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Paolo Masi » 12.Concentrazione per evaporazione. Evaporatori flash


Introduzione

Obiettivi

  • riduzione peso
  • stabilizzazione

Vincoli

  • degradazione termica

Concentrazione per evaporazione

Acqua libera

  • forze capillari
  • soluzioni saline

Acqua legata

  • legami covalenti
  • legami ionici
  • legami idrogeno
  • forze di van der Waals
  • legami idrofobici

Concentrazione per evaporazione


Concentrazione per evaporazione

Stadio Singolo

Bilancio globale di massa → F = P+V

Bilancio sul componente solido → FxF = PxP

Bilancio Entalpico

TR = 0

FCpF (TF-0) + WHws = VHV + P cpp(Tp-0)+WHwc

FCpF (TF-0) + WλW = VHV + PCpP(TP-0)

Es. Evaporatore a singolo effetto

In uno studio sperimentale, 65 Kg/h di purea di frutta vengono concentrati in un evaporatore continuo sottovuoto. La purea si trova inizialmente ad una temperatura di 15°C ed ha un contenuto di solidi totali del 10.9%. Il prodotto all’uscita del concentratore ha un contenuto di solidi totali del 40.1% ed una temperatura di 40°C. Il Cp dell’acqua è pari a 4,186 KJ/kg°K.
a) Calcolare la portata della purea concentrata e della condensa.
b) Se viene usato vapore a 120°C, calcolare la portata di vapore necessaria; il calore specifico dei solidi è 2.09 KJ/Kg °K.

Concentrazione per evaporazione

Bilancio di massa

F = P + V

FXF = PXP

F(0,109 = P(0,401)

F = 65 kg/h

P = 17,67

V = 47,33


Concentrazione per evaporazione

Bilancio di entalpia

FDHF15 + WDHvap120 = PDHP40 + VDHvap40+WDHcond120

TR = 0°C

FcPF(15-0) +Wλ120 = PcPP(40-0) + VDHvap40

CPF = 4,186(0,891) + 2,09(0,109) = 3,93 KJ/KG°K

CPP = 4,186(0,599) + 2,09(0,401) = 3,35 KJ/KG°K

(65)(3,93)(15-0) + W(2202,25) = (17,67)(3,35)(40-0) + (47,33)(2574,40)

W = 54,66 kg/h

η = 47,33/54,66 = 0,866


Concentrazione per evaporazione

Stadi Multipli

Bilancio globale di massa → F = P+V1+V2

Bilancio sul componente solido → FxF = PxP

Bilancio Entalpico sul primo stadio

TR = 0

FcpF (TF-0) + Wλw = V1HV1 + Ccpc (T1-0)

Bilancio Entalpico sul secondo stadio → Ccpc (T1-0) + V1λV1 = V2HV2 + PCpP(T2-0)

Bilancio Entalpico sull’intero sistema

TR = 0

FCpF (TF-0) + WHws = V2HV2 + PcpP (Tp-0)+WHwc

FCpF (TF-0) + WλW2 = V2HV2 + PCpP(TP-0)


Concentrazione per evaporazione

Stadi Multipli

Del latte scremato il cui contenuto di solidi è del 10% viene concentrato in un impianto costituito da due evaporatori flash posti in cascata fra loro, ottenendo del latte scremato concentrato con un contenuto di solidi del 30%. Il primo evaporatore opera ad una temperatura di 75°C mentre il secondo opera a 70°C. Sapendo che il calore specifico della fase solida è pari a 2,09 KJ/KG°K, calcolare il contenuto di solidi della corrente che lascia il primo evaporatore ed alimenta il secondo.

Concentrazione per evaporazione

Base di calcolo F=100 kg

Acqua = 90 kg; solidi = 10 kg

In uscita dal secondo effetto:

  • 0,3= 10/(Y+10) = 23,3 kg acqua
  • V1 + V2 = 90 – 23,3 = 66,7 kg

Bilancio entalpico intorno al secondo effetto

Ingresso

Entalpia acqua = (90-V1)313,9

Entalpia solidi = (10)(2,09)(75-0)

Entalpia vapore a 75°C = V1(2635,4)

Uscita

Entalpia acqua = (23,3)(293,0)

Entalpia solidio = (10)(2,09)(70-0)

Entalpia vapore a 70°C = V2(2627)

Entalpia vapore condensato a 75 °C = V1 (313,9)

2626,8 V2 – 2007,5V1 = 21529,1

V2 + V1 = 66,7

V2 = 33,54

V1 = 33,16

Acqua che lascia il primo effetto = 90 – V1 = 56,84

Xc = 10/(10+56,84) = 0,1496

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