Evaporadores

TEMA 10.- EVAPORACIÓN CONTENIDOS DEL TEMA 10.1 Evaporación 10.2 Evaporadores de múltiple efecto 10.3 Incremento útil de temperatura y Economía del vapor 10.4 Mejora del rendimiento de un evaporador 10.5 Selección del tipo de evaporador

Operación Básica de Ingeniería Química Concentración de disoluciones por ebullición

TEMA 10.- EVAPORACIÓN OBJETIVOS La finalidad principal de este tema esconocer la operación de evaporación, así como los tipos de evaporadores más habituales en la industria, y aprender a dimensionar evaporadores y resolver problemas reales en una etapa de concentración de un proceso.

1 Realizar balances de materia y energía a un evaporador 2 Proponer acciones para mejorar la eficacia en evaporación 3 Evaluar la economía en un evaporador 4 Evaluar el incrementoútil de temperatura en un evaporador 5 Proponer las condiciones más adecuadas de operación (T y P) en un evaporador 6 Evaluar el calor transferido en un efecto 7 Evaluar la necesidad de vapor vivo en un evaporador de simple efecto o multiefecto 8 Conocer las distintas configuraciones de evaporadores más frecuentes en la industria química 9 Proponer un tipo de evaporador adecuado par una determinadaaplicación 10 Dimensionar térmicamente un evaporador

Clasificación de disoluciones a evaporar Comportamiento con la T: Las que pueden calentarse a altas temperaturas sin descomposición y las que no Formación de sólidos Las que forman sólidos al concentrarse → importancia del tamaño de cristal y forma, y las que no Punto de ebullición Las que ebullen a aprox. la misma T que la del agua para unaP dada, y las que tienen un pto de ebullición mayor. Curva de Solubilidad inversa → Si T↑ → Solubilidad ↓

10.1 Evaporador
F E

W

Cámara ebullición
T TS q C

Cámara condensación
WC

Variables: W = WC F C E xF, xC % peso

Evaporación → Suministro de q para vaporizar el disolvente → TQ a líquidos en ebullición

Ecuaciones: Balances de Materia en cámara de ebullición : F=E+C F·xF= C·xC Balance Entálpico al evaporador F·hF + W·HW = C·hC + E·HE +W·hW Transmisión de calor q = W·(HW – hW) = U·A·(TS – T)

Especificaciones habituales Alimentación: F, xF y TF Vapor vivo: TS (PS) Tipo de cambiador: U Datos adicionales Equilibrio T = f(P, x) Entalpías de las corrientes

Relaciones de equilibrio Ascenso ebulloscópico → Δe = T-Tº Disoluciones diluidas → Ley de RaoultCorrelaciones gráficas basadas en la regla de Dühring Teb disolución = f(Teb agua, %peso)

Correlaciones gráficas basadas en la regla de Dühring
Teb disolución = f(Teb agua, %peso)

Entalpías de las corrientes HW: vapor saturado hW: líquido saturado
o H E = H sat + ∫ Cpvapor ·dT Tº T

Entalpías de disoluciones: hF, y hC
hF =
TF

Tref

∫ Cp·dT
−

qdis = 0

hF = qdis + C P ·(TF − Tref )En gráficas

DIAGRAMA ENTALPÍACONCENTRACIÓN DEL SISTEMA NaOH –H2O

10.2 Evaporador de múltiple efecto Alimentación en paralelo. 3 Efectos

Alimentación en paralelo

F

E1

E2

E3

T1 T2 TS C1 Tº1 C2 Tº2 C3 T3

WC1

E1C

E2C

T1º > T2 T2 T1º Si N↑ (Número de efectos) → HACER VACÍO

Perfiles:
T1 TS P1 Tn Tºn-1 Pn xn xF

Balances Evaporador Corrientes ParalelasDisolución: Soluto: Cn-1 = Cn + En Cn-1·xCn-1 = Cn·xCn

Entalpía a cada efecto: En-1·HEn-1 + Cn-1·hCn-1 = En·HEn + Cn·hCn + En-1·hEn-1 Transferencia de calor Qn=Un·An·(Tºn-1 – Tn)

Alimentación en contracorriente. 3 Efectos

Alimentación en contracorriente

E1

E2

E3

W T1 T2 TS C2 Tº1 Tº2 T3

F

C1

C3

WC1

E1C

E2C

Alimentación múltiple en paralelo. 3 efectosParalelo. Ventajas gran utilización del vapor la presión se distribuye el mismo vacío hace que fluyan los concentrados. Inconvenientes la transmisión de calor está dificultada por: U grande, Ts-T1 grande, la u va aumentando y U va disminuyendo Contracorriente . Ventajas mejora la transmisión de calor, se compensa el gradiente. Inconvenientes hay que colocar bombas para que fluya el concentrado...