Evaporación
La evaporación es un proceso de cambio de estado del líquido al gaseoso. Consiste en la eliminación de un líquido de una solución por tratamiento térmico. Tiene dos características importantes:
- Transferencia de energía (calor)
- Concentración de soluciones (elimina agua)
Ventajas: Costo moderado, calentadores de gran superficie.
Desventajas: No son apropiados para soluciones precipitantes o incrustantes, son altamente sensibles.
Métodos de Cálculo para la Evaporación de Múltiple Efecto
Método de Kern
Se propone para ahorrar tiempo suponiendo directamente la cantidad de vapor vivo y resolviendo cada efecto por reducción sucesiva.
Método de Larian
Una vez puestas en las cámaras las temperaturas, suponemos el área de transferencia de calor y se calculan las cantidades de este cuando se transmiten.
Método de Badger y McCabe
Es un método de aproximaciones sucesivas y para su aplicación se asumen las temperaturas de las diferentes cámaras y se determinan los flujos de evaporación.
Tipos de Evaporadores
Calandria, tubos horizontales, canasta, tubos verticales largos.
Criterios de Clasificación de Evaporadores
Número de recipientes, disposición tubular, longitud de tubos, geometría, sistema de bombeo.
Clasificación de las Operaciones Unitarias
Según la Propiedad que se Transfiere
- Movimiento: Fluidización, sedimentación, filtración.
- Calor: Evaporación, esterilización.
- Materia: Destilación, extracción.
Según su Aplicación
- Separación: Destilación, absorción, extracción.
- Conservación: Secado, refrigeración.
Métodos de Aproximaciones Sucesivas
- Esquema y datos.
- Cálculo y distribución de ΔT.
- Definición de las condiciones térmicas de los caudales.
- Planteamiento de balances de materia y energía.
- Búsqueda de información termodinámica de balances.
- Sustitución y simplificación de los balances de un sistema simultáneo de ecuaciones.
- Solución del sistema de ecuaciones para obtener las incógnitas del proceso.
- Verificar el primer estimado de los requerimientos superficiales, redistribución.
ΔT en Cada Uno de los Efectos del Sistema de Evaporación
Se da por las diferencias de temperatura entre el medio calefactor y la solución concentrada.
ΔT en un Evaporador de Múltiple Efecto
Se da por el efecto de la suma de los ΔT de cada uno de los efectos que conforma el sistema.
En el Caso de un ΔT Negativo
Incrementar la cantidad de vapor vivo o calentamiento, suministrar vacío al último efecto del sistema con la función de minimizar Te2.
Capacidad en un Evaporador
Es la cantidad del líquido evaporado en la unidad de tiempo (cantidad de masa del solvente). Capacidad del evaporador es de 2100 lb de agua evaporada/hora.
Proceso
El conjunto de actividades u operaciones industriales que tiende a modificar las propiedades de las materias primas con la finalidad de obtener productos.
Destilación
Es una operación unitaria que tiene como objetivo la separación de los componentes que forman una mezcla líquida mediante la aplicación de calor.
Clasificación de la Destilación
Destilación Simple
Se utiliza cuando la mezcla de un producto líquido a destilar contiene únicamente una sustancia volátil o bien, más de una sustancia volátil, pero el punto de ebullición del líquido difiere al menos en 80 °C de los otros.
Destilación Fraccionada
Cuando la mezcla de líquidos que se quiere destilar contiene sustancias volátiles con diferentes puntos de ebullición y con diferencias entre ellos menores a 80 °C.
Destilación por Arrastre de Vapor
Posibilita la purificación o el aislamiento de compuestos de puntos de ebullición elevados. Se utiliza para sustancias mayores a los 100 °C que se descomponen antes o al alcanzar su punto de ebullición.
Destilación Binaria
Se utiliza para separar los componentes de una mezcla líquida en la que el vapor producido tenga diferentes composiciones que el líquido del cual se produjo.
Ley de Raoult
Es una ley que puede definirse para fases vapor-líquido en equilibrio. Se utiliza para soluciones ideales, como por ejemplo, benceno-tolueno, hexano-heptano; por lo general, con sustancias muy parecidas entre sí.
Volatilidad Relativa
En el diagrama de equilibrio para una mezcla binaria A-B, cuanto mayor sea la distancia entre la línea de equilibrio, mayor será la diferencia entre la composición del vapor y la composición del líquido.
Método de Destilación Simple
Se realiza la producción de vapor por ebullición de la mezcla líquida que se va a separar en una sola etapa, recuperando y evaporizando los vapores. Se utiliza la destilación por lotes, arrastre de vapor.
En el segundo, implica el retorno de una porción del condensador al destilado. Los vapores se desprenden en una serie de platos a contracorriente. A este se le llama destilación fraccionada por reflujo.
Criterios de Estabilidad de Routh
Estabilidad = raíces de la ecuación característica de la ED. Los criterios de Routh no se calculan con las raíces de la ED característica.
Método de McCabe-Thiele
Para determinar el número de platos teóricos para cierta separación de una mezcla binaria A-B.
Condiciones de Alimentación
Cuando se tiene una mezcla vapor-líquido se representa por f o q la fracción vaporizada y 1 – f a la fracción líquida. Cuando f < 1 se tiene líquido por debajo de su punto de ebullición, cuando 0 < f < 1 un líquido más vapor, f = 0 vapor saturado.
Efectos de las Condiciones de Alimentación
Existen 5 tipos de alimentación. Las condiciones de la corriente de alimentación que entra en la torre determinan la relación entre el vapor en la sección de agotamiento y la de enriquecimiento.
Extracción
Para separar componentes de una mezcla por adición de un solvente a uno de los componentes de la mezcla, el líquido se vaporiza parcialmente para crear otra fase.