Aporte Individual3 Liuman Porras

7/24/2019 Aporte Individual3 Liuman Porras

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PRACTICA SECADOR ROTATORIO Y EVAPORACION CONTINUA

VIRTUALPLANT TRANSFERENCIA DE MASA

LIUMAN HAISUAN PORRAS GARICA

CC: 1105782917

TUTOR

OSVALDO GUEVARA

INGENIERO QUIMICO

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA UNAD

ESCUELA ICBTI

TRANSFERENCIA DE MASA (ING ALIMENTOS N!

GRUPO: 211"1210

NOVIEMBRE 2# 2015


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EVAPORACIN CONTINUA

A partir de la guayaba es posible producir concentrado de pulpa realizando unaevaporacin al producto que se obtiene a la salida de la despulpadora. En este proceso serequiere un sistema de evaporacin continua de doble efecto en el que se retira lacantidad de agua suficiente para que la pulpa alcance una concentracin de slidos de

62 Brix aproximadamente.

!. OBJETIVOS

1.1 OBJETIVO GENERAL

Estudiar el comportamiento de un evaporador continuo.

!.2 Objetivo especico

Estudiar el efecto que tiene el caudal de alimento sobre la cantidad de vapor vivo

requerido y la cantidad de fluido evaporado en el primer y segundo efecto.

2. SUPOSICIONES ! RESTRICCIONES

"o #ay p$rdidas de calor con los alrededores.

El evaporador funciona en r$gimen laminar.

El evaporador tiene zonas definidas de calentamiento y cambio de fase.

%. PROCE"I#IENTO

El usuario variar& el caudal el de alimentacin de pulpa al evaporador y tomar& los valoresde operacin correspondientes a los pesos del condensado de vapor vivo y vaporproveniente del primer efecto as' como la altura de los tanques de almacenamiento delcondensado del vapor generado en el segundo efecto y el licor concentrado.


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(. VARIABLES "E ENTRA"A ! SALI"A

).! V$%i$b&es 'e e(t%$'$

*audal de alimentacin al evaporador

).2 V$%i$b&es 'e s$&i'$

+eso balanza de condensado de vapor de calentamiento +eso balanza de condensado de vapor generado en primer efecto Altura tanque de almacenamiento de vapor segundo efecto Altura tanque de almacenamiento de licor concentrado

). LISTA "E E)UIPOS

E,!-( Evaporador continuo de pel'cula ascendente E,!-) *ondensador +,!!2 AB Bomba de alimentacin de pulpa /de tornillo0

6. PAR*#ETROS "E OPERACIN ! E)UIPOS

P$%+,et% S,bo V$&o% U(i'$

+resin Atmosf$rica /Bogot&0 +atm -1(1 bar

ensidad del Alimento 34 !2--5g

P$%+,et%os 'e Ope%$ci-( "ise/o S,bo V$&o% U(i'$

+orcentae de 7lidos en el Alimento 84 -!! 9Br

+orcentae de 7lidos en el +roducto 8+ -6% 9Br *alor Espec'fico del Alimento *p4 %:!: 5;

>emperatura del Alimento T4 2- 9*

+resin de ?apor de *alentamiento +s !@:) 5+

>emperatura de 7aturacin del ?apor de *alentamiento >s !2- 9*

*oeficiente lobal de >ransferencia de *alor +rimer Efecto ! !--- Cm2ransferencia de *alor 7egundo 2 :-- Cm2iempo de Estabilizacin > %6-- s


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i&metro de Alamcenamiento del Ficor *oncentrado ! m

0. I#AGEN "E LA PR*CTICA

GUIA.


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:. VARIABLES "E LA PR*CTICA

Fas variables asociadas a la pr&ctica y sus principales caracter'sticas se presentan en la>abla 22,!.

T$b&$ 21. ?ariables.

No,b%e S,bo "esc%ipci-(V$&o%

V$&o%

V$&o%

U(i' I(st%4,e(

*audal

dealimentaci

q4*audal de

pulpa

alimentado alevaporador

6 % 1 m%# Iot&metro

+esobalanza decondensadode vapor decalentamient

mc

+eso delcondensado

de vaporusado en elcalentamiento del primer

%@!!.!)

!@)).):

()6%.-!

5gBalanza


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+esobalanza decondensado

de vaporgenerado en

primerefecto

m?!

+eso delcondensado

de vaporgenerado enprimer efectoy usado paracalentamient

o delsegundo

%-26

!)!% %)%-.%(

5gBalanza

Altura tanquede

almacenamiento de

condensadode vaporsegundo

#!

"ivel en eltanque de

almacenamiento del

condensadodel vapor

generado en

2.((

!.22 2.:( mJedidor

denivel

altura tanquede

almacenamiento de licor

concentrado

#

"ivel en eltanque de

almacenamiento del licor

concentrado

!.66-.:% !.@% m ,


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@. 5R#ULAS

*alculo de fluo m&sico del producto

m =mF *

xFP

x

/!0

P

*alculo fluo total de agua evaporada

mV 1 +mV 2 =mF mP

/20

*alculo gradiente total de temperatura

T1+T2 =Ts

T2

/%0

*alculo entalp'a del alimento al primer efecto

HF =CpF *(tF 0) /(0

*alculo entalp'a del alimento al segundo efecto

HF 1 =Cp1 * (T1

0)/)0

*alculo entalp'a del producto

HP =CpP *(T2 0) /60

*alculo de entalp'as de vapor

HV =(1.3244 *T ) +

2528.3/10

*alculo de entalp'as de l'quido saturado

HC =(4.2829 *T )

1.3211/:0


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(2) mV 1 +mV 2 =mF mP

(3) mS *(HVS HCS )=mV ! *(HV 1HC1 )

U1 *(TS T1 ) U 2 *(T1T2 )

(4) mF*HF +mS*HVS =mV 1 *HV 1 +mF1 *HF1 +mS*HCS

(5) mF1*HF1+mV1 *HV1=mV2 *HV2+mP*HP+mV1 *HC1

*alculo de altura de condensado de vapor generado en segundo efecto.

h1 = mV 2 *T / a 1

/@0

988T

*alculo de altura de licor concentrado en tanque de almacenamiento

h =mP

*T / a

P

/!-0

T


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!-. ALGORIT#O "E C*LCULO

#. 7e ingresa el caudal de alimentacin de solucin a concentrar.i. *onociendo la concentracin de la pulpa al ingreso y a la salida del evaporador se

calcula el fluo de producto con la Ecuacin !.b. 7e #alla el fluo total de agua evaporada definido como la diferencia entre el

fluo de alimentacin y el de producto concentrado. Ecuacin %.d. 7e define el gradiente total de temperatura como la diferencia entre la temperatura

de saturacin del vapor de calentamiento y la temperatura de ebullicin en elsegundo efecto. 7e asume que el gradiente de temperatura en el primer efecto esigual al del segundo efecto.

e. 7e calculan las entalp'as del alimento al primer efecto alimento al segundo efectoy producto aplicando las Ecuaciones ( ) y 6.

f. 7e calculan las entalp'as del agua como vapor y l'quido a las siguientestemperaturasK temperatura de entrada de vapor vivo temperatura de primer efecto

temperatura de producto. Ecuaciones 1 y :.Estas ecuaciones corresponden a lascorrelaciones de las tablas encontradas en la >abla A.(.2 de libro Introduction toFood Engineering referenciado en la bibliograf'a.

g. +ara calcular los fluos requeridos es necesario definir un sistema de cincoEcuaciones con cinco incgnitas #alladas a partir del balance de masa y energ'aalrededor del evaporador. Fas Ecuaciones se muestran en la pagina anterior y sedefinen las siguientes incgnitasK mp mv! mv2mf! ms. +ara resolver el sistemase utiliza el m$todo de sustitucin llegando a resultados positivos validos.

#. A partir de la solucin del sistema de ecuaciones y tomando un tiempo deestabilizacin de ! #ora se encuentran directamente los valores del peso de

condensado de vapor de calentamiento y vapor generado en el primer efecto.

i. 7e calcula la altura de liquido en el tanque de almacenamiento de condensado devapor proveniente del segundo efecto con la Ecuacin @.

. 7e calcula la altura de l'quido en el tanque de almacenamiento de licorconcentrado con la Ecuacin !-.

!!. TABLAS A GENERAR

El desarrollo debe generar una tabla que contenga los valores del caudal de alimentacin

en funcin de los fluos principales de vapor que se condensa producto y licorconcentrado. Fos caudales de los condensados de proceso y servicio correspondientes aun determinado caudal de alimentacin.


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!2. BIBLIOGRA5IA

Fa teor'a asociada a esta pr&ctica se puede consultar en los siguientes textosK

Jc*ABE 7JL>M *AIIN>>. Unit operations of chemical engineering. "eO Por5)t# ed. edit. JcraO,Mill !@@%.

7L"M +aul and MEFJA" ennis. Introduction to Food Engineering. lasgoO%rd ed. edit. Academic +ress 2--!.

Paginas recomendadas

#ttpK2!%.22@.!%6.2esp7erviciosippcpdfmtdElaboradosveg.+4

Jeoras t$cnicas disponibles en la industria de elaborados vegetales.

#ttpKOOO.ucm.esinfonutricioevaporadores.pdfLm&genes evaporadores reales

#ttpKOOO.lcicorp.comevapdocsc#emprocQ7.pdf

Evaporacin de productos dif'ciles de evaporar.br.geocities.comabgalimtectextoagb.#tm

#ttpKOOO.geocities.com*ape*anaveral7tation6-%)evaporacionE?A+Q"E>2.#tml

4uncionamientos evaporadores
http://213.229.136.2/esp/Servicios/ippc/pdf/mtd/Elaboradosveg.PDFhttp://www.ucm.es/info/nutricio/evaporadores.pdfhttp://www.lcicorp.com/evap/docs/chemproc_S.pdfhttp://br.geocities.com/abgalimtec/textoagb.htmhttp://www.geocities.com/CapeCanaveral/Station/6035/evaporacion/EVAP_NET2.htmlhttp://www.ucm.es/info/nutricio/evaporadores.pdfhttp://www.lcicorp.com/evap/docs/chemproc_S.pdfhttp://br.geocities.com/abgalimtec/textoagb.htmhttp://www.geocities.com/CapeCanaveral/Station/6035/evaporacion/EVAP_NET2.htmlhttp://213.229.136.2/esp/Servicios/ippc/pdf/mtd/Elaboradosveg.PDFhttp://213.229.136.2/esp/Servicios/ippc/pdf/mtd/Elaboradosveg.PDF


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SECA"OR ROTATORIO

INTRO"UCCIN

El secador rotatorio constituye una de las formas m&s ampliamente utilizadas para elsecado de una amplia gama de materiales a nivel industrial en forma r&pida y con baocosto unitario cuando se trata de grandes cantidadesR forman un grupo muy importante desecadores son adecuados para manear materiales granulares de fluo libre que puedenarroarse sin temor de romperse.En la figura ! se muestra uno de estos secadores un secador de aire caliente directo acontracorriente. El slido por secar se introduce continuamente en uno de los extremos

de un cilindro giratorio como se muestra mientras que el aire caliente fluye por el otroextremo. El cilindro est& instalado en un pequeSo &ngulo con respecto a la #orizontalR enconsecuencia el slido se mueve lentamente a trav$s del aparato. entro del secadorunos elevadores que se extienden desde las paredes del cilindro en la longitud total delsecador levantan el slido y lo riegan en una cortina mvil a trav$s del aireR as' loexponen completamente a la accin secadora del gas. Esta accin elevadora tambi$ncontribuye al movimiento #acia adelante del slido

OBJETIVO

En esta pr&ctica se determinar& en forma terica y experimental el tiempo de residencia enun secador rotatorio operado en fluo paralelo as' como la eficiencia de secado y el costo

por 5ilogramo de producto. Fa operacin de secado se efectGa con grava #Gmeda encontacto directo con la media secante /aire calentado a fuego directo0. 7e determinar& elcontenido de #umedad y las temperaturas de bulbo seco y #Gmedo del medio ambiente y dela corriente secante /a la salida del secador0 tambi$n se calcular& la cantidad de aguaevaporada el volumen de los gases de secado y el calor suministrado por el gas usado.

Res4,e(

En el proceso de fabricacin de #arina de trigo el grano la principal met'a primageneralmente es secado antes de entrar en la etapa de limpieza. +ara ello se cuentaun con secador rotatorio directo donde se retira la #umedad por medio de una

corriente de aire caliente de #umedad controlada. El grano tiene una #umedad del!)T y se desea secar generalmente #asta valores inferiores al !-T siendo el m&scomGn el )T.


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!. OBJETIVOS

Objetivo

6e(e%$&

Estudiar el funcionamiento de secador rotatorio directo.

Objetivo especico

eterminar el efecto del contenido de #umedad final del slido en la demanda de

aire y su composicin final.

Estudiar el efecto de la temperatura de entrada del slido sobre el fluo requerida deaire y su composicin a la salida.

2. SUPOSICIONES ! RESTRICCIONES

ado que el material al interior del secador est& bien mezclado se considera queel fenmeno de secado est& limitado por la velocidad de transferencia de calordesde el aire a la #umedad del material de proceso.

"o se consideran p$rdidas significativas por arrastre de granos de trigo secos enla corriente de aire.

%. PROCE"I#IENTO

El usuario variar& la temperatura de ingreso del slido al secador y la composicin desalida deseadaR registrar& los datos correspondientes del fluo de aire seco requerido ysu contenido de #umedad final para elaborar los balances de materia y energ'a sobre elsistema.

(. VARIABLES "E ENTRA"A ! SALI"A

V$%i$b&es 'e e(t%$'$

>emperatura de entrada del slido *omposicin de salida del slido


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V$%i$b&es 'e s$&i'$

4luo de aire seco requerido para el secado. *ontenido de #umedad del aire a la salida

). LISTA "E E)UIPOS

,!-2 7ecador rotatorio directo E,!!6 *alentador de aire atmosf$rico /el$ctrico0 *,!-( 7oplador de aire *icln

6. PAR*#ETROS "E OPERACIN ! E)UIPOS

P$%+,et% S,bo V$&o% U(i'$'

Aceleracin de la gravedad 6 @: ,7s

+resin atmosf$rica /Bogot&0 P$t,

1(6(: P$

P%opie'$'es 'e s-&i'o S,bo V$&o% U(i'$'

+orcentae inicial de #umedad 31 !) T

*alor especifico Cps !1-- ;5gemperatura de salida de secador Ts %(%!) =

P%opie'$'es 'e $i%e S,bo V$&o% U(i'$'

>emperatura de entrada a secador TG %@:!) =

>emperatura de aire a la salida TG1 %(:!) =

>emperatura de referencia to - *

*oeficiente estimado de transferencia de calor U !2 ;s


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0. I#AGEN "E LA PR*CTICA

GUIA


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Fa imagen de la pr&ctica es secadorQrotatorio.pg

:. VARIABLES "E LA PR*CTICA

Fas variables asociadas a la pr&ctica y sus principales caracter'sticas est&nreseSadas en la >abla %!,!.

T$b&$ 8121. ?ariables.

No,b%e S,bo "esc%ipci-V$&o%

V$&o%

V$&o%

U(i'$ I(st%4,e(

>emperatura de

>s!>emperat

ura deingreso

2:!.!) 2:!.!) 2@%.!)

= >ermmetr o

+orcentaefinal de

#umedaden base

x2

+orcentae de

#umedadal que sequiere

) % !2 T ,

4luo deaireseco

s

4luo deaire

requeridopara la

!-62:.::

!!!%1.6(

:(1:.:%

5gair

>ubo pitot


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*ontenido final de#umedad del aire

a la

P!

Mumedad del aire

al salirdel

-.-21 -.-2@ -.-!6

=gagua

5gaire

,

@. 5R#ULAS

Ecuacin para el nGmero de unidades de transferencia

N =LnTha

Thb

Twa

Twa

/!0

*alculo de fluo de aire seco en la entrada

mg * (1 +Ha )

=

qt

Csa *(Tha Tha )

/20

*alculo de #umedad del aire a la salida

Hb =Ha +m

v

mg

/%0

*alculo de velocidad media de transferencia de materia

mV =ms*( Xa Xb ) /(0

*alculo de &rea transversal del secador

aT =mg * (1 +Y2 ) /

m/)0

t


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*alculo calor requerido para el secado

qT=Cpms

*(Tsb Tsa ) +Xa

*

CpL

*(Tv Tsa ) +(Xa

Xb

) *

/60

+Xb * CpL *(Tsb Tv) +(X a Xb ) * Cpv *(Tv b Tv)

*alculo diferencia media logar'tmica de temperatura

T =(Tha Twa )(Thb Twa )

Ln[(Tha Twa )/(Thb Twa)]

/10

*alculo longitud del secador

q =0.125 **D *L * G0.67

*T /:0

s

T


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Operacin

*alculo fluo de slido seco

Ss =ms *(1 X 2 ) /@0

*alculo velocidad media de transferencia de masa

S =Ss *( X1 X 2)

/!-0

*alculo entalp'a del gas

HG =(1005 +1884 *Y ) * tG +2502300

*Y/!!0

*alculo entalp'a del slido

HS =Cs *(tS t0 ) +X * CL *(tS t0 ) +

H A

/!20

*alculo cambio de temperatura

[(t t )+(t t

)]T =

G 2 S1 G1 S1

2

/!%0

*alculo &rea de transferencia de calor

AT =*D *L /!(0

Balance de materiaK

SS *( X 1 X 2 ) =GS *(Y1Y2 ) /!)0

Balance de entalp'a

SS *HS1 +GS *HG 2 =SS *HS 2 +GS *HG1 + Q


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/!60


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!-. ALGORIT#O "E C*LCULO

iseSo

a. 7uponiendo un nGmero de unidades de transferencia se lee la temperatura#Gmeda del aire a la entrada en la carta psicom$trica y se calcula la temperaturade aire #Gmedo a la salida con la Ecuacin !.

b. *on el valor de los calores espec'ficos para slido vapor y l'quido se calcula elcalor requerido para el secado aplicando la Ecuacin 6.

c. A partir del fluo m&sico de slidos y su cambio en #umedad se calcula lavelocidad media de transferencia de materia con la Ecuacin (.

d. 7e #alla el calor espec'fico del aire #Gmedo y se calcula el fluo de aire seco enla entrada aplicando la Ecuacin 2.

e. 7e calcula la #umedad del aire a la salida con la Ecuacin %.

f. >eniendo en cuenta un valor recomendado para el fluo de aire permitido secalcula el &rea transversal del secador con la Ecuacin ).

g. 7e calcula la diferencia media logar'tmica de temperatura con la Ecuacin 1.

#. 7e calcula la longitud del secador con la Ecuacin :.

Nperacin

a. 7e calcula el fluo de slido seco con la Ecuacin @.

b. 7e calcula la rapidez de secado con la Ecuacin !-.

c. 7e lee la #umedad absoluta del aire a la entrada en la carta psicom$trica con latemperatura de entrada al secador.

d. 7e calcula la entalp'a del aire a la entrada aplicando la Ecuacin !!

e. 7e calcula la entalp'a del slido a la entrada y a la salida con la Ecuacin !2

f. 7e calcula el cambio de temperatura en el secador con la Ecuacin !%.

g. 7e calcula el &rea transversal disponible para la transferencia aplicando laEcuacin !(.

#. El balance de materia / Ecuacin !)0 y el balance de energ'a / Ecuacin !)0conforman un sistema de dos ecuaciones con dos incgnitas donde lasincgnitas son el fluo de aire seco y el contenido final de #umedad del aireR seresuelve este sistema por el m$todo de sustitucin


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!!. TABLAS A GENERAR

El desarrollo de la pr&ctica debe generar una tabla que contenga los valores defluo de aire seco y contenido final de #umedad para $ste correspondientes auna temperatura de secado y una #umedad final para el slido estos Gltimosvalores se definen como las variables de entrada.

CONCLUSIN

+ara lograr una meor'a en la eficiencia t$rmica en este equipo ser'a indispensabledeterminar el contenido de #umedad con la que est& saliendo el producto ya que en estapr&ctica se consider que sale totalmente secoR en caso que se #iciera esta determinaciny se obtuviera un producto no seco en su totalidad una de las alternativas seria aumentarel tiempo de residencia o en el meor de los casos seria aumentar el fluo de aire secanteya que este servicio /aire0 se toma de la atmosfera y no representa costo alguno m&s quela potencia del ventilador requerido.*on el aumento del fluo de aire secante en el sistema se tendr'a una mayor cantidad de

agua evaporada y por lo tanto la oportunidad de aumentar el fluo de la grava en estecaso el material a secarR con esto se aumentar'a la cantidad de slidos secos en unmismo tiempo de operacin a las condiciones anteriores. Es importante aclarar quemientras m&s caliente se encuentre el aire mayor vapor de agua podr& recibir sinembargo como en todos los procesos se tiene un punto ptimo donde ya no tendr'a casoseguir aumentando la temperatura y que el aire reciba ya muy poco vapor de agua estose tendr'a que evaluar.

A las condiciones de operacin del sistema el aire secante que sale del secador tiene lasuficiente energ'a como para aprovec#arse incluso en este proceso es el que absorbe lamayor parte del calor suministrado por el combustible incluso a la salida tiene aun unatemperatura mayor a los !-- por lo cual ser'a factible aprovec#ar el calor involucradoen estos gases de salida.


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!2. BIBLIOGRA5IA

Fa teor'a asociada a esta pr&ctica se puede consultar en los siguientes textosK

#cCABE9 S#IT:9 CARROTT. Unit operations of chemical engineering. "eOPor5 )t# ed. edit. JcraO,Mill !@@%.

TRE!BAL9 Robe%t E. Operaciones de transferencia de masa. J$xico .4. 2Ved. edit. JcraO,Mill !@::

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