Evaporacion Instantanea

Evaporación CAPÍTULO 4

EVAPORACIÓN INSTANTÁNEA

La evaporación instantánea, también conocida como destilación en el equilibrio o evaporación flash (término usado en la industria), consiste en la evaporación parcial de una mezcla líquida que se propicia por una reducción de presión y/o un calentamiento. La figura 4.1 muestra un diagrama típico de esta operación continua. La corriente dealimentación recibe un calentamiento y se pasa a través de una válvula de reducción de presión en donde se forma vapor adiabáticamente. El vapor se separa enseguida del líquido en un tanque separador.

Producto vapor
V
yi
TV
PV
HV
Alimentación

F calentador válvula
zi
TF
PF Producto líquido
HF
L
xi
TL
PL
HL

Figura 4.1 Evaporación instantánea(Flash), continua, de una sola etapa

Se puede tener también una condensación instantánea si una corriente de vapor se enfría y se condensa parcialmente. En ambas operaciones, evaporación y condensación instantánea, puede haber un gran acercamiento al estado de equilibrio si el equipo es diseñado adecuadamente; por esta razón, los cálculos se llevan a cabo bajo la consideración de que lascorrientes que salen del tanque separador están en equilibrio.

El grado de separación logrado en esta operación de una sola etapa de tratamiento es muy pobre salvo en los casos en los que la diferencia en los puntos de ebullición de las sustancias involucradas es muy grande. Usualmente la evaporación instantánea es una operación auxiliar, previa a otras operaciones de separación más completas.4.1. Evaporación instantánea en sistemas de multicomponentes

Para conocer acerca de los métodos de cálculo en estos equipos, primero se hará un análisis de grados de libertad que ayudará a observar de manera más clara la existencia de los diversos problemas.

Ecuaciones que forman el modelo matemático:

Balances de materia: Termodinámica: Restricciones:
F - V - L = 0 yi = Kixi [pic]
zi F - yiV - xiL = 0 TV= TL [pic]
PV = PL [pic]
Balance de entalpía:
FHF + Q - VHV - LHL = 0

Ki = Ki (PV, TV, xi, yi; i = 1, 2, ... C)
HF = HF (TF,PF, zi; i = 1, 2, ... C)
HV = HV (TV, PV, yi; i = 1, 2, ... C)
HL = HL (TL, PL, xi; i = 1, 2, ... C)
Si hacemos un resumen de las ecuaciones de este modelo bajo la consideración de quelas variables Ki, HF, HV, HL y sus correspondientes ecuaciones de cálculo pueden ser excluidas en el conteo (el análisis de grados de libertad no se afecta porque se ignoran igual número de variables y de ecuaciones), se obtiene lo que se observa en la tabla 4.1.

Se cuenta con (2C+6) ecuaciones y (3C+10) variables: F, V, L, TF, TV, TL, PF, PV, PL, Q y "C" valores de zi, yi, xi.

Deacuerdo con el concepto de grados de libertad: Grados de libertad = número de variables totales - número de ecuaciones, se cuenta con (3C+10) - (2C+6) = (C+4) grados de libertad o variables a especificar para tener un sistema completamente definido. Si las variables de la alimentación se conocen: F, TF, PF y (C-1) valores de zi, es decir (C+2) variables, quedan entonces dos variables adicionales aespecificarse.

Tabla 4.1. Modelo matemático de un equipo de evaporación instantánea

Ecuación Número de Ecuaciones
F - V - L = 0 (4.1) 1
ziF - yiV - xiL = 0 (4.2) C-1
FHF + Q - VHV - LHL = 0 (4.3) 1
yi = Ki xi (4.4) C
TV= TL (4.5) 1
PV = PL (4.6) 1
[pic] (4.7) 1
[pic] (4.8) 1
[pic] (4.9) 1
(2C+6)
Dependiendo de cual sea ese par de variables especificado, segenerarán diversos tipos de problemas que requerirán diversos procedimientos de cálculo, es decir, formas variadas de manejar el modelo matemático correspondiente a este equipo. Las combinaciones más comunes del par de especificaciones son las que se muestran en la tabla 4.2

A continuación se analizará cada caso. En esos análisis se hará la suposición de que los valores de la relación de...