Guia Problemas Resueltos - Evaporadores Efecto Multiple

ltiple efectyoUNIVERSIDAD 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 II: Evaporadores de múltiple efecto.

1.- Un evaporador de efecto triple con alimentación hacia adelante esta evaporando unasolución de azúcar desde 25% de sólidos. El EPE puede estimarse de la siguiente expresión: EPE (ºC) = 1,78 + 6,22X2. se esta usando vapor de agua saturado a 205KPa. La presión en el espacio de vapor del tercer efecto es de 13,65Kpa. La velocidad de alimentación alcanza 22680kg/hr y la temperatura es de 300K. la capacidad calorífica del liquido puede calcularse mediante la siguiente expresión: Cp =4,19 – 2,35X, donde Cp esta en kJ/kg K y X es la fracción en peso. Los coeficientes de transferencia de calor son U1 = 3123, U2 = 1987 y U3 = 1136 W/m2 K. calcular el área de cada uno de los efectos cuando todos ellos tiene la misma área, así como la misma velocidad de vapor de agua. Calcular también el suministro de agua y la economía de vapor.

V1=F-P1 T1'

V2=P1-P2 T2'

V3=P2-P3 T3'TF, XF= 0,05 1 (U1) S TS, 205Kpa P1,X1, T1' P2,X2, T2' P3,X3, T3'
FIGURA 1. Efecto triple con alimentación hacia delante Solución: PASO 1. Se interpolan las presiones dadas en el problema para calcular sus respectivas temperaturas. Presión de 205Kpa la temperatura de saturación es de TS= 121 ºC Presión de 13,65KPa la temperatura de saturación del efecto 3 es de 51,91 ºC

2 (U2)

3 (U3)

SC3PASO 2: Balance de materiales Balance total de materiales y de sólidos, para calcular la cantidad de producto concentrado y el caudal másico del vapor.

Balance total = F

+ S

= V1

+ V2

+ V3

+ P + Sc

……(1)

Balance de sólidos = F * X F = V1 * X V 1 + V2 * X V 2 + V3 * X V 3 + P * X P1 1

….(2)

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Como la fracción de sólidos en el vapor es igual a cero la ecuación (2) se reduce a la expresión siguiente:

Balance de solidos = F * X F = P3 * X P 3
Remplazando en (3) los valores conocidos obtenemos:

…(3)

22680 * 0,05 = P3 * 0,25

P3 = 4536⎛ kg ⎞ ⎜ hr ⎟ ⎝ ⎠
Ahora con los valoresde F y P podemos calcular el total vaporizado:

F F

= V1 − P3

+ V2 = V1

+ V3 + V2 + V2

P3
+ V3 + V3

…..(4)

22680 − 4536 = V1 18144 = V1 + V2

+ V3

V1 = 6048⎛ kg ⎞ ⎜ hr ⎟ ⎝ ⎠ V2 = 6048⎛ kg ⎞ ⎜ hr ⎟ ⎝ ⎠ V3 = 6048⎛ kg ⎞ ⎜ hr ⎟ ⎝ ⎠
Suponiendo que V1 , V2 y V3 son iguales se realiza un balance de materiales en los dos efectos y obtenemos las siguientes ecuaciones: Efecto 1: F= P + V1 1 Efecto 2: P = V2 + P2 1 Efecto 3: P2 = V3 + P3

P1 = 22680 + 6048 = 16632⎛ kg ⎞ ⎜ hr ⎟ ⎝ ⎠

….(5)

P2 = 16632 + 6048 = 10584⎛ kg ⎞ ….(6) ⎜ hr ⎟ ⎝ ⎠ P3 = 10584 + 6048 = 4536⎛ kg ⎞ …..(7) ⎜ hr ⎟ ⎝ ⎠

Balance de sólidos en cada efecto:

Balance de sólidos = F * X F = P * X P1 1
22680 * 0.05 = 16632 * X P1 X P1 = 0,068

….(8)

Balance de sólidos = P * X P1 = P2 * X P 2 1….(9)

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16632 * 0.068 = 10584 * X P 2

X P 2 = 0,1
….(10)

Balance de sólidos = P2 * X P 2 = P3 * X P 3
10584 * 0.1 = 4536 * X P 3

X P 3 = 0,25

PASO 3. Cálculo de EPE en cada efecto con la ecuación dada enlos datos:

EPE (º C ) = 1,78 X + 6,22 X 2

….(11)

Siento X la concentración de los líquidos, se remplaza en la ecuación (11) y se obtiene: Efecto 1: Efecto 2: Efecto 3:

EPE (º C ) = 1,78 * 0,068 + 6,22 * 0,068 2 = 0,15º C EPE (º C ) = 1,78 * 0,1 + 6,22 * 0,12 = 0,24º C EPE (º C ) = 1,78 * 0,25 + 6,22 * 0,25 2 = 0,83º C

PASO 4. Estimación de la caída de temperatura en cada efecto....