Evaporador Triple Efecto - Netbeans

Universidad Nacional Jos Faustino Snchez Carrin Facultad de Ing. QMyA Escuela Profesional de Ingeniera Qumica

SIMULACIN Y OPTIMIZACIN DE PROCESOS

Ing. Manuel Jos Jimnez Escobedo 1

AO DEL CENTENARIO DE MACHU

PICCHU PARA EL MUNDO

ESCUELA ACADMICO PROFESIONAL

DE INGENIERA QUMICA

ASIGNATURA : Simulacin y Optimizacin de Procesos

TEMA : Modelado de un Evaporador Triple Efecto

DOCENTE : Ing. JIMENEZ ESCOBEDO, Manuel Jos

CICLO : X

ALUMNOS :

JAMANCA ANTONIO, Edgar Martin

SILVESTRE QUISPE, Christian Jess

Huacho Per




MODELADO Y SIMULACION DE UN EVAPORADOR TRIPLE EFECTO

RESTRICCIONES

La corriente superior es vapor puro

El evaporador concentra las corrientes de fondo (liquido)

Los evaporadores son diseados para corrientes puros

La solucin es un de la alimentacin es diluida

Para que ocurra la evaporacin se necesita un calentador (calandria)

La evaporacin se debe a la presencia de un gradiente de temperatura por tanto al sistema se le

proporciona energa trmica utilizando vapor vivo de calentamiento el cual es suministrada con una

calandria.

Cada efecto se considera como una etapa de equilibrio

Estos sistemas de evaporacin de efectos mltiples deben ser diseados con la finalidad de

optimizar los recursos energticos.




Caso I

Para mejorar o disear la funcin de un sistema existente.

Mejorar la capacidad y la economa (tratar de obtener mayor cantidad de vapor con menor vapor

requerido)

Ecuaciones Lineales

Caso II

Disear un sistema nuevo (el dimensionamiento)

Ecuaciones multivariables.

Modelo matemtico

ESQUEMA DE UN EVAPORADOR PARA TRIPLE EFECTO (Flujo directa)

V1

L1

xF

V0

L0

Q0

V2

L2

V0

Q1

xV

TL

V3

L3

xF

V0

Q2

xV

xLhL1 hL2

hL3

xL1 xL2 xL3

hV1hV2 hV3

1 2 3

Evaporador 1

Balance de materiales:

= 1 + 1 . 1

Por componente:

. = 1. 1 + 1. 1 . 2

En el evaporador E1 se considera a la corriente de vapor 1 a su composicin 1 = 0 por ser

intrnseco el sistema; para ello la ecuacin 2 quedara de la siguiente manera:

. = 1. 1 . 3

Balance de Energa

0 + = 1. 1 + 1. 1 . 4

0 1 2




Sabemos que el calor que ingresa al evaporador 1 es vapor vivo.

0 = 1. 1. (0 1) . 5

0 = 0. 0 . 6

Evaporador 2

Balance de materia

1 = 2 + 2 . 7

Por componente:

1. 1 = 2. 2 + 2. 2 . 8



1. 1 = 2. 2 . 9

Balance de Energa

1. 1 + 1. 1 = 2. 2 + 2. 2 . 10

1 = 2. 2. (1 2) . 11

Evaporador 3

Balance de materia

2 = 3 + 3 . 12

Por componente:

2. 2 = 3. 3 + 3. 3 . 13



2. 2 = 3. 3 . 14

Balance de Energa

2. 2 + 2. 2 = 3. 3 + 3. 3 . 15

2 = 3. 3. (2 3) . 16




EJEMPLO DE APLICACIN PARA UN EVAPORADOR DE TRIPLE EFECTO

Se desea disear un sistema de evaporacin triple efecto para concentrar el soluto de una

solucin del 10% a una solucin del 50% en peso con un flujo de alimentacin de 50,000 kg/h y

entra al primer efecto como liquido a 100C debe usarse alimentacin en paralelo.

Para cumplir con los requisitos de calentamiento de primer efecto, se utiliza vapor saturado a

250C y el tercer efecto debe ser operado a una presin correspondiente al punto de ebullicin del

solvente puro de 125C. considere despreciable la elevacin en los puntos de ebullicin. Considere

tambin el Cp para la alimentacin y otras corriente liquidas de 1 kcal/kgC. los coeficientes

globales son 500, 300 y 200 kcal/hrm2C respectivamente para cada etapa. Y suponga adems los

calores de vaporizacin iguales a = 1,000/

Solucin

Esquema de evaporadores de triple efecto con alimentacin en paralelo

Balance de soluto para cada efecto

Evaporador 1

= 1 + 1 . 1

. = 1. 1 . 2

Evaporador 2

1 = 2 + 2 . 3

1. 1 = 2. 2 . 4

Evaporador 3

2 = 3 + 3 . 5

2. 2 = 3. 3 . 6

Balance de masa global

= 1 + 2 + 3 + 3 =

. = 3. 3 . 7

= + 3 . 8

Balance de energa




= 1. 1 . ( 1)/1 . 9

2 = 2. 2 1. (1 2)/1 . 10

3 = 3. 3 2. (2 3)/1 . 11

Velocidad de transmisin de calor

= . . . 12

= . . 13

= (1 3 ) . 14

= /[1 + 1/2 + 1/3] . 15

Para resolver este problema se someti a las siguientes suposiciones y restricciones:

Las entalpias de condensacin son iguales 1 = 2 = 3

Las condiciones de diseo requieren que 1 = 2 = 3

La velocidad de transmisin de calor en cada efecto debe ser igual 1 = 2 = 3

Se utiliza estas condiciones bsicamente y en esencia el criterio de convergencia.

Primero realizamos los balances de masa de solvente y soluto mediante las siguientes ecuaciones.

Concentrado en el Evaporador 3

De la ecuacin N7

3 = .

3= 0.10

50,000

0.50= 10,000

La cantidad de evaporacin total.

Ecuacin N8

= 3 = 50,000 10,000 = 40,000

Para ello hacemos la siguiente suposicin, cada etapa evapora la misma cantidad de agua.

1 = 2 = 3 =

3=

40,000

3= 13,333.33

Ahora realizamos el balance por evaporador individual

Balance en el evaporador I

De la ecuacin 1

= 1 + 1 1 = 1 = 50,000 13,333.33 = 36,667

De la ecuacin 2

. = 1. 1 1 = .

1= 0.10

50,000

36,667= 0.136

Balance para el evaporador II

De la ecuacin 3




1 = 2 + 2 2 = 1 2 = 36,667 13,333,33 = 23,333.67

De la ecuacin 4

1. 1 = 2. 2 2 = 1.12

= 36,667 0.136

23,333.67= 0.2137

Balance para el evaporador III

De la ecuacin 5

2 = 3 + 3 3 = 2 3 = 23,333.67 13,333.33 = 10,000.34

De la ecuacin 6

2. 2 = 3. 3 3 = 0.50

Calculando las diferencias de temperatura para aplicar posteriormente un balance de energa

De la ecuacin 14

= (1 3) = (250 125) = 125

De la ecuacin 15

=

[1 +12

+13

]

Reemplazando los valores de los coeficientes globales.

1 =125

[1 +500300 +

500200]

= 24.193

Para 2

2 = 1 (12

) = 24.193 (500

300) = 40.322

Para 3

3 = 1 (13

) = 24.193 (500

200) = 60.483

Como 1 = ;

Evaporador I

= = 250 24.193 = 225.81

Evaporador II

= 2 = 225.81 40.332 = 185.39

Evaporador III

= 125

Balance de energa

Balance de energa para el evaporador I

De la ecuacin 9




= 1. .( )

= 19,623.5

Balance de energa para el evaporador II

De la ecuacin 10

2 = 2. 2 1.(1 2)

1= 11,923.92 /

Balance de energa para el evaporador II

De la ecuacin 11

3 = 3. 3 2.(2 3)

1= 11,923.92

Ahora con estos datos obtenidos podemos calcular la velocidad de transmisin de calor y a su vez

la superficie de calentamiento de las ecuaciones 13 y 12 respectivamente.

= . = 19.64 106

= 1. = 12.55 106

= 2. = 11.92 106

Para el rea de calentamiento:

1 =1

1. 1= 1,622.442

2 =2

2. 2= 1,013.142

3 =3

3. 3= 986.912




Para contractar los datos se diseo un software en donde se ingresaron los datos del problema. El

programa se desarrollo en NetBeans 6.8 (java).

Ingresar los datos del problema de evaporadores de triple efecto:

Y a continuacin se mostrara la tabla de resultados que genera el programa y se puede contractar

con el problema desarrollado.




Este software est diseado para poder cambiar los datos del problema y ver los cambios que

sufre el evaporador de triple efecto. Para ingresar nuevos datos se requiere limpiar las casillas

(Nuevo) y despus calcular nuevamente los datos (Calcular) .




ANEXO /*

* SIMULACION_EVAPORADOR_TRIPLE_EFECTO.java

*

* Created on 09/06/2011, 01:52:40 AM

public class SIMULACION_EVAPORADOR_TRIPLE_EFECTO extends javax.swing.JFrame {

/** Creates new form SIMULACION_EVAPORADOR_TRIPLE_EFECTO */

public SIMULACION_EVAPORADOR_TRIPLE_EFECTO() {

initComponents();

private void TxtTESActionPerformed(java.awt.event.ActionEvent evt) {

// TODO add your handling code here:

}

private void BtnNuevoActionPerformed(java.awt.event.ActionEvent evt) {


//Limpiando las cajas de texto

this.TxtFA.setText(null);

this.TxtPD.setText(null);

this.TxtPC.setText(null);

this.TxtTA.setText(null);

this.TxtTVE.setText(null);

this.TxtTES.setText(null);

this.TxtCES.setText(null);

this.TxtCVA.setText(null);

this.TxtCGEI.setText(null);

this.TxtCGEII.setText(null);

this.TxtCGEIII.setText(null);

this.TxtFDEI.setText(null);

this.TxtFDEII.setText(null);

this.TxtFDEIII.setText(null);

this.TxtCTS.setText(null);

this.TxtCEI.setText(null);

this.TxtCEII.setText(null);

this.TxtCEIII.setText(null);

this.TxtFCEI.setText(null);




this.TxtFCEII.setText(null);

this.TxtFCEIII.setText(null);

this.TxtDTEI.setText(null);

this.TxtDTEII.setText(null);

this.TxtDTEIII.setText(null);

this.TxtVTCEI.setText(null);

this.TxtVTCEII.setText(null);

this.TxtVTCEIII.setText(null);

this.TxtSCEI.setText(null);

this.TxtSCEII.setText(null);

this.TxtSCEIII.setText(null);

//Dando el foco al objeto

this.TxtFA.requestFocus();

this.TxtPD.requestFocus();

this.TxtPC.requestFocus();

this.TxtTA.requestFocus();

this.TxtTVE.requestFocus();

this.TxtTES.requestFocus();

this.TxtCES.requestFocus();

this.TxtCVA.requestFocus();

this.TxtCGEI.requestFocus();

this.TxtCGEII.requestFocus();

this.TxtCGEIII.requestFocus();

this.TxtFDEI.requestFocus();

this.TxtFDEII.requestFocus();

this.TxtFDEIII.requestFocus();

this.TxtCTS.requestFocus();

this.TxtCEI.requestFocus();

this.TxtCEII.requestFocus();

this.TxtCEIII.requestFocus();

this.TxtFCEI.requestFocus();

this.TxtFCEII.requestFocus();

this.TxtFCEIII.requestFocus();

this.TxtDTEI.requestFocus();




this.TxtDTEII.requestFocus();

this.TxtDTEIII.requestFocus();

this.TxtVTCEI.requestFocus();

this.TxtVTCEII.requestFocus();

this.TxtVTCEIII.requestFocus();

this.TxtSCEI.requestFocus();

this.TxtSCEII.requestFocus();

this.TxtSCEIII.requestFocus();

}

private void BtnCALCULARActionPerformed(java.awt.event.ActionEvent evt) {


//declarando mis primeras variables de tipo entero

double C1,C2,C3,Et,V,E2,E3,xC1,xC2,dT1,dT2,dT3,q1,q2,q3,A1,A2,A3;

//declarando variables de salida de tipo double

double F, xF, xC3, Ta, Tv, Teb3,Teb1,Teb2, cp, l, U1, U2, U3,E,dTt;

//asignando valores (leyendo los valores)

F=Integer.parseInt(this.TxtFA.getText().trim());

xF=Integer.parseInt(this.TxtPD.getText().trim());

xC3=Integer.parseInt(this.TxtPC.getText().trim());

Ta=Integer.parseInt(this.TxtTA.getText().trim());

Tv=Integer.parseInt(this.TxtTVE.getText().trim());

Teb3=Integer.parseInt(this.TxtTES.getText().trim());

cp=Integer.parseInt(this.TxtCES.getText().trim());

l=Integer.parseInt(this.TxtCVA.getText().trim());

U1=Integer.parseInt(this.TxtCGEI.getText().trim());

U2=Integer.parseInt(this.TxtCGEII.getText().trim());

U3=Integer.parseInt(this.TxtCGEIII.getText().trim());

//procesando las variables de entrada.

C3=xF*F/xC3;

Et=F-C3;

E=Et/3;

C1=F-E;

xC1=xF*F/C1;

C2=C1-E;




xC2=xC1*C1/C2;

dTt=Tv-Teb3;

dT1=(dTt)/(1.0+(U1/U2)+(U1/U3));

dT2=U1*dT1/U2;

dT3=U1*dT1/U3;

Teb1=Tv-dT1;

Teb2=Teb1-dT2;

V=((E*l)-(F*Cp*(Ta-Tebtlt)/l);

E2=(E*l)-(C1*Cp(tlTebl-Teb211)/l);

E3=((E*l)-(C2*Cp*(Teb2-dTttIt)/l);

q1=V*l;

q2=E2*l;

q3=E3*l;

A1=q1/(U1*dT1);

A2=q2/(U2*dT2);

A3=q3/(U3*dT3);

//salida

this.TxtFDEI.setText(String.valueOf(C1));

this.TxtFDEII.setText(String.valueOf(C2));

this.TxtFDEIII.setText(String.valueOf(C3));

this.TxtCTS.setText(String.valueOf(Et));

this.TxtCEI.setText(String.valueOf(V));

this.TxtCEII.setText(String.valueOf(E2));

this.TxtCEIII.setText(String.valueOf(E3));

this.TxtFCEI.setText(String.valueOf(xC1));

this.TxtFCEII.setText(String.valueOf(xC2));

this.TxtFCEIII.setText(String.valueOf(xC3));

this.TxtFDEIII.setText(String.valueOf(C3));

this.TxtDTEI.setText(String.valueOf(dT1));

this.TxtDTEII.setText(String.valueOf(dT2));

this.TxtDTEIII.setText(String.valueOf(dT3));

this.TxtVTCEI.setText(String.valueOf(q1));

this.TxtVTCEII.setText(String.valueOf(q2));

this.TxtVTCEIII.setText(String.valueOf(q3));

this.TxtSCEI.setText(String.valueOf(A1));

this.TxtSCEII.setText(String.valueOf(A2));




this.TxtSCEIII.setText(String.valueOf(A3));

}

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