Evaporador Doble Efecto Con Alimentación en Retroceso [PDF]

Zitiervorschau

Universidad Veracruzana Facultad de Ciencias Químicas

Campus: Poza Rica-Tuxpan

E.E: Operaciones de transferencia de masa 1

Actividad: Problema de evaporador de doble efecto con alimentación en retroceso.

Alumna: González Hernández Ana Julieta zS11006785

Una alimentación que contiene 2% en peso de sólidos orgánicos disueltos en agua se introduce a un evaporador de efecto doble con alimentación en retroceso. La alimentación entra a 37,77ºC y se y se concentra hasta un 25% de sólidos. Tanto la elevación del punto de ebullición como el calor de 2

disolución pueden despreciarse. Cada evaporador tiene un área de 9,29m y los coeficientes de transferencia de calor son U1 = 2838,98 y U2 = 2

3974,57W/m º K, la alimentación se introduce al efecto 2 y en el efecto 1 se alimenta vapor de agua a 689,5 Kpa. La presión en el espacio del vapor del efecto 2 es de 6,75Kpa. Supóngase que el calor específico de todos los líquidos es igual al del agua líquida. Calcular la velocidad de alimentación F y la velocidad de producto P1 de una solución conteniendo 25% de sólidos. Suponer una velocidad de alimentación F.

V1

V2

6.75 Kpa

F = 10 000 kg/h XF=0.02 TF=37.77ºC

S =? PS=689.5 Kpa

SC

L1 =? XL1=0.25

L2=?

Paso 1: Calculo de TS y T2 Calcular TS mediante la tabla A-5 del libro de Yunus a Cengel que entra con presión de PS = 689.5 Kpa como no se encuentra el valor interpolamos: 650 Kpa

161.98 ºC

689.5 Kpa

X

700 Kpa

164.95ºC

650 Kpa – 700 Kpa = -50 Kpa 650 Kpa – 689 Kpa = -39.5 Kpa -39.5 Kpa/-50 Kpa = 0.79 169.95ºC – 161.98ºC = 2.97ºC 2.97ºC * 0.97 = 2.3463 ºC 161.98ºC + 2.3463ºC = 164.3263ºC

TS = 164.3263 ºC Calcular la T2 mediante la tabla A-5 del libro de yunus a cengel que entra con presión de P2 = 6.75 Kpa como no se encuentra el valor interpolamos:

5.0 Kpa

32.87 ºC

6.75 Kpa

X

7.5 Kpa

40.29ºC

5.0 Kpa – 7.5 Kpa = -2.5 Kpa 5.0 Kpa – 6.75 Kpa = -1.75 Kpa -1.75 Kpa/-2.5 Kpa = 0.7 40.29ºC – 32.87ºC = 7.42ºC 7.42ºC * 0.7 = 5.194 ºC 32.87ºC + 5.194ºC = 38.064ºC

T2 = 38.064 ºC

Tabla A-5 del yunus a cengel para localizar TS a presión de 689.5 kpa.

Tabla a-5 del yunus a cengel para localizar T2 a presión de 6.75 kpa.

Paso 2: Balance de materia:

Balance por componente:

L1 = 800 kg/h Utilizando el balance de materia:

Suponiendo que V1=V2 se distribuye equitativamente por lo tanto:

V1 =V2=4600 kg/h

Balance de materia para cada efecto: Efecto 2:

L2=5400 kg/h Efecto 1: F1 = L2

L1=800 kg/h Balance por componente para cada efecto: Efecto 2:

(

XL2=0.0370

)

(

)

Efecto 1: F1 = L2

(

)

(

)

XL1=0.2497 Paso 3: Calculo de la caída o sumatoria de la temperatura: ∑ ∑ ∑ ∑∆T = 126.2623 ºC

Paso 4: Calculo de los valores de ∆T1 y ∆T2: Para ∆T1: ∑

∆T1 = 73.65ºC

Para ∆T2: ∑

∆T2 = 52.60ºC

Calculo de T1 y T2 (real) Para T1:

T1 = 90.67ºC

Para T2:

T2 = 38.07ºC

Paso 5: Resumen de temperaturas: TF = 37.77ºC

TSC = 164.3263ºC

TS = 164.3263ºC

T2 = 38.07ºC

T1 = 90.67ºC

Paso 6: Calculo de la Cp tomando como referencia el punto de ebullición del agua: La Cp se encuentra en la tabla A-3 del libro de yunus a cengel como dice el problema considerando la Cp para agua líquida. Cp = 4.18 kJ/kg ºk Cp = 4.18 KJ/kg ºk

Paso 7: Calculo de entalpias tomando Cp=4.18 KJ/kg ºk:

La Tref = 0ºC Para hF:

hF = 157.8786 KJ/kg

Para hL1:

hL1 = 379.4604 KJ/kg

Para hL2:

hL2 = 159.1326 KJ/kg

Paso 8: Calculo de entalpias con tablas de vapor:

Para HS mediante la tabla A-4 del libro de yunus a cengel que entra con temperatura de TS = 164.3263ºC como no se encuentra el valor interpolamos:

160ºC

2757.5 kJ/kg

164.3263ºC

X

165ºC

2762.8kJ/kg

160ºC– 165ºC = -5ºC 160ºC – 164.3263ºC = -4.3263ºC -4.3263ºC/-5ºC = 0.86526 2762.8kJ/kg - 2757.5 kJ/kg = 5.3kJ/kg 5.3kJ/kg* 0.86526 = 4.585878 kJ/kg 2757.5kJ/kg+4.585878 kJ/kg =2762.08 kJ/kg HS = 2762.08 KJ/kg

Para HV1 mediante la tabla A-4 del libro de yunus a cengel que entra con temperatura de T1 = 90.67ºC como no se encuentra el valor interpolamos:

90ºC

2659.6 kJ/kg

90.67ºC 95ºC

X 2667.6kJ/kg

90ºC– 95ºC = -5ºC 90ºC – 90.67ºC = -0.67ºC -0.67ºC/-5ºC = 0.134 2667.6kJ/kg - 2659.6 kJ/kg = 8kJ/kg 8kJ/kg* 0.134 = 1.072 kJ/kg 2659.6kJ/kg+1.072 kJ/kg =2660.672 kJ/kg HV1 = 2660.672 KJ/kg

Para HV2 mediante la tabla A-4 del libro de yunus a cengel que entra con temperatura de T2 = 38.07ºC como no se encuentra el valor interpolamos: 35ºC

2564.6 kJ/kg

38.07ºC 40ºC

X 2573.5kJ/kg

35ºC– 40ºC = -5ºC 35ºC – 38.07ºC = -3.07ºC -3.07ºC/-5ºC = 0.614 2573.5kJ/kg - 2564.6 kJ/kg =8.9 kJ/kg 8.9kJ/kg* 0.614 =5.4646 kJ/kg 2573.5kJ/kg+5.4646 kJ/kg =2578.96 kJ/kg HV2 = 2578.96 KJ/kg

Para hSC mediante la tabla A-4 del libro de yunus a cengel que entra con temperatura de TSC = 164.3263ºC como no se encuentra el valor interpolamos: 160ºC 164.3263ºC 165ºC

675.47 kJ/kg X 697.24kJ/kg

160ºC– 165ºC = -5ºC 160ºC – 164.3263ºC = -4.3263ºC -4.3263ºC/-5ºC = 0.86526 697.24kJ/kg – 675.47 kJ/kg = 21.77kJ/kg 21.77kJ/kg* 0.86526 = 18.836 kJ/kg 697.24kJ/kg+18.836 kJ/kg =694.333 kJ/kg hSC = 694.333 KJ/kg

Para hV1C mediante la tabla A-4 del libro de yunus a cengel que entra con temperatura de T1 = 90.67ºC como no se encuentra el valor interpolamos: 90ºC

377.04 kJ/kg

90.67ºC 95ºC

X 398.09kJ/kg

90ºC– 95ºC = -5ºC 90ºC – 90.67ºC = -0.67ºC -0.67ºC/-5ºC = 0.134 398.09kJ/kg – 377.04 kJ/kg = 21.05kJ/kg 21.05kJ/kg* 0.134 = 2.8207 kJ/kg 377.04kJ/kg+2.8207 kJ/kg =379.8607 kJ/kg

hV1C = 379.8607 KJ/kg

Tabla A-4 del yunus a cengel para localizar HS con una temperatura de TS=164.3263ºC.

Tabla A-4 del yunus a cengel para localizar HV1 con una temperatura de T1=90.67ºC.

Tabla A-4 del yunus a cengel para localizar HV2 con una temperatura de T2=38.07ºC.

Tabla A-4 del yunus a cengel para localizar hSC con una temperatura de TSC=164.3263ºC

Tabla A-4 del yunus a cengel para localizar hV1C con una temperatura de T1=90.67ºC

Paso 9: Calculo de vapor requerido para el evaporador: Balance de energia para el efecto 1:

Para efecto 2:

Despejando V1 del balance de energia del efecto 2:

sustituyendo:

4885.86 kg/h V1=4885.86 kg/h Por lo tanto tomando el balance de materia:

V2=4314.14 kg/h

Despejando S del balance de energía del efecto 1:

S = 6018.10 kg/h

Paso 10: Calculo de calor:

Convertir a w/h (

)

(

)

q1= 2834473.415 w/h

Convertir a w/h

q2= 2538317.612 w/h

Paso 11: Calculo del área:

A1=13.55 m2

A2=12.14 m2

Aprom=12.845 m2 Paso 12: Calculo de nuevos valores de ∆T:

∆T1=80.85ºC

∆T2=40.71ºC Paso 13: Calculo de la economía del vapor:

E.V=1.52

Paso 14: Calculo de la velocidad de alimentación F: (

)

(

)

Freal=7232.38 kg/h Para el cálculo de la velocidad de L1 tenemos que:

L1=578.5904 kg/h