evaporación f

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  • 1. UNIVERSIDAD ANDINA NESTOR CACERESVELASQUEZ EVAPORACIN Ing. Romualdo Vilca Curo

2. CONCEPTO Operacin en la cual se elimina el vaporformado por ebullicin de una solucinlquida de la cual se obtiene una solucinms concentrada. En la gran mayora de los casos, laoperacin unitaria de evaporacin se refierea la eliminacin de agua de una solucinacuosa. 3. IMPORTANCIA La evaporacin es una importanteoperacin unitaria comnmente empleadapara remover el agua de productos lquidosdiluidos para obtener productos lquidosconcentrados. La remocin de agua de los alimentosprovee estabilidad microbiolgica y reducelos costos de almacenamiento y transporte. 4. Ejemplos de Evaporacin(Industria Agroalimentaria) Concentracin de soluciones acuosas de azcar. Concentracin de leche y jugo de naranja. Concentracin de jugo de tomate de 5-6 % deslidos totales a 35-37 %. Concentracin de monogliceridos. Obtencin de vitamina E Evaporacin de metil esteres (biodiesel) Obtencin de lecitina. Evaporacin de glicerina. 5. Ejemplos de Evaporacin(Industria Farmacutica). Eliminacin de color Evaporacin de disolventes en productosque puedan sufrir degradacin trmica. Evaporacin de disolventes de principioactivo. 6. Ejemplos de Evaporacin(Sector Qumico). Concentracin de soluciones de hidrxido desodio Concentracin de soluciones de glicerina ygomas Evaporacin de aguas residuales con altocontenido en slidos. Evaporacin de steres. Separacin de disolventes en esencias. Recuperacin de aditivos en aceites minerales. 7. Ejemplos de Evaporacin(Sector polmeros). Separacin de disolventes en monmeros. Concentracin y separacin demonmeros. Concentracin de polmeros. Evaporacin y concentracin de CianoAcrilatos. 8. Evaporacin y Cristalizacin En todos estos casos, la solucin concentrada es elproducto deseado y el agua evaporada suele desecharse.En otros casos, el agua que contiene pequeas cantidadesde minerales se evapora para obtener agua libre deslidos que se emplea en la alimentacin de calderas,para procesos qumicos especiales, o para otrospropsitos. Ocasionalmente, el principal objetivo de la evaporacinconsiste en concentrar una solucin de manera que alenfriarse sta se formen cristales que puedan separarse.Este proceso especial de evaporacin se llamacristalizacin. 9. Esquema de operacin de unevaporador Esencialmente elevaporador consiste de unintercambiador de calorencerrado en una cmara. El intercambiador de calorno tiene contacto directocon el producto y proveecalor de vapor de bajapresin al producto. El producto al interior de lacmara se encuentra apresin de vaco 10. Esquema de operacin de unevaporador (2) Las condiciones de vacoocasionan la diferencia detemperaturas entre el vapor yel producto y que el productopueda hervir a relativas bajastemperaturas, minimizando eldeterioro por altastemperaturas. Los vapores producidos sontransportados a travs de uncondensador a un sistema devaco. El vapor condensa alinterior del intercambiador decalor y el condensado esdescartado 11. Esquema de un evaporador de efectosimple Durante la operacinde un evaporador deefecto simple el vaporproducido comoconsecuencia de laconcentracin delproducto esdescartado sinposterior uso. 12. Esquema de un evaporador de efectodoble En los evaporadoresde efecto doble, elvapor de aguaeliminado de lasolucin, es utilizadocomo medio decalentamiento para laotra cmara deevaporacin. 13. Esquema de un evaporador de efecto triple En los evaporadoresde efecto triple, elvapor de aguaeliminado de lasolucin, es utilizadocomo medio decalentamiento paralas otras cmaras deevaporacin. 14. Evaporador de Efecto Triple coneliminacin de vapor 15. Evaporador de Efecto Triple conalimentacin en paralelo 16. Evaporador de Efecto Triple conalimentacin hacia adelante 17. Evaporador de Efecto Triple conalimentacin hacia atrs 18. Evaporador de Efecto Triple conalimentacin mezclada 19. Evaporador de Efecto Triple conalimentacin hacia atrs 20. Evaporacin en paraleloVentajas Utilizacin de mayor cantidad de vapor La presin se distribuye El mismo vaco hace que fluyan los concentradosInconvenientes La transmisin de calor est dificultada por el incremento en: coeficiente de trasferencia de calor, diferencial de temperatura La viscosidad del producto aumenta y el coeficiente de transferencia de calor disminuye. 21. Evaporacin en contracorriente.Ventajas Mejora la transmisin de calor Se compensa el gradiente detemperatura.Inconvenientes Se debe adicionar bombas para quefluya el concentrado. 22. Factores que intervienen en la Evaporacin Propiedades fsicas y qumicas de la solucin. Las caractersticas del producto lquido. Elevacin del punto de ebullicin. Sensibilidad al calor. La acumulacin de concentrado sobre lasuperficie del intercambiador. La capacidad de formar espumas durante elproceso de evaporacin. 23. Elevacin del punto de ebullicin(EPE) o Boiling-Point Elevation La elevacin del punto de ebullicin de unasolucin (producto lquido) es definido como elincremento en el punto de ebullicin en relacinal del agua pura, a una determinada presin. Un mtodo simple para la estimacin de laelevacin del punto de ebullicin es el uso de laregla de Dhring. 24. Regla de Dhring Esta regla establece que existe una relacinlineal entre la elevacin del punto de ebullicinde una solucin y la temperatura de ebullicindel agua a la misma presin. Esta relacin no abarca un amplio rango detemperaturas, pero es aceptable cuando setrabajan en pequeos valores. 25. Esquema evaporador de efectosimple 26. Ecuaciones de Balance de Materia Balance de materiaF L V Balance de componentesF x F L x L V y V Pero yV = 0, entonces: F x F L x L 27. Ecuaciones de Balance de Energa Balance de EnergaF hF S H S L hL V hV S hS Reordenando:F hF S H S hs L hL V hVF hF S L hL hV V 28. Simbologa para las ecuaciones deBalance de Energa HS = entalpa del vapor saturado a TS hS = entalpa del condensado a TS hF = Entalpa de la alimentacin hF = cpF(TF 0 C) hL = Entalpa del lquido concentrado hL = cpL(TL 0 C) hV = Entalpa del vapor a temperatura T1 = HS - hS 29. Evaporacin de doble efecto Equipo adquisidor dedatos y control deAdvantech. (GENIE) Sensores de T,flujo,conductividad,nivel y presin. Manejo de bombas yvlvulas por software. 30. Esquema evaporador de efectoDoble 31. Ecuaciones Balance de Materia Balance GlobalF V1 L2 V2 Balance de componentesF xF V1 yV 1 L2 xL 2 V2 yV 2 Pero yV1= yV2 = 0, entonces:F x F L2 x L 2 32. Ecuaciones de Balance de EnergaPrimer Efecto Balance de Energa en el primer efecto: F hF S H S L1 hL1 V1 hV 1 S hS Reordenando:F hF S H S L1 hL1 V1 hV 1 S hSF hF S 1 L1 hL1 V1 hV 1 Donde: hL1 = Entalpa del lquido concentrado a la salida del primer efecto hL1 = cpL1(TL1 0 C)1 = HS - hS 33. Ecuaciones de Balance de EnergaSegundo Efecto Balance de Energa en el segundo efecto: L1 hL1 V1 H V 1 L2 hL 2 V1 hV 1 V2 hV 2 Reordenando: L1 hL1 V1 H V 1 hV 1 L2 hL 2 V2 hV 2 L1 h L1 V1 2 L 2 h L 2 V 2 hV 2 Donde: hL2 = Entalpa del lquido concentrado a la salida del primer efecto hL2 = cpL2(TL2 0 C)2 = HV1 hv1 34. Esquema evaporador de efecto Triplecon alimentacin hacia adelante 35. Ecuaciones Balance de Materia Balance Global Balance de componentesF xF V1 yV 1 L2 xL 2 V2 yV 2 Pero yV1= yV2 = 0, entonces:F x F L2 x L 2 36. Ecuaciones Balance de Energa enel Primer Efecto Balance de energa en el primer efectoF hF S H S L1 hL1 V1 hV 1 S hS Reordenando: F hF S H S hs L1 hL1 V1 hV 1 F h F S 1 L1 h L1 V1 hV 1 Donde: hL1 = Entalpa del lquido concentrado a la salida del primer efecto hL1 = cpL1(TL1 0 C)1 = HS - hS 37. Ecuaciones Balance de Energa enel Segundo Efecto Balance de energa en el segundo efectoL1 hL1 V1 H V 1 L2 hL 2 V1 hV 1 V2 hV 2 Reordenando:F hF S H S hs L1 hL1 V1 hV 1 F h F S 1 L1 h L1 V1 hV 1 Donde: hL2 = Entalpa del lquido concentrado a la salida del segundo efecto hL2 = cpL2(TL2 0 C)2 = HV1 hV1 38. Ecuaciones Balance de Energa enel Tercer Efecto Balance de energa en el tercer efectoL2 hL 2 V2 H V 2 L3 hL 3 V2 hV 2 V3 hV 3 Reordenando:L2 hL 2 V2 H V 2 hV 2 L3 hL 3 V3 hV 3L 2 h L 2 V 2 3 L3 h L 3 V 3 hV 3 Donde: hL3 = Entalpa del lquido concentrado a la salida del tercer efecto hL3 = cpL3(TL3 0 C)3 = HV2 hV2 39. Ecuaciones para determinar la cantidad decalor transferido en evaporadores de efectosimple y evaporadores de efecto mltiple. La cantidad de calor transferido en un evaporador de simpleefecto est dada por la siguiente ecuacin:q U A TS T1 S H S hS S Donde: q = cantidad de calor transferido U = coeficiente global de transferencia de calor W m-2 K-1 A = rea del intercambiador de calor 40. Ecuaciones para determinar la cantidad decalor transferido en evaporadores de efectosimple y evaporadores de efecto mltiple (2). En evaporadores de efecto mltiple se calcula la transferencia de calor encada efecto. As para un evaporador de efecto triple se tiene: q 1 U 1 A1 T S T1 S H S h S S 1 q 2 U 2 A 2 T1 T 2 V 1 H V 1 hV 1 V 1 2 q 3 U 3 A 3 T 2 T 3 V 2 H V 2 hV 2 V 2 3 La diferencia total de temperaturas en cada efecto es: T1 T S T1 T 2 T1 T 2 T3 T 2 T3 Entonces: T total T1 T 2 T 3 T S T 3 41. Ecuaciones para determinar la Economa devapor en evaporadores de efecto simple yevaporadores de efecto mltiple. La economa de vapor (E.V.)en un evaporador de efectosimple se calcula mediante la siguiente ecuacin: VE .V . S En un evaporador de efecto doble: V1 V 2 E .V . S En un evaporador de efecto triple:V1 V 2 V 3 E .V . S 42. Ecuacin para determinar las entalpas de los vapores de salida cuando se trabaja considerando la EPE. Cuando se determinan los valores de EPE en los evaporadoresde simple o mltiple efecto, las entalpas de los vapores desalida, Vn, se calculan utilizando la siguiente ecuacin: kJ hVn hV (Tablas _ vapor ) 4.184 EPE kg Donde: hV(tablas_vapor) = entalpa del vapor sat