Problema 2: Evaporador simple con un solución de NaOH

Se desea concentrar una solución de agua con hidróxido de sodio de una concentración inicial de 1% a 35% peso empleando un vapor de calentamiento con una presión d 1.5 kg/cm2 manométricos, el coeficiente global es de 840 kcal/°Cm2 si la presión del espacio del vapor se mantiene a 600 mm de vacío calcular la cantidad de concentrado, de vapor generado y la cantidad de vapor de calentamiento y el área de transmisión necesaria.

Balance de masa

F+ S = L + V + S ; F = L + V ; L = F – V

A partir del balance de masa en función de sólidos calculamos V y L

Fxf = LxL + Vy

25000(0.1)= L (0.35) + V (0) *El valor de y es cero porque el arrastre es despreciable*

L = 25000/0.35

L = 7142 kg/ hr Cantidad de concentrado

V = 25000 - 7142

V= 17857 kg/hr Cantidad de vapor generado

**Para calcular las entalpias tenemos que:

Tomamos los datos de ƛs y Ts del problema anterior ya que tienen las mismas condiciones

ƛs = 520 Kcal/kg

Ts = 127°C

600 mm vacío

u=840 kcal/m2-c

F = 25000 Kg/hr

Tf= 20 °C

xf= 0.1

hfS

Ts

Ps=1.5 Kg/cm2

V

y= 0

Tv

Hv

TL=100°C

L

XL=0.35

hL

Calculando la presión del vapor de calentamiento:

1 atm = 1.03327 Kg/cm2

Pabs = Patm + Pman

Pabs = 1.03327 + 1.5 = 2.5332 Kg/cm2

Para el cálculo de hf utilizamos el diagrama de entalpia concentración del libro Tojo y Ocon Página 171:

A 20 °C y x = 0.1 hf = 18 kcal/kg

Dado que se tiene una presión de vacío de 600mm de Hg en la cámara de vaporización, se calcula la presión absoluta para luego obtener la temperatura de ebullición del agua:

Pabs= patm – pvacío ; Pabs= (760-600)mmHg = 160mm Hg = 0.217kg/cm2

Teb agua a 0.217kg/cm2= 62°C

Con la temperatura de ebullición del agua calculamos la elevación del punto de ebullición de la solución al 0.35 NaOH recta de Dúhring libro Tojo y Ocon página 164

Tsol= 68°C Elevacion = Tsol-Tebagua Elevación= 68-62 = 6°C

Ahora se calcula el calor de vaporización y le cp del agua a 62°C dado que Hv= ƛv +0.046(∆eb):

Para ƛv tenemos que Para el cp del agua tenemos = 0.46kcal/kg

T en ° C ƛv en Kcal/ kg Libro Tojo y comprobación con Section 2 Perry

60 562.8 Physical and chemical Data pdf pág. 417

65 559.9

62 x= 561.64

Apéndice 8 Mc Cabe

Hv = 561.64 +0.46(6) Hv= 564.4 Kcal/kg

Ahora calculamos el valor de hL mediante el diagrama entalpia concentración del libro Tojo y Ocon página 171:

xL= 0.35

Temperatura de ebullición de la solución de 68°C

hL= 66kcal/kg

Con base en el balance de energía tenemos:

Fhf+ Sƛs = LhL + VHv ; S = (LhL + VHv-Fhf)/ ƛs

S = [7142(66) + 17857(564.4)-(25000*18)]/ 520

S = 19422.81 kg/hr Cantidad de vapor de calentamiento

Ahora despejamos de la ecuación general de calor, el área:

Q = UA∆T = Sƛs ; A = Sƛs/ U∆T ∆T=Ts-Tebsol

A = [(19422)(520)]/[(840)(127-68)]

A = 203.78 m 2 Área de transferencia necesaria