Adsorcion

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UNIVERSIDAD AUSTRAL DE CHILE INSTITUTO DE CIENCIA Y TECNIOLOGIA DE LOS ALIMENTOS/ Asignatura: Ingeniería de Procesos III (ITCL 234) Operaciones Unitarias (ITCL 238) Profesor: Elton F. Morales Blancas Ayudantes: Anís Matamala y Maximiliano Osorio UNIDAD: EVAPORACION DE SOLUCIONES ALIMENTICIAS GUIA DE PROBLEMAS I: Evaporadores de simple efecto Ejercicio 1. Un evaporador continuo de efectosimple concentra 10000 (kg/hr) de una solución de sal al 1.0 % en peso que entra a 40ºC, 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 1700 (W / m2K). Calcúlese las cantidades de vapor y de liquido como productos, así como el área de transferencia de calor que serequiere. Nota: Calcular EPE basándose en el método termodinámico. Las capacidades caloríficas del NaCl (cristales) están dada por la siguiente ecuación: Cp (cal ) = 10 ,79 + 0,000420 ⋅ T ; donde T está en grados Kelvin; y es
mol − º C

aplicable para el rango 273 < T > 1074 K.

V = 10.000 − P 1

V , T 1,

S ,140 KPa TS = 109,27º C
102 KPa.

T1 = 100,16º C

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

C

, T

SC

P , T ,1 , xP = 0,08 1

FIGURA 1. Evaporador continuo de efecto simple

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Información entregada:

• • • • • • • •

Flujo másico de alimentación: F = 10.000 ⎛ kg ⎞ ⎜ hr ⎟ ⎠ ⎝ Concentración del liquido diluido: xF = 0,01 Concentración del líquido concentrado: xP = 0,08 Presión en el espacio interior del evaporador: 102 KPa. Presióndel vapor que se introduce en el equipo: 140 KPa. Temperatura de ingreso del liquido diluido o alimentación: TF = 40 °C Coeficiente de transferencia de calor: U = 1700 W

(

m2K

)

Ecuación para él calculo de las Capacidades caloríficas de las soluciones:
Cp = 10,79 + 0,000420 ⋅T

Solución: En la figura (1) se muestra el diagrama de flujo del proceso, siguiendo los pasos descritos loscálculos son los siguientes para responder las interrogantes: Paso 1. Para 140 KPa, la temperatura de saturación es 109,27 ºC, para 102 KPa, la temperatura de saturación es 100,16 ºC de acuerdo con las tablas de vapor respectivamente. Paso 2. Cálculo de EPE con x = 0,08 , basándose en el método termodinámico para el evaporador utilice la siguiente ecuación:

Rg⋅WA ⋅T 2 AO ⋅ m EPE= ∆TB = LV ⋅1000Donde:

...... (1)

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

(

)

m = Molalidad

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2.a) Calcule la molalidad. Se entiende que molalidad son los moles de soluto en 1000 gramos de solvente.
8 gde soluto = 92 g de solvente x = 1000 g de solvente

→

x = 86,95 g de soluto

con estos gramos de soluto podemos calcular la molalidad:
m= gramos de soluto Peso molecular sal

m = 86,95 gramos de soluto / 59 gmol m = 1,47

2.b) Calculo del valor de EPE. Si reemplazamos m en la ecuación (1), tenemos que EPE = 0,75º C luego :

T ,1 = T1 + EPE

T ,1 = (100,16 + 0,75)º C

T ,1 =100,91º C

Paso 3. Balance de materiales y de sólidos Balance total de materiales y de sólidos para calcular la cantidad de producto concentrado y caudal másico del vapor. Balance total:

F + S = V + P + Sc

...... (2)

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

F

=

V

+

P

....... (3) ....... (4)F ⋅ X F = V ⋅ XV + P ⋅ X P

Como la fracción de sólidos en el vapor es igual a cero la ecuación (4) se reduce a la expresión siguiente, reemplazando los valores conocidos obtenemos el valor de P : ...... ( 5 ) F ⋅XF = P⋅XP

10 .000 ⋅ 0 ,01 = P ⋅ 0 ,08 → P = 1250 ⎛ kg ⎞ ⎜ hr ⎟ ⎝ ⎠
Ahora como tenemos F y P con la siguiente ecuación, podemos calcular el total vaporizado: . ...... (6) V =F...