¡Descarga Ejercicio evaporarle de tres efectos y más Apuntes en PDF de Procesos de Separación Química solo en Docsity!
Procesos de Separación 2. TF 3332 Prof. Sabrina Di Scipio
Problema Resuelto Evaporación
Se tiene un evaporador de tres efectos para concentrar una solución de NaOH, desde 5% hasta 50%. Se desea un flujo final de producto de 20000 lb/h. Se utiliza un vapor de agua a 125 psia y 34,3 ºF. La solución inicial, entra al primer efecto a una temperatura de 60 ºF. El vapor que sale del tercer efecto, es condensado a 1 psia (101,7 ºF). Puede considerar que los tres efectos tienen áreas iguales. Determine el área, el flujo inicial de vapor de calentamiento y los flujos de vapor V 1 , V 2 y V 3.
Resolución:
- Balance global:
FzF = L 3 x 3 ; F(0,05) = 20000(0,5) Ö F = 200000 lb/h
V 1 + V 2 + V 3 = F – L 3 = 180000 lb/h
Supongo V 1 = V 2 = V 3 = 180000/3 = 60000 lb/h
F = L 1 + V 1 Ö L 1 = 140000 lb/h
L 1 = L 2 + V 2 Ö L 2 = 80000 lb/h
L 2 = L 3 + V 3 Ö L 3 = 20000 lb/h
FzF = L 1 x 1 Ö x1 = 200000(0,05)/140000 = 0,
L 1 x 1 = L 2 x 2 = FzF Ö x 2 = 200000(0,05)/80000 = 0,
Vo=? P=125 psia T= 344,3ºF
F=? T= 60ºF 5% NaOH
L 3 = 20000 lb/h 50 % NaOH
V (^1) V 2 V^3
L 1 L^2
T (^1) U 1 =
T (^2) U 2 =
T (^3) U 3 =
T (^) 1S T^ 2S^ T^ 3S
P=1 psia T= 101,7ºF
- Temperaturas de cada efecto
Se sabe que la temperatura de salida del condensador es 101,7 ºF, por lo tanto V 3 tiene una temperatura de saturación (agua pura) a 1 psia de 101,7 ºF. Ahora bien, en el efecto 3 la solución sale a una concentración de 50%, por lo tanto, la temperatura de ebullición de la solución, es considerablemente diferente a la del agua pura. En el diagrama de Dühring, con la temperatura de ebullición del agua (101,7ºF), busco Teb de la solución Ö Tebsoluc = T 3 ≈ 171,7 ºF Ö BPR 3 = 70 ºF.
Sugerencia: usar diagrama de Dühring que está en la Guía del Prof. Claudio Olivera, pág 11 (está en la carpeta de Proc II de Aula Virtual).
Supongo temperaturas del efecto 1 y del 2.
Puedo suponer que la variación de temperatura en los tres efectos es igual, para tener un primer estimado. La variación de temperatura total es T 0 – T 3 = 344,3 – 171, Divido entre 3 y obtengo que la variación por efecto es 57,53 ºF.
T 1 = 344,3 – 57,53 = 287 ºF Esta es la temperatura que se requiere para concentrar la solución hasta 7,1%, pero debo hallar la temperatura correspondiente al agua pura, para determinar la T2S, temperatura que corresponde al V1 como vapor saturado y únicamente se transfiere el calor latente. Del diagrama de Dühring con la Teb soluc y concentración 0,071, busco la Teb del agua T (^) 2S = 280 ºF Ö BPR 1 = 7 ºF.
T 2 = T2S – 57,53 = 222,47 ºF
Igual que antes, con Teb soluc y concentración 0,125, busco la Teb del agua T3S ≈ 213 ºF Ö BPR 2 ≈ 10 ºF.
Supongo que el calor transferido en los tres efectos es igual.
U 1 A 1 ΔT 1 = U 2 A 2 ΔT 2 = U 3 A 3 ΔT 3
U 1 /ΔT 1 = U 2 /ΔT 2 = U 3 /ΔT 3
U 1 /U 2 = ΔT 2 / ΔT 1 = 800/500 Ö ΔT 2 =1,6 ΔT 1 (1)
U 2 /U 3 = ΔT 3 / ΔT 2 = 500/300 Ö ΔT 3 =1,67 ΔT 2 (2)
ΔT 1 + ΔT 2 + ΔT 3 = 344,3 – 101, 7 – SUMA(BPR) = 344,3 – 101, 7 – (7 + 10 + 70) (3)
ΔT 1 + ΔT 2 + ΔT 3 = 155,6 ºF
De las ecuaciones (1), (2) y (3):
ΔT 1 = 29,5 ºF = T 0 – T 1 Ö T 1 = 314,8 ºF ≠ 287 ºF (Mala suposición) ΔT 2 = 47,2 ºF = T2S – T 2 con T 1 , se busca T2S en diag Dühring ≈ 310 ºF Ö T 2 = 262,8ºF
Con T2S y x 1 (200000(0,05)/(82200+60800)=0,0699) se lee T 1 ≈ 298 ºF
Volviendo al balance de energía, se obtiene:
V 0 = 110000 lb/h; V 1 = 57300 lb/h; V 2 = 61100 lb/h Ö V 3 = 60500 lb/h
Verifico que x 1 y x 2 no cambien considerablemente
Calculo de nuevo las áreas
A 1 = 2640 ft 2
A 2 = 2640 ft 2
A 3 = 2720 ft^2
Ya en este punto el cálculo podría concluir.
