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• Yoselin Estrella

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3.1. En un evaporador simple entran 15 000kg/h de una disolución coloidal de composición 5% en peso y han de concentrarse hasta 20% en peso. La calefacción se efectúa por medio de vapor vivo que condensa a 110°C y el condensado abandona la cámara de condensación sin enfriarse. En la cámara de evaporación se mantiene una presión absoluta de 250 mmHg. La disolución no tiene aumento apreciable en el punto de ebullición, y su calor especifico puede considerarse igual a la unidad para todas las concentraciones. La alimentación entra a 20°C. El coeficiente integral de transmisión de calor para las condiciones de operación vale 1 800Kcal/𝑚2 .h.°C. El vapor procedente de la disolución se condensa en un condensador de contacto directo con agua que entra en el condensador a 20°C y sale a 50°C. Calcúlese: a) La superficie de calefacción. b) El consumo horario de vapor vivo. c) El consumo horario de agua para la condensación.

3.2. En un evaporador simple se han de concentrar 20 000 kg/h de una disolución desde 10% hasta el 40% en peso. El vapor de calefacción es vapor saturado a 1,8 at de presión absoluta, y el condensado sale a la temperatura de condensación. El vapor procedente de la disolución condensa a 50°C; la disolución no presenta aumento apreciable en el punto de ebullición y su calor especifico puede tomarse igual a la unidad para todas las concentraciones. La alimentación entra a 20°C y el coeficiente integral de transmisión del calor tiene un valor medio de 3 000 kcal/𝑚2 .h.°C. Calcúlese: a) La superficie de calefacción. b) El consumo horario de vapor vivo. c) La economía.

3.3. Después de algún tiempo de funcionamiento se comprueba que en el evaporador anterior el valor del coeficiente integral de transmisión del calor desciende a 2 500 kcal/𝑚2 .h.°C debido a las incrustaciones sobre los tubos de calefacción. Si persisten las demás condiciones indicadas en el problema anterior, determínese: a) La presión que ha de mantenerse en la cámara de evaporación para que la producción horaria sea la misma. b) Las condiciones del vapor de calefacción si no se varia la presión en la cámara de evaporación, para lograr la misma evaporación horaria.

3.4. En un evaporador de simple efecto se concentra una disolución de BrNa desde el 10% hasta el 40% en peso, empleando vapor de calefacción a 2,6 at, y siendo la temperatura de condensación del vapor procedente de la cámara de evaporación 40°C. El coeficiente integral de transmisión de calor para las condiciones de trabajo es 1 600 kcal/𝑚2 .h.°C. Los calores específicos de las disoluciones del 10% y del 40% son 0,888 y 0,613 kcal/𝑚2 .h.°C. Calcúlese la capacidad del evaporador en kilogramos por metro cuadrado y hora, si la disolución entra a 20°C.

3.5. Una disolución acuosa de glicerina ha de concentrarse en un evaporador simple desde 5% hasta el 30% en peso, empleando vapor de calefacción a 1,4 at de presión absoluta, y manteniendo en la cámara de evaporación una presión absoluta de 100 mmHg. Para las propiedades de la disolución pueden tomarse las del agua y considerar que la glicerina tiene una volatilidad despreciable en las condiciones de operación. Si las perdidas de calor al exterior son nulas, la disolución entra a 18°C, el coeficiente integral de transmisión de calor vale 1 000kcal/𝑚2 .h.°C, y la superficie de calefacción es de 60𝑚2 , Calcúlese: a) La capacidad del evaporador. b) La cantidad de vapor de calefacción necesario por hora.

3.6. Se han de concentrar 15 000kg/h de una disolución coloidal desde el 20% hasta el 60% en peso en un evaporador simple cuyo coeficiente integral de transmisión del calor en las condiciones de operación es 1 600kcal/𝑚2 .h.°C. El vapor de calefacción es vapor saturado a 1,8 at, y en la cámara de evaporación la presión absoluta es de 150 mmHg. La disolución no tiene aumento apreciable en el punto de ebullición y entra en el evaporador a 20°C con un calor especifico de 0,92 kcal/kg. °C, variando este linealmente con la concentración. Calcúlese el consumo horario de vapor de calefacción y la superficie de calefacción necesaria.

3.7. Un evaporador simple se alimenta con disolución de CINa al 15% a razón de 10 000kg/h. El producto de salida son cristales de CINa acompañados con el 20% en peso de aguas madres cuya concentración es de 26,9% en peso de CINa. La disolución entra en el evaporador a 20°C, se calienta con vapor saturado a 1,50 at, y en la cámara de evaporación se mantiene un vacío tal que la disolución hierve a 54°C, con un incremento en el punto de ebullición de 6°C. Para el coeficiente integral de transmisión de calor en las condiciones de operación puede tomarse el valor de 1 400kcal/𝑚2 .h.°C, el calor especifico del CINa solido es 0,2kcal/kg.°C, el de la disolución del 15% es 0,79kal/kg.°C, y puede considerarse que varia linealmente con la concentración. Calcúlese: a) La cantidad de vapor de calefacción necesario. b) La superficie de calefacción.

3.8. En una de las fases de fabricación de un compuesto orgánico se ha de incluir un evaporador de simple efecto para concentrar una disolución de ese compuesto desde el 10% hasta el 60% en peso. Se ha de diseñar el evaporador para tratar 20 000kg/h de disolución a 18°C, precalentada en un cambiador hasta 48°C. El coeficiente integral de transmisión del calor en el precalentador es 3 200kcal/ kcal/𝑚2 .h.°C. Sobre el espacio de evaporación se mantiene un vacío que permite hervir la disolución a 64°C, siendo despreciable la elevación en el punto de ebullición. El vapor procedente de la disolución se condensa en un condensador de contacto directo, saliendo el agua a 40°C. El coeficiente integral de transmisión del calor en el evaporador es 1 000kcal/𝑚2 .h.°C. Para la calefacción del evaporador y del precalentador se dispone de vapor saturado a 3,2at de presión absoluta. Las pérdidas de calor al exterior son el 5% del calor requerido en el precalentador. Calcúlese: a) La superficie de calefacción del precalentador. b) La cantidad de agua consumida en el condensador si el agua de que se dispone está a 20°C. c) La cantidad de vapor vivo consumido. d) La superficie de calefacción del evaporador.

3.9. En un evaporador simple se tratan 10 000kg/h de una disolución de NaOH al 20% y han de concentrarse hasta el 50% en peso. El vapor empleado como medio de calefacción es vapor saturado a 4 at de sobrepresión. En la cámara de evaporación se mantiene una presión absoluta de 150 mmHg. El coeficiente integral de transmisión de calor vale 2 500 kcal/𝑚2 .h.°C. Si la alimentación entra en el evaporador a 20°C, calcúlese: a) La superficie de calefacción. b) El consumo horario de vapor de calefacción. c) La economía.

3.10. En un evaporador simple que trabaja a un vacío de 600 mmHg (referido a la presión atmosférica normal), se han de concentrar 4 000kg/h de NaOH a 20°C, desde el 10%hasta el 35% en peso, empleando vapor de calefacción que condensa a 120ºC. Determínese la superficie de calefacción si el coeficiente integral de transmisión del calor en las condiciones de operación tiene un valor medio de 1 300 kcal/𝑚2 .h.°C.

3.11. En un evaporador simple cuya área de calefacción es de 30𝑚2 se concentra una disolución de NaOH desde el 10% hasta el 40% en peso, a razón de 4 000kg/h, entrando en el evaporador a 60°C. Para la calefacción se dispone de vapor saturado que condensa a 115°C, y en el espacio de evaporación se mantiene una presión absoluta de 20 mmHg. Si la cantidad de vapor de calefacción empleado es de 4 000 kg/h, calcúlese: a) El calor perdido al exterior, expresado en el porcentaje del calor suministrado. b) El coeficiente integral de transmisión del calor.

3.12. En la fabricación de un producto farmacéutico se emplea etanol como agente de extracción. Para recuperar el etanol se somete a evaporación la disolución de salida, en un evaporador simple, condensando los vapores de alcohol en un condensador de contacto indirecto, y enfriando el producto posteriormente en un cambiador de calor hasta la temperatura de entrada del alcohol en el extractor. Las propiedades del extractor pueden considerarse sensiblemente iguales a las del alcohol, y la tensión de vapor del producto extraído se supone despreciable. En el evaporador entran 5 000kg/h de alimentación a 15°C con una concentración del 90% en etanol, y el producto de salida tiene una concentración del 20% en peso de etanol. En la cámara de evaporación se mantiene una presión absoluta que permite a la disolución hervir a 40°C, y para la calefacción se dispone de vapor saturado a 1,45 at. Como agente de enfriamiento para el condensador y para el cambiador se dispone de una disolución salina a -10°C,de calor especifico 0,80kcal/kg.°C y peso específico 1 160 kg/𝑚3 ,que entra separadamente en el condensador y en el cambiador y se calienta en ambos hasta 10°C. Los coeficientes integrales de trasmisión del calor para el evaporador, condensador y cambiador valen 1 700,2 300 y 300 kcal/𝑚2 .h.°C. Calcúlese: a) Cantidad de etanol recuperado. b) Consumo de vapor de calefacción, suponiendo que hay un 8% de perdidas de calor al exterior. c) Cantidad de disolución salina necesaria para el enfriamiento en el condensador y cambiador. d) Áreas de superficie necesarias para el evaporador, condensador y cambiador. e) Economía del proceso.