144057210 Guia Problemas Resueltos Evaporadores Efecto Simple version Alfa1

UNIVERSIDAD AUSTRAL DE CHILE
INSTITUTO DE CIENCIA Y TECNOLOGIA
DE LOS ALIMENTOS (ICYTAL)
/
ASIGNATURA : Ingeniería de Procesos III (ITCL 234)
PROFESOR
: Elton F. Morales Blancas

UNIDAD 8 : EVAPORACION DE SOLUCIONES ALIMENTICIAS
GUIA DE PROBLEMAS RESUELTOS: EVAPORADORES DE EFECTO SIMPLE

1.

Un evaporador continuo de efecto simple concentra 10000 kg/hr de una solución de sal al 1,0% en peso queentra a 40°C,
hasta una concentración final de 8 % en peso. El espacio del vapor en el evaporador esta a 102 kPa abs. y el vapor de agua
que se introduce está saturado a 140 kPa. El coeficiente total U es 1700 W/m2 K. Calcúlense las cantidades de vapor y de
líquido como productos, así como el área de transferencia de calor que se requiere. Nota: Calcular la EPE en base al
método termodinámico. Lascapacidades caloríficas del ClNa (cristales) esta dada por la siguiente ecuación: Cp (cal/mol°C) = 10,79 + 0,000420 T; donde T está en K; 0°C = 273,1 K; y es aplicable para el rango 273 ≤ T ≤ 1074 K.

V = 10.000 − P1

V , T 1,

S (140 KPa)
TS = 109, 27º C
102 KPa

T '1 = 100,16º C

S

C

, T

SC

⎞
F = 10 . 000 ⎛⎜ Kg
hr ⎟⎠
⎝
T F = 40 º C , x F = 0 , 01

P1 , T ,1 , xP = 0,08

FIGURA 1. Evaporadorcontinuo de efecto simple.
Æ Datos:
9

Flujo másico de alimentación: F = 10.000 ⎛⎜

kg ⎞
⎟
⎝ hr ⎠
9 Concentración del liquido diluido: xF = 0,01
9 Concentración del líquido concentrado: xP = 0,08
9
9
9

Presión en el espacio interior del evaporador: 102 KPa
Presión del vapor que se introduce en el equipo: 140 KPa.
Temperatura de ingreso del liquido diluido o alimentación:

9

Coeficiente detransferencia de calor: U = 1700 W

(

m2K

TF = 40 °C

)

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: Elton F. Morales Blancas

SOLUCIÓN:
En la figura 1 se muestra el diagrama de flujo del proceso de evaporación, por lo tanto para responder a las interrogantes se
deben seguir los siguientespasos.
Paso 1
9 Búsqueda de temperaturas de saturación mediante interpolación en las tablas de vapor saturado.
Tº saturación
109,27
100,17

Presión KPa
140
102

Paso 2
9 Cálculo de la molalidad. Entendiéndose por molalidad moles de soluto en 1000 gramos de solvente

8 g de soluto = 92 g de solvente
x
x

= 1000 g de solvente
= 86,96 g de soluto

Por lo tanto con estos gramos de soluto se calcula lamolalidad:

m=

gramos de soluto
Peso molecular sal

86,96
59
m = 1, 47
m=

Paso 3
9 Cálculo de EPE, basándose en el método termodinámico.

EPE = ΔTB =

Rg ⋅WA ⋅ T 2 A0 ⋅ m

Ecuación 1.0

LV ⋅1000

Siendo:

⎞
Rg = Cons tan te de los gases ideales : 8,314 ⎛⎜ J
⎟
⎝ mol K ⎠
⎞
W A = Peso molecular del agua : 18 ⎛⎜ Kg
Kgmol ⎟⎠
⎝
LV = Calor latente de vaporización : 4,0626 x10 4 J
mol
T A0 = Punto deebullición del agua pura : 373,1 (K )

(

m = Molalidad
Reemplazando en la formula se obtiene:

)

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EPE = ΔTB =

8,314 ( J / mol K ) ⋅18 ( Kg / Kg mol ) ⋅ (373,1 K ) 2 ⋅1, 47
4, 0626 ×104 ( J / mol ) ⋅1000

EPE = ΔTB = 0, 75ºC
Paso 4
'
9 Cálculo de T 1 .

T ,1 = T1 + EPE
T ,1 = (100,17 + 0, 75 ) º C

Ecuación 1.1

T = 100,92º C
,
1

Paso 5
9 Cálculo de producto concentrado P y caudal másico del vapor V, mediante balance de materiales y sólidos.
Æ Balance total
Como

F + S = V + P + Sc

Ecuación 1.2

S = Sc , pero S c sale condensado, el balance total queda de la siguiente forma:

=

+

Æ Balance total

F

Æ Balancede sólidos

F ⋅ X F = V ⋅ XV + P ⋅ X P

V

P
Ecuación 1.3

Como la fracción de sólidos en el vapor es igual a cero, la ecuación 1.3 se reduce a la siguiente expresión:

F ⋅ XF = V ⋅0 + P⋅ XP
F ⋅ XF = P⋅ XP
Reemplazando los valores obtenemos el valor de P :

P⋅XP = F ⋅XF
P ⋅ 0, 08 = 10.000 ⋅ 0, 01
kg
P = 1250
hr
Reemplazando en la ecuación 1.2 se obtiene V.

F =V + P
V = F−P
Kg
Kg
− 1250
hr
hr
Kg...