PROBLEMAS EVAPORADORES PROPUESTOS

EJERCICIOS PROPUESTOS

Problema N° 01

Calcular la masa de concentrado al 50% de sólidos que se obtendrá en un evaporador por cargas cuando se tratan 500 Kg de diluido con un 10% de sólidos.

                        Diluido         Concentrado [pic 1][pic 2][pic 3]

                        500 Kg.                50%[pic 4]

                Agua         

Solución:   En este caso el balance se montará sobre uno de los dos componentes:   sólidos o Agua. Como el enunciado pide el cálculo del concentrado producido, la solución más Sencilla se alcanzará con un balance de sólidos. Por lo tanto, en primer lugar se convertirán las concentraciones de diluido y Concentrado a fracción másica de sólidos y se establecerá el balance correspondiente:

[pic 5]

Problema N° 02

Un evaporador continuo de efecto simple concentra 10000 Kg. Kg/hr. de una solución de sal al 10% en peso que entra a 40°C, hasta una concentración final de 8% en peso. El espacio del evaporador está a 102 KPa absoluta y el vapor de agua que se introduce está saturado a 140 KPa. El coeficiente total U es de 1700 W/m2K. Calcúlense las cantidades de vapor y de líquido como productos, así como el área de transferencia de calor que se requiere. Nota: Calcular EPE basándose en el método de termodinámico.

Las capacidades caloríficas del NaCI (cristales) están dadas por la siguiente ecuación:

Cp (cal / mol -° C)  = 10.79 + 0,000420T  ; donde T esta e grados Kelvin y es aplicable para el rango 273 < T < 1074 K.[pic 6][pic 7][pic 8][pic 9][pic 10][pic 11][pic 12][pic 13][pic 14]

FIGURA 1. Evaporador continuo de efecto simple

Información entregada:

• Flujo másico de alimentación: F = 10.000(Kg / hr)
• Concentración del líquido diluido: XF = 0.01
• Concentración del líquido concentrador: Xp = 0.08
• Presión en el espacio interior del evaporador: 102KPa
• Presión del vapor que se introduce en el equipo: 140KPa
• Temperatura de ingreso del líquido diluido o de alimentación: TF = 40°C
• Coeficente de transferencia de calor: U = 1700(W/m2K)
• Ecuación para el cálculo de las Capacidades caloríficas (Cp) de las soluciones:
• Cp = 10,79 + 0,000420*T

Problema N° 03

Calcular la masa de concentrado que se obtendrá en un evaporador por cargas cuando a 500 Kg. de diluido se le retiran 400 Kg. de agua.

                        Diluido         Concentrado [pic 15][pic 16][pic 17]

                        500 Kg.                [pic 18]

                                                Agua

                                                400 Kg.

Problema N° 04

Se está usando un evaporador de efecto simple para concentrar una alimentación de 4535 kg/hr de una solución de azúcar de caña a 26,7°C que tiene 15° Brix (°Brix en un equivale a porcentaje de azúcar en peso) hasta lograr 30°Brix para usarla en un producto alimenticio. Se dispone de vapor saturado a 115,6°C para el calentamiento. El espacio del vapor en el evaporador está a 1 atmósfera absoluta de presión. El valor total de U 1987,3 (W/m2K) y la capacidad calorífica de la solución de azúcar puede estimarse de: Cp (BTU/lb°F) = 1,0 – 0,56x. La elevación del punto de ebullición puede estimarse de la siguiente expresión: EPE = 3,2x + 11,2x2 . Calcular el área de evaporador requerida, el consumo de vapor de agua por hora y la economía de vapor.

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Información entregada:

• Flujo másico de alimentación: F = 4535(Kg / hr)
• Concentración del líquido diluido: XF = 0,15
• Concentración del líquido concentrador: Xp = 0,30
• Presión en el espacio interior del evaporador: 101,35KPa
• Temperatura del vapor que se introduce en el equipo: Ts = 115,6°C 
• Temperatura de ingreso del líquido diluido: TF = 26,7°C
• Las capacidades caloríficas (Cp): Cp = 1,0 – 0,56x  (BTU/lb°F)
• Calculo del valor de EPE: 3,2x + 11,2 x2
• Coeficiente de transferencia de calor: U = 1987,28 (W/m2K)

Problema 05:        

Mediante una evaporación se quiere utilizar agua de mar para obtener 1000 Kg / h de agua para uso industrial que tenga 0.8% en peso de sólidos y que descargue una corriente residual de 30% en peso de sólido. ¿Cuál debe ser la velocidad de alimentación del evaporador, sabiendo que tiene 4?5 % en peso de solidos?

Base: 1 hora

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