación
2. Abra la válvula de interconexión entre los correctores de condensado
3. Active la bomba de vacío y abra las válvulas de vacío en los depósitos
4. Ponga en funcionamiento la corriente de agua fría al condensador y lentamente abra las válvulas controladoras de vapor para calentamiento a la chaqueta hasta que se obtenga la presión deseada cuidando que el condensado salga por la trampa de vapor.
5. Abra la válvula de venteo en la parte alta de la calandria para dejar salir los incompensables luego ciérrala casi totalmente dejando salir tan solo un poquito.
6. Abra parcialmente la válvula para entrada de alimentación de tal manera que esta pueda entrar en la unidad hasta que este esté en igualdad de nivel por la conexión de entrada de vapor ahí. El líquido empezar a hervir y las burbujas subirán por el tubo.
7. Regule la velocidad de alimentación de modo que una buena corriente del líquido y vapor llegue al ciclón si la velocidad de alimentación es muy baja el tubo de la calandria puede estar seco en la parte más alta lo que puede causar un sobrecalentamiento del líquido. El concentrado se recolecta en un recipiente calibrado y el condensado del cambiador de calor en un reactor gemelo interior.

Para opera la unidad como si fuera un evaporador con recirculación se cierra la válvula de la alimentación y se abre la recirculación.

EVAPORADOR TRABAJANDO A PRESIÓN ATMOSFÉRICA.

El principio de operación es el mismo con el agregado de que el depósito de la solución a trata deberá colocarse para circular por gravedad ala calandria los depósitos están abiertos a la atmosfera durante el proceso, condensado y concentrado se pueden retira continuamente si se requiere.

Comparando la capacidad del equipo esta será mucho más baja al opera la presión atmosférica que bajo vacío. Esto se debe a la menor diferencia de temperatura para la transferencia de calor entre el vapor en la chaqueta y el líquido.

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CÁLCULOS Y RESULTADOS

CALCULO DEL COEFICIENTE GLOBAL DE TRANSFERENCIA DE CALOR.

Para lograr la evaporación es necesario un medio caliente que es generalmente vapor de agua el cual proporciona todo el calor para que la solución se evapore la ecuación (1). Indica el balance de energía para evaporador en dónde. si no existe perdida de calor, el calor cedido por el vapor en la chaqueta q1 es igual al calor que toma la solución concentrada y el vapor formado, q2.

    ec (1)[pic 5]

   ec (2)[pic 6]

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