Problemas de procesos prob 19 PDF

Preview

Summary

Problemas de procesos PROBLEMA 19. Se utiliza un evaporador de doble efecto (dos evaporadores en serie) para producir agua pura a partir de agua de mar que contiene 3 % en peso de sales disueltas. El agua de mar entra al primer evaporador a 300 K a una velocidad de 5000 kg/h, y el vapor saturado a u...

Description

Problemas de procesos PROBLEMA 19. Se utiliza un evaporador de doble efecto (dos evaporadores en serie) para producir agua pura a partir de agua de mar que contiene 3.5 % en peso de sales disueltas. El agua de mar entra al primer evaporador a 300 K a una velocidad de 5000 kg/h, y el vapor saturado a una presión de 4.00 bares alimenta a un conjunto de tubos en el primer evaporador. El vapor se condensa a 4.00 bares, y el condensado se extrae a la temperatura de saturación que corresponde a esta presión. El calor generado por el vapor que condensa en los tubos ocasiona que el agua se evapore de la disolución de salmuera a una presión de 0.60 bares, constante en el evaporador. La salmuera contiene a la salida 5.5 % de sal. El vapor generado en el primer evaporador alimenta un conjunto de tubos en el segundo evaporador. El condensado de los tubos y el vapor generado en el segundo evaporador a una presión de 0.20 bares constituyen el agua pura que se produce durante el proceso. Considerando que las disoluciones de salmuera en ambos evaporadores tienen las propiedades físicas del agua pura, y que éstos operan adiabáticamente.

a.-Etiqueta el diagrama de flujo del proceso, y proporciona la temperatura y la entalpía específica de cada flujo n1

n2 vapor

T=26.85°C Interpolación 26 108.9 26.85 112.47 28 117.3

F=4bar T=143.6°C Hv=2737.6 kJ/kg n2 liquido P=4 bar T=143.6°C Hl=604.7kJ/kg

n3 vapor saturado P=0.6 bar T=86.0°C Hv=2653.6 kJ/kg n3 líquido P=0.6 bar T=86.0°C Hl= 359.9 kJ/kg

n4

n5

n6

P=.6 bar Hp=359.9 kJ/kg

P= 0.2 bar T=60.1°C Hv=2609.9 kJ/kg

P=0.2 bar T=60.1°C Hl=251.5 kJ/kg

b.-Determina la velocidad a la que debe entrar el vapor al primer evaporador. Balance de materia Balance de Sal 4

1 n1 x sal=n4 X sal →n 4= 1

3

(500∗0.035 ) kg =3181.818 Balance H2O 0.055 h 4

n1 X sal =n3 X H 2O + n4 X H 2O

Balance global

n1= n3+ n4 → n3=n1 −n4 → n3=500 −3118.818=1818.181

kg h

Balance de energía

∆ H + ∆ E p+ ∆ Ek =Q−W

∆ H =∑ ( η ^ H ) entrada−∑ ( η ^ H ) Salida ^ 1 +n2 ^ H 2 l) ∆ H =n3 ^ H 3 +n4 ^ H 4 +n2 ^ H 2 v −( n1 H H 2l ∆ H =n3 ^ H 3 + n4 ^ H 4 +n2 ^ H 2 v −n 1 ^ H 1−n 2^ 2 2 H v− ^ H l )− n1 ^ H1 ∆ H=n3 ^ H 3 +n4 ^ H 4 +n2 ( ^

Remplazando valores en el balance de energía

( )( )( )( ) ( )( ) ∆ H =(1818.181 kg )( 2653.6 kJ )( 3181.181 kg )(359.9 kJ )+604.7 n −2737.6 n −( 500 kg )( 112.47 kJ ) h kg h kg h kg ∆ H = 1818.181 kg 2653.6 kJ 3181.181 kg 359.9 kJ +n2 ( 604.7− 2737.6 ) − 500 kg 112.47 kJ h kg h kg h kg 2

2

4824725.102 + 1145136.298 +604.7 n2−2737.6 n2−562350 n2 2132.9=5407511.4

n2=2535.285

kg h

c.-Determina la velocidad de producción de agua pura y la concentración de sal (porcentaje en peso) de la disolución final de salmuera Balance de materia segundo efecto Balance global

n4 =n5 +n 6 → 3181.818

kg =n5−n6 → n5=3181 −n6 h

Balance energía

∆ H + ∆ E p+∆ Ek =Q−W ∆ H =∑ ( η ^ H ) entrada−∑ ( η ^ H ) Salida H 4) ∆ H =n5 ^ H 5 +n3 ^ H 3 l +n6 ^ H 6− ( n3 ^ H 3 v + n4 ^ H4 ∆ H =n5 ^ H 5 +n3 ^ H 3 l +n6 ^ H 6−n3 ^ H 3 −n4 ^ 3 3 Hl − ^ H v) −n4 ^ H4 ∆ H =n5 ^ H 5 + n6 ^ H 6 + n3 ( ^

Remplazando valores en balance de energía

( kgkJ )+ n ( 251.5 kgkJ )+ 1818.181 kgh (359.9 −2653.6 ) kJkg −( 3181.818 kgh )(359.9 kgkJ ) kJ kJ kJ kJ ∆ H =n ( 2609.9 )+ n ( 251.5 )−4170361.76 −1145136.298 h kg kg h kJ kJ kJ n ( 2609.9 ) +n (251.5 )=5315498.059 kg kg h (2609.9 kgkJ (3181.818−n ) ) +n (251.5 kgkJ ) =5315498.059 kgh ∆ H =n5 2609.9

6

5

6

5

6

6

6

8304226.798−2609.9 n6 +251.5 n 6=5315498.058 n6=

KJ h

8304226.798 −5315498.088 =1267.269636 kg 2358.4

n5=31810818−1267.26936=19414.5483564 kg

Producción de agua

n3 + n5 =n7 n7=1818.181+ 1914.548364 =3732.729364

kg h

Concentración de sal

( 0.035) ( 5000 )=1818.181 x → x =0.09625004331

kg sal kg

d.-Indica por qué es necesario que la presión disminuya al pasar de un evaporador a otro. Para lograr la condensación y así nuestro producto final (agua dulce), se requieren ciertas condiciones como son determinador cambios de temperatura y cambios de presión, por lo tanto, es necesario la disminución de la presión para este problema, ya que es un parámetro, condición para llegar al resultado....