7/26/2019 Reporte Evaporador de Pelicula Ascendente
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UNIVERSIDAD IBEROAMERICANA
Laboratorio de Operaciones Unitarias
13 de Abril del 2016
Prctica 5
Evaporador de Pelcula Ascedete
E!uipo "
Jorge Alberto BentezSantiago Marvan
Brenda Miraontes
!aleria Orozco
7/26/2019 Reporte Evaporador de Pelicula Ascendente
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Prctica 5
Evaporador de Pelicula Ascedete
#$ Marco %e&rico
La evaporacin tiene como objetivo concentrar una solucin compuesta de lamezcla de un solvente voltil y de un soluto menos voltil. La evaporacin enpelcula ascendente es un proceso continuo durante el cual se calienta lasolucin en un evaporador vertical mono tubular para vaporizar el solvente. Enel cicln de cabeza, las nubes formadas por la vaporizacin de la solucin ycompuestas de vapor y de la solucin concentrada se separan en dos fases: lafase lquida evacuada por gravedad y despus almacenada, el vapor secondensa y se recupera en un recipiente de recoleccin.
Evaporador de pelcula ascendente
Las partes esenciales del evaporador de pelcula ascendente o !"ujoascendente# son !$# un cambiador de calor tubular con vapor de agua en ellado de la carcasa, y el lquido que se desea concentrar en el interior de lostubos, !%# un separador o espacio de vapor para separar el lquido arrastradopor el vapor, y ! cuando opera como una unidad de circulacin, unarecirculacin para el lquido desde el separador 'asta el fondo del cambiador.
En general estn compuestos de tubosde & a $% mm de dimetro. El alimentolquido que se va a concentrar ingresa
por la parte inferior de los tubosprecalentados cerca a la temperaturade ebullicin, comenzando a 'ervir alrecorrer ascendentemente una cortadistancia.
El lquido es arrastrado 'acia la partesuperior debido a que la e(pansin delvapor 'ace que las burbujas formadasasciendan a alta velocidad por lostubos y la arrastren) a medida queesto sucede el lquido se va
concentrando formando una *napelcula sobre la pared de los tubos. Lamezcla vapor+lquido que asciende
entra a un separador, el cual elimina el vapor, de tal manera que el lquidoconcentrado se puede e(traer directamente. uando se busca una altaconcentracin el lquido puede pasar a un segundo evaporador o serrecirculado en el mismo.
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El tiempo de residencia en un evaporador de este tipo es relativamente corto yel coe*ciente de transferencia de calor es generalmente alto, por ser aparatosbastante utilizados para concentrar productos sensibles al calor.
Es en los evaporadores verticales de tubos largos en donde se alcanza unamayor evaporacin que en los dems, pues estn dise-ados para trabajar en
forma continua y se adaptan muy bien a la operacin en mltiple efecto)aunque por lo general, se operan en un solo paso, llevando a cabo laconcentracin del lquido en el tiempo que tardan el lquido y el vapordesprendido en pasar a travs del tubo.
'$ Datos E(peri)etales
VariablePresin Atmosfrica Presin Vaco
Valor Unidad Valor Unidad
/iempo de 0peracin 1%2 seg 1%2 seg
3$ 4apor 3recalentador5.67$7$7$7
% psi 2 psi
3% 4apor Evaporado $.&81 bar $.9$ bar
3& 4aco + 622 mm;g
/$ uperiorEvaporador 86 = 56 =
tq$'2$ %9 cm $8.6 cm
'f$ %2.$ cm $& cm
tq%'2% $7.8 cm %6.9 cm
'f% %% cm %9.6 cm
tq&'2& $7.6 cm &%.6 cm
'f& %7.% cm 92.% cm
tq6'26 2 cm
'f6 %6%9 mL %5.6 cm
tq9'29 2 cm &.6 cm
'f9 8.8 cm 8.1 cm
Medidas con Densitmetro
Variable Presin Atmosfrica Presin Vaco
?$ tq$ $.26% g@cm& $.26% g@cm&
/$ %$ = %$ =
?6 tq6 $.257 g@cm& $.279 g@cm&
/6 %1.& = %& =
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?9 tq9 2.881 g@cm& 2.887 g@cm&
/9 %%.& = %9 =
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E*e)plo de Clculo
"l sig#iente e$eplo de c%lc#lo se desarroll& para la corrida 1' la c#al se realiz& a ( at)
*l#$o vol#+trico de cada tan,#e
*&r#la general- Qi= ( h ) D i
2
4 t[ ]
cm3
s
.an,#e 1- Q1= (25 cm20.1cm ) (25.5 cm)2
4 (720 s)=3.34
cm3
s
.an,#e 2- Q2=(22 cm18.9 cm ) (9 cm )2
4 (720 s )=0.27
cm3
s
.an,#e 3- Q3= (28.2 cm18.4 cm ) (11.5)2
4 (720 s)
=1.41cm
3
s
.an,#e /- Q4= (2090 cm3 ) 1
(720s )=3.37
cm3
s
.an,#e - Q5=( 390 cm3 ) 1
(720 s)=0.677
cm3
s
*l#$o %sico de cada tan,#e
*&r#la general- mi=
Qi i [ ]g
s
.an,#e 1- m1=F=3.34cm
3
s 1.042
g
cm3=3.48
g
s
.an,#e 2- m2=W 'v=0.27cm
3
s 0.998
g
cm3=0.27
g
s
.an,#e 3- m3=Wv=1.41cm
3
s 0.998
g
cm3=1.41
g
s
.an,#e /- m4=L=3.37cm
3
s 1.068 g
cm3=3.60g
s
.an,#e - m5=G=0.677cm
3
s 0.997
g
cm3=0.66
g
s
Balance de asa general
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eneral-m1=m4+m5 & F=L+G
espe$ando-
L+GF=0
3.60g
s+0.66
g
s3.48
g
s=0.78
g
s
el balance se obtiene #n valor cercano a cero' sin ebargo se observa #n porcenta$e de error)
%lc#lo te&rico de 4l#$o %sico de la sol#ci&n concentrada a la salida del evaporador 5 L'
L'=FG=3.48
g
s0.66
g
s=2.82
g
s
%lc#lo de la *racci&n Masa
x*70)16
xL7 0)2010
x7 0
%lc#lo te&rico de 4racci&n asa de la sol#ci&n concentrada a la salida del evaporador 5xL8
Se tiene ,#e el balance de asa por coponente' en este caso glicerina' es-
xL L'=xFFxG G
espe$ando 9L8-
xL
'=xFFxG G
L'
xL
'=
0.15563.48g
s00.66
g
s
2.82gs
=0.1924
Balance de energa en el (re:calentador
(ara la obtenci&n de la teperat#ra de sat#raci&n ; el valor del calor latente de evaporaci&n' se calc#l& el
valor de la presi&n absol#ta)
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|precalentador|=P atm+P manomtricade vaporP
|precalentador|=75.33 Pa+44.69 Pa=120.02 PaP
ebido a ,#e es #na presi&n de sat#raci&n' los sig#ientes datos se obt#vieron de tablas de vapor)
!satprecalentador=105 "# $ %precalentador=2243.87&
g
e las tablas se obtener los valores de ( con < 7 0)16 ; 60=
#pmecla=3.82 &
g(
(ara la obtenci&n de >8*' >8(; >8!se tiene ,#e-
Q'
F=F#pmecla!precalentador[ ]&
s
Q'
F=(3.48gs)(3.82 &g() (328.15(295.15()=450.07&s
Q')=W 'v %precalentador
Q'
)=(0.27gs )(2243.62 &g )=613.32&s?a ,#e-
Q')=Q
'F+Q
'P *Q
'P=Q
')Q
'F
Q'
P=613.32&
s450.07
&
s=163.24
&
s
Balance de energa en el "vaporador
alc#l& el valor de la presi&n absol#ta de la isa anera ,#e para el pre:calentador
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|evaporador|=Psatevaporador=139.7 Pa+75.33 Pa=215.03 Pa
P
e tablas de vapor-
!satevaporador=122.667 "# $ %evaporador=2201.04&
g
(ara las condiciones de salida del evaporador' se #s& coo re4erencia la teperat#ra de salida de este 5@/=)
on esta teperat#ra de sat#raci&n ; tablas de vapor se obt#vo-
Psatsalidaevaporador=81.72Pa$% salidaevaporador=2272.18&
g
on .7 @/= ; la 4racci&n asa de entrada de glicerina 7 0)16 en las tablas de vapor-
#pmecla=3.84 &
g(
(ara la obtenci&n de >*' >(; >!se tiene ,#e-
QF=F#pmecla !evaporador+G%salidaevaporador[ ]&
s
QF=
(3.48
g
s
)(3.84
&
g(
)(367.15(328.81()+
(0.66
g
s
)(2272.18
&
g
)=2021.2
&
s
Q)=Wv %evaporador
Q)=(1.41gs)(2201.04 &g )=3105.54&s?a ,#e-
Q)=QF+QP *QP=Q)QF
QP=3105.54&
s2021.2
&
s=1084.31
&
s
%lc#lo del coe4iciente de trans4erencia de calor debido a la convecci&n de eb#llici&n
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"stos c%lc#los se acen sobre el 4l#$o de glicerina ,#e va por dentro del evaporador)
%lc#lo de 2con la ec#aci&n de *orster:#ber-
.eperat#ra de pared-
!+=!salidaevaporador+!sat
2 =
94+122.667
2 =108.32
La presi&n de pared ; de salida se obtienen #tilizando la ec#aci&n de Antoine para la ezcla de glicerina ;
ag#a)
PW=348.903 mm,g P -=194.75 mm,g
La ond#ctividad t+rica del l,#ido 5C' calor espec4ico 5p' densidad de la 4ase l,#ida 5Al' densidad de
la 4ase vapor5Av' viscosidad del l,#ido 5Bl' tensi&n s#per4icial 5C#; calor latente de vaporizaci&n5D#,se
obt#vieron por interpolaciones de tablas 5a s#s respectivas condiciones
alc#lo de 2 con la ec#aci&n de *orster:#ber)
h2=0.0012[ l0.79
#p0.45
l0.49
.0.5
/l0.29 (%v )
0.24 ](!+!s )0.24(P+Ps)0.75
h2=
0.0012
[ 0.46
0.793844.590.451000.80.49
0.0590.50.00040.29(1210000.447 )0.24 ] (
108.32
94
)
0.24
(348.903
194.75
)
0.75
=7
Dcon todas las #nidades del SE
%lc#lo de B-
0=G
F=
0.66g
s
3.48g
s
=0.19
1
x tt=[ 010]
0.9
(L))0.5
(/L/+)0.1
S#stit#;endo-
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1
x tt=[ 0.1910.19 ]
0.9
( 1000.80.447)0.5
(1 )0.1=12.894
D#nidades del SE
ado ,#e
1
x ttF 0)1' la ec#aci&n para 4ces-
Fc =2.35 (0.213+ 1xtt )0.736
Fc= 2.35 (0.213+ 12.89 )0.736=15.61
alculo de e%f:
Re2 f = Re l Fc
D intercam1iador=7.69 g
s m2
G=4F
(1
0 )
GDintercam1iador/l
l=
l=
(10.19 )7.69 g
s m20.024 m
0.00042s
m2
=371.52
Re2 f = (371.52)* (15. 61=5801.64
Sc=1
(1+ 2.53 e-6 Re2 f1.17 )
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Sc=1
(1+ 2.53 e -6 (5801.64)31.17 )
=0.9398
"l coe4iciente de eb#llici&n en el nGcleo es ig#al a-
h4=-ch2=0.93987546.32 W
m2
(=7092.11
W
m2
(
%lc#lo de 1con la ec#aci&n de Sieder ; .ate)
G
Dintercam1iador
/l
h1
#pG=0.027(#p/ll )
1
3
espe$ando 1-
G
D intercam1iador
/l
h1=0.027(#p/ll )1
3
h1=0.027( 3844.590.00040.46 )1
3 ( 7.690.0240.0004 )0.8
(1 )0.143844.597.69=161250.549
W
m2
(
hc=Fc h1
hc=15.61161250.549 W
m2
(=2518030.65
W
m2
(
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on B; se p#ede obtener el coe4iciente de trans4erencia de calor debido a la convecci&n de eb#llici&n de
la sig#iente anera-
hi=h4+h#=7092.11579 W
m
2
(
+2518030.65 W
m
2
(
=2525122.76 W
m
2
(
%lc#lo del oe4iciente de trans4erencia de calor para condensaci&n vertical
h0=0.943( )
3)
2g %
/)(!sat!+ ))
0.25
(or e9trapolaciones se obt#vo-
)=0.673
W
m(
)=941.52g
m3
/)=0.0002 g
ms
(or lo tanto 0-
h0=0.943
((0.673
W
m(
)
3
(941.52
g
m3
)
2
(9.81
m
s2
)(2201037.29
&
g
)(0.0002 gms ) (395.79(381.47() )0.25
=6234.1515 Wm
2 (
%lc#lo de LM.
L5!D= !caliente !6r7o
ln
(
!caliente
!6r7o
) !caliente=!satprecalentador!2entradaevaporador=378.15(328.96(=49.19(
!6r7o=!satprecalentador!3salidaevaporador=378.15(367.15(=11(
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L5!D=49.19(11(
ln( 49.19(11( ) =26.077(
%lc#lo del coe4iciente global de trasisi&n de calor
Clculo del coeficiente global de trasmisin de calor experimental:
QF=8 9 0 L5!D
Despe:ando 8:8= QF
90 L5!D
90= Dexteriort;1ointerno
Levaporador=0.03 m3.06 m=0.287 m2
Utilizando los datos e9perientales-
8exp= QF
90 L5!D
8exp= 2021.23 W0.287 m
226.077(=269.655 W
m2
(
Clculo del coeficiente global de trasmisin de calor terico
1
8=
1
h i+
1
h0+
xvidrio
vidrio
1
8te
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%lc#lo de porcenta$e de error
error=|valor te
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"$ Resultados
4. Clculo Dimetros 5. 6) H)I) @) 10)11) 12)
$&./anque
$6.F;!cm#
$9.4olumen!cm&
#
$5.Giametro
!cm# $1. 1I) 1@)20) 21) 22)23) 2/)
%9.tq6 %5.%1.6 %1.%6%9 %7.$2.5% %8. 30) 31)32) 33) 3/)3) 36)
&1.tq9 &7.8.8 &8.672 62.1.75 6$. /2) /3)//) /) /6)/H) /I)
/@) 0) 1) 2) 3) /) )6) H) I)@) 60)
6. Calculo !" #arat$4 %Corrida & 6'. 63) 6/) 6)66) 6H) 6I)6@) H0)
1$./anque
1%.4olumen!cm&
#1&.F;
!cm# 16. H) H6) HH)HI) H@) I0)I1) I2)
7&.tq6 76.%6%9 79.%1.6 75. IH) II) I@)@0) @1) @2)@3) @/)
@) @6) @H) @I) @@) 100) 101)102) 103) 10/)10) 106)
10H)Balanc
e de
asa 10I) 10@) 110) 111) 112) 113)11/) 11) 116)11H) 11I)
(. Clculo de )lu*os %Corrida & '+.
'. ,alance deMasa -lobal%Corrida & ''.
'. ,alance de Masa#or com#onente
%Corrida &
$%6. /anque
$%9. Hlujo
$%5. Giamet
ro!cm#
$%1. Hlujo 4ol.!cm&@>
#
$%7. Gensidad A!g@cm
$%8. Hlujo
Isico!g@s# $&2.
. )lu*o
'. Valor
%/0s& .
4. )raccin
/licerina
5. Valor%adm&
$&5. tq$ $&1. H
$&7. %9.2
$&8. &.&6
$62. $.26%
$6$. &.67 $6%.$6&. H
$66. &.67 $69.$65. (H $61. 2.$995
$67. tq% $68.
$92. 8.2
$9$. 2.%1
$9%. 2.887
$9&. 2.%1 $96.$99. L
$95. &.52 $91.$97. (L $98. 2.%2$2
$52. tq& $5$.
$5%. $$.9
$5&. $.6$
$56. 2.887
$59. $.6$ $55.$51. J
$57. 2.55 $58.$12. (J $1$. 2.2222
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$1%. tq6 $1&. L
$16. $2.5
$19. &.&1
$15. $.257
$11. &.52 $17.
$18. LK H+
J$72. %.7
% $7$.
$7%. (LK
!HM(H+JM(J#@L
K $7&. 2.$8%6
$76. tq9 $79. J
$75. 1.8
$71. 2.51
$77. 2.881
$78. 2.55 $82.
$8$. Nalanc
e$8%. 2.2
2 $8&.$86. Nala
nce $89. 2.2222
$85. 1@H) 1@I) 1@@) 200) 201) 202)203) 20/) 20)206)
20H)20I)
20@)
210)
211)
212)
213)
21/) 21) 216) 21H) 21I) 21@)220) 221) 222)223) 22/)
''5. Clculo de )lu*os %Corrida '& ''6.
''1. ,alance deMasa -lobal%Corrida '& ''2.
''(. ,alance de Masa#or com#onente
%Corrida '&
%&2. /anque
%&$. Hlujo
%&%. Giamet
ro!cm#
%&&. Hlujo 4ol.!cm&@>
#
%&6. Gensidad A!g@cm
%&9. Hlujo
Isico!g@s# %&5.
'1. )lu*o
'2. Valor
%/0s& '(.
'4+. )raccin
/licerina
'4. Valor%adm&
%6%. tq$ %6&. H
%66. %9.2
%69. 6.&5
%65. $.26%
%61. 6.961 %67.%68. H
%92. 6.99 %9$.%9%. (H %9&. 2.$995
%96. tq% %99.
%95. 8.2
%91. 2.27
%97. 2.887
%98. 2.218 %52.%5$. L
%5%. &.9% %5&.%56. (L %59. 2.%6$9
%55. tq& %51.
%57. $$.9
%58. %.91
%12. 2.887
%1$. %.95& %1%.%1&. J
%16. 2.6% %19.%15. (J %11. 2.2222
%17. tq6 %18. L
%72. $2.5
%7$. &.%9
%7%. $.279
%7&. &.9%$ %76.
%79. LK H+
J%75. 6.$
% %71.
%77. (LK
!HM(H+JM(J#@L
K %78. 2.$1$5%82. tq %8$. J %8%. 1. %8&. 2.6 %86. 2.88 %89. 2.6 %85.%81. N %87. 2.2 %88.&22. Nala &2$. 2.2222
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9 8 % 7 %&alanc
e 2 nce
"+'$
+. ,alance de ener/a+4. ,alance 3ner/iaPrecalentador %Corrida & +5. 306)
+1. ,alance 3ner/iaPrecalentador %Corrida '&
+2. Variable +(. Valor
+. U
nidad . 312) . Variable 4. Valor
5. U
nidad
&$5. H &$1. &.67&$7. g@
s &$8. 320) &%$. H &%%. 6.99&%&. g@
s
&%6. L &%9. %.7%&%5. g@
s &%1. 32I) &%8. L &&2. 6.$%&&$. g@
s
&&%. J &&&. 2.55&&6. g@
s &&9. 336) &&1. J &&7. 2.6%&&8. g@
s
&62. OKv &6$. 2.%1
&6%. g@s &6&. 3//) &69. OKv &65. 2.27
&61. g@s
&67. DKv &68. %%6&.5%&92. P@
g &9$. 32) &9&. DKv &96. %%15.%5&99. P@
g
&95. /2 &91. %%&97. =
&98. 360) &5$. /2 &5%. %% &5&. =
&56. /K&59. 99.7$7$
7$7%&55. =
&51. 36I) &58. /K&12. &7.&5&5&
5&5 &1$. =
&1%. pK &1&. &.7%&16. P@
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>oluciones diludas no incrustantes
>oluciones no cristalizantes
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ascendente
>oluciones dbiles de cido sulfrico
>oluciones de sales inorgnicas
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Efecto. /esis para optar por el ttulo de Licenciado en ^ngeniera Rumica.Wniversidad ^beroamericana. I(ico, $817.$&&6.
QEU, Gonald R. 3rocesos de /ransferencia de alor. ompa-a Editorialontinental, >.