BME Ejemplo 3
Como desecho del tratamiento de un mineral, se obtiene una solución caliente (70°C) al 50 % en peso de ácido sulfúrico (H2SO4). En otra parte de la planta, un reactor tubular tiene como reactivo principal H2SO4 a 120º°C y por lo menos al 50 % en peso (a mayor concentración mejor será el rendimiento de la reacción). Con el fin de utilizar la solución de desecho para el reactor y como de todos modos debería calentarse hasta 120°C, se aprovecha un evaporador de simple efecto de tubos largos verticales, calentados por la coraza con vapor saturado a 6 bar.
En este equipo, además de calentar, se concentra parte de la solución operando isotérmicamente a 135°C, mientras que otra parte de la solución se deriva para mezclarse a la salida del evaporador con la solución concentrada y lograr la temperatura requerida en el reactor (120°C). El evaporador opera a 1atm.
Halle corrientes másicas y energéticas, concentraciones y temperaturas del intercambiador de calor.
NOTA: Para el evaporador de tubos establecer una base de cálculo de
EVAPORADOR LADO TUBOS
- BALANCE DE MATERIA:
Balance de ácido:
Balance Total:
100 kg/h =
A 140°C de acuerdo con el equilibrio Líquido-Vapor:
y
Por lo que el balance para el ácido se obtiene como:
y 100 kg/h =
Resolviendo el sistema de ecuaciones se obtienen los valores de m4 y m5
- BALANCE DE ENERGÍA:
Obtención de las entalpías:
A partir del diagrama entalpía-composición para H2SO4 anexada al final de éste documento y realizando las conversiones necesarias.
(Tablas de vapor)
Se obtiene que la entalpía del lado de los tubos es: 55964.2121 (Tener en cuenta que debe ser lo mismo del lado de la coraza)
EVAPORADOR LADO CORAZA
- BALANCE DE MATERIA
Balance total:
- BALANCE DE ENERGÍA
A partir de las tablas de agua saturada (Tabla de presiones)
T7=158.83 °C y T8=158.83 °C
y
Sustituyendo se obtiene el siguiente sistema de ecuaciones:
Resolviendo tenemos que:
Balance de masa y energía en procesos de combustión 