evaporaciÓn - ejercicios - pissani fupuy

Download EVAPORACIÓN - EJERCICIOS - PISSANI FUPUY

Post on 04-Jan-2016

3.280 views

Category:

Documents

226 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

  • JORGE EDUARDO PISSANI FUPUY INGENIERIA INDUSTRIAL VI CICLO AULA 616

    1

    SOLUCIN

    PROCESOS AGROINDUSTRIALES

    EVAPORACION GUIA DE PROBLEMAS

    1) Un evaporador de efecto simple est concentrando una alimentacin de

    9072 kg/hr de una solucin de NaOH al 10% en peso en agua para obtener

    un producto con 50% de slidos. La presin del vapor de agua saturado

    que se usa es de 42 kPa y la presin en el espacio del vapor del

    evaporador es de 20 kPa. El coeficiente de transferencia de calor es de

    1988 W/ K. Calclese el vapor de agua usado, la economa de vapor y el

    rea para las siguientes condiciones de alimentacin:

    a. Temperatura de alimentacin de 288.8 K

    b. Temperatura de alimentacin de 322.1 K

    SOLUCION

    a) Con 288.8FT K

    Interpolando entre 38.58 y 47.39 kPa

    42 76.94 2638.56 322.07s s s sckJ kJP kPa T C H h

    kg kg

    76.94 349.942638.56 322.07 2316.49

    C K

    kJkg

    F=9072 kg/hr

    Xf =0.1

    Tf = 288.8 K

    S (vapor de H2O)

    Ps = 42 kPa

    V (evaporador)

    Pv =20 kPa

    S (condensado)

    L (Liquido concentrado)

    XL = 0.5

  • JORGE EDUARDO PISSANI FUPUY INGENIERIA INDUSTRIAL VI CICLO AULA 616

    2

    Tomando los datos de 19.94 KPa

    20 2609.6v vkJP kPa H

    kg

    Realizamos el Balance de Materia:

    1814.4

    7

    * *

    9072*0.1 *0.5

    9072 1814.

    57.6

    4

    2

    F L

    F L V

    F

    kJLkg

    kJV

    X L X

    V

    g

    L

    k

    Asumiendo que 4.14*p

    kJCkg K

    4.14*(288.8 273) 65.41

    4.14*(373 273) 414

    F

    L

    kJhkg

    kJhkg

    Realizamos el Balance de Energa:

    * * * *

    9072*(65.41) *(2316.49) 1814.4*(414) 7257.6*(2609.6)

    8244.02

    F L V

    kgS vapor de agu

    F h S L h V H

    hr

    S

    a

    7257.6

    8244

    0.88 88

    .

    %

    02

    Vapor producidoEconoma

    Vapor requerido

    VEconoma

    S

    kghrEconoma

    kg

    Economa

    hr

  • JORGE EDUARDO PISSANI FUPUY INGENIERIA INDUSTRIAL VI CICLO AULA 616

    3

    Calculamos el rea:

    1

    211

    *

    8244.02*2316.49

    19097189.89

    * *( )

    1988* *(349.94 373)

    5304774.97

    1988*(37

    530477

    5.

    3 349.94

    2

    4.9

    7

    7

    )

    s

    Q S

    Q

    kJQhr

    Q U A T T

    A

    s

    A

    m

    A

    J

    Q

    b) Con 322.18FT K

    Asumiendo que 4.14*p

    kJCkg K

    4.14*(322.1 273) 203.27

    4.14*(373 273) 414

    F

    L

    kJhkg

    kJhkg

    Realizamos el Balance de Energa:

    * * * *

    9072*(203.27) *(2316.49) 1814.4*(414) 7257.6*(2609.6)

    7704.13

    F L V

    kgS vapor de agu

    F h S L h V H

    hr

    S

    a

    7257.6

    7704

    0.94 94

    .

    %

    13

    Vapor producidoEconoma

    Vapor requerido

    VEconoma

    S

    kghrEconoma

    kg

    Economa

    hr

  • JORGE EDUARDO PISSANI FUPUY INGENIERIA INDUSTRIAL VI CICLO AULA 616

    4

    Calculamos el rea:

    1

    2

    *

    7704.13*2316.49

    17846540.1

    * *( )

    1988* *(349.94 373)

    49573272.25

    1988*(37

    4957372.2

    3 349.94

    4

    5

    )

    108.1

    s

    J

    Q S

    Q

    kJQhr

    Q U

    s

    A T

    m

    T

    Q A

    A

    A

    2) Un evaporador est concentrando F kg/hr a 311 K de una solucin de

    NaOH al 20% en peso hasta 50% en peso. El vapor de agua saturado

    usado para el calentamiento est a 399.2 K. La presin en el espacio de

    vapor del evaporador es 13.3 kPa abs. El coeficiente total es 1420 W/m2K

    y el rea es 86.4 m2. Calclese la velocidad de alimentacin F del

    evaporador

    SOLUCION

    F=?

    Xf =0.2

    Tf = 311 K

    S (vapor de H2O)

    Ts = 399.2 K

    V (evaporador)

    Pv =13.3 kPa

    S (condensado)

    L (Liquido concentrado)

    XL = 0.5 U = 1420 J/sm2K

    A = 86.4 m2

  • JORGE EDUARDO PISSANI FUPUY INGENIERIA INDUSTRIAL VI CICLO AULA 616

    5

    Interpolando entre 125 y 130 C

    399.2 126.2sT K C

    126.2 2715.18 530.17s s sckJ kJT C H h

    kg kg

    126.2 399.22715.18 530.17 2185.01

    C K

    kJkg

    Interpolamos entre 12.349 y 15.758 kPa

    13.3VP kPa

    12.349 2592.1

    13.3

    15.758 2600.9

    12.349 13.3 2592.1

    12.349 15.578 2592.1 2600.9

    951 2592.1

    3409 8.8

    2.4549 2592.1

    2594.55V

    kJkPakg

    kPa XkJkPa

    kg

    X

    X

    X

    kJHkg

    Hallamos el valor de S

    1* *( )

    1420*86.4*(399.2 373)

    3214425.6 11571932.16

    *

    11571932.16 *218

    5296.05

    5.01

    sQ U A T

    kJ

    T

    Q

    J kJQs hr

    Q S

    S

    Shr

  • JORGE EDUARDO PISSANI FUPUY INGENIERIA INDUSTRIAL VI CICLO AULA 616

    6

    Realizamos el Balance de Materia:

    (0.4

    * *

    *0.1 *0.5

    0.4

    )

    (0.6)

    F L

    kJL Fkg

    kJ

    F L V

    F X L X

    F L

    F F V

    V Fkg

    Asumiendo que 4.14*p

    kJCkg K

    4.14*(311 273) 157.32

    4.14*(373 273) 414

    F

    L

    kJhkg

    kJhkg

    Realizamos el Balance de Energa:

    * * * *

    *(157.32) 11571932.16 0.4 *(414) 0.6 *(2594.55)

    157.32 11571932.16 165.6

    73

    1556.73

    11571932.16 1565.0

    94.16

    1

    F L VF h S L h V H

    F F F

    F F

    k

    F

    ghr

    F

    F

  • JORGE EDUARDO PISSANI FUPUY INGENIERIA INDUSTRIAL VI CICLO AULA 616

    7

    3) Se est usando un evaporador de efecto simple para concentrar una

    alimentacin de 10.000 lb/hr de una solucin de azcar de caa a 80 F

    que tiene 15 Brix hasta lograr 30 Brix para usarla en un producto

    alimenticio. Se dispone de vapor saturado a 240F para el calentamiento.

    El espacio del vapor en el evaporador est a 1 atm de presin. El valor

    total de U es 350 BTU/hr-pie2-F y la capacidad calorfica de la solucin de

    azcar puede estimarse de Cp(BTU/hr-pie2-F) = 1.0 0.56X. La elevacin

    del punto de ebullicin puede estimarse de la siguiente expresin:

    EPE(F) = 3.2X + 11.22X . Calcular el rea de evaporador requerida, el

    consumo de vapor de agua por hora y la economa de vapor.

    SOLUCION

    Realizamos el Balance de Materia:

    * *

    10000*0.1 *0

    5000

    .5

    10000 500

    50 0

    0

    0

    F L

    l

    F L V

    F X L X

    L

    bLhr

    lhr

    V

    bV

    F=10.000 lb/hr

    Xf =0.15

    Tf = 80 F

    S (vapor de H2O)

    Ts = 240 F

    V (evaporador)

    Pv =101.325 kPa

    S (condensado)

    L (Liquido concentrado)

    XL = 0.30 U = 350 BTU/hr-pie2 - F

    Sabiendo que el azcar es:

  • JORGE EDUARDO PISSANI FUPUY INGENIERIA INDUSTRIAL VI CICLO AULA 616

    8

    2* *( ) *

    *1000

    ( )*1000

    g A Ao

    B

    sto

    ste

    sto

    R W T mEPE T

    Lv

    mm

    mPM

    Calculamos el valor de m

    30 701000

    30007

    grSTO grSTEX grSTE

    X

    30007 1.25

    342m

    Calculamos el valor de EPE

    2

    4

    8.314*342*(373) *1.25

    4.0626 10 *1000

    494497161.3

    406

    12.

    26000

    17 53.906

    B

    EPE C

    EPE Tx

    EP

    F

    E

    Reemplazamos el valor de EPE en la ecuacin:

    2

    2

    53.906 3.2 11.20 3.2 11.2 53.906

    X XX X

    Resolviendo obtendremos 2 resultados:

    1

    2

    2.0562.341

    XX

    1 0.56*( 2.341)

    2.311*

    P

    PBTUC

    l

    C

    b F

    Si usamos el X positivo el valor de Cp ser negativo. As que

    usaremos el valor de X negativo.

  • JORGE EDUARDO PISSANI FUPUY INGENIERIA INDUSTRIAL VI CICLO AULA 616

    9

    Interpolando entre 115 y 120 C

    240 115.56sT F C

    115.56 2699.78 484.86s s sckJ kJT C H h

    kg kg

    2699.78 1163.13

    484.86 208.89

    s

    sc

    kJ BTUHkg lb

    kJ BTUhkg lb

    240115.561163.13 208.89 954.24FC

    BTUlb

    Tomando los datos de 101.325 KPa

    20 100 2676.1v V vkJP kPa T C H

    kg

    2676.1 1152.93vkJ BTUH

    kg lb

    Sabiendo que 2.311*p

    BTUClb F

    2.311*(80 32) 110.93

    2.311*(212 32) 415.98

    F

    L

    BTUhlb

    BTUhlb

    Realizamos el Balance de Energa:

    * * * *

    10000*(110.93) *(954.24) 5000*(415.98) 5000*(1152.93)

    7058.23

    F L V

    kgS vapor de agu

    F h S L h V H

    hr

    S

    a

    1

    2 2

    *

    6735245.40

    * *( )

    350* *(240 212)

    6735245

    350*(2

    687.27 67

    40 212

    .35

    )

    s

    Q S

    BTUQhr

    Q U A T T

    Q A

    A ie m

    A

    p

    0.71 71%

    5000

    7058.23

    Vapor producidoEconoma

    Vapor requerido

    VEconoma

    S

    lbhrEconomalbh

    Economa

    r

  • JORGE EDUARDO PISSANI FUPUY INGENIERIA INDUSTRIAL VI CICLO AULA 616

    10

    4) Se est usando un evaporador con un rea de 83.6 m2 y U = 2270 W/m2K

    para obtener agua destilada que se alimenta en una caldera. Al

    evaporador se introduce agua potable que tiene 400 ppm de slidos

    disueltos a 15.6 C y la unidad opera a 1 atm de presin. Se dispone de

    vapor de agua saturado a 115.6 C. Calclese la cantidad de agua

    destilada que se produce por hora cuando el lquido de salida contiene

    800 ppm de slidos.

    SOLUCION

    Sabiendo que:

    10000