Operación unitaria de evaporación y un ejemplo numérico de un evaporador simple.

1. Evaporación
Es la operación unitaria que consiste en la separación del solvente volátil de una solución líquida con un
soluto no volátil llevando a ebullición a la solución.
Ejemplos: NaCl – agua; azúcar – agua; NaOH – agua; azúcar – etanol
V, H
yV = 0
F, hF
xF
Vapor
(vivo)
Condensado
Licor, hL
xL
Evaporador
vertical

2. Balances en estado estacionario
𝐹 = 𝑉1 + 𝐿 (𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙)
𝐹𝑥 𝐹 = 𝐿𝑥 𝐿
𝐹ℎ 𝐹 + 𝑞 = 𝑉1 𝐻1 + 𝐿1ℎ1
𝐹ℎ 𝐹 + 𝑉0(𝐻0 − ℎ0) = 𝑉1 𝐻1 + 𝐿1ℎ1
𝑞 = 𝑉0(𝐻0 − ℎ0) = 𝑈𝐴(𝑡 𝑆𝑉 − 𝑡 𝐿)
Efecto múltiple
Ejemplo:
40,000 lb/h de una solución 10 % de NaOH en agua y que se encuentra a 100 °F pretende ser concentrada
hasta el 40 %. Como medio calentante para la evaporación del agua se dispone de vapor saturado de agua
a 90 psia y la presión de operación del evaporador será de 5 psia. Determine el consumo de vapor y el
área del intercambiador considerando U = 300 BTU/h ft2
°F
Para este problema se requiere contar con:
Líneas de Dühring para sistema sosa – agua
Tablas de vapor (sistema inglés)
Gráfico entalpía – concentración

3. F = 40,000 lb/h V1, H1
Estado estacionario F, hf
Masa total: F = V1 + L = 40000 XF = 0.1 5 psia
Masa NaOH: FXF = LXL 100 °F
40000(0.1) = L (0.4); L = 10000 lb/h V0, H0, sat 90 psia
V1 = 30000 lb/h
Balance energético: V0, h0
FhF + V0H0 = V1H1 + LhL + V0h0
L, hL, XL = 0.4
De tablas de vapor saturado:
H0
90 psia sat
1186 BTU/lb h0
90 psia
290 BTU/lb
320 °F 320 °F
Del gráfico de entalpía concentración Temperatura de ebullición en el evaporador
hF
10% NaOH
60 BTU/lb hL
40% NaOH
190 BTU/lb
100 °F 222 °F
H1
Sobrecalentado
5 psia
1159 BTU/lb
222 °F
¿Cómo se encontró que la temperatura de ebullición son 222 °F?
1. Se busca la temperatura de ebullición a la presión del evaporador (5 psia) en tablas de vapor: 162
°F.
2. Se debe corregir el ascenso ebulloscópico utilizando las líneas de Dühring considerando que el
evaporador (en estado estacionario) tiene en su interior una solución 40% NaOH.

4. 3. Esa temperatura servirá también evidentemente para la entalpía del vapor pues es el mismo
equilibrio: el que existe dentro del evaporador. Esto deriva en que el vapor producido por el
evaporador tiene varios grados de sobrecalentamiento (60 °F en nuestro ejemplo).

5. Regresando al balance de energía
FhF + V0H0 = V1H1 + LhL + V0h0
40000(60) + 𝑉0(1186) = 30000(1159) + 10000(190) + 𝑉0(290)
𝑉0 = 38247.8 𝑙𝑏/ℎ
𝐸𝑐𝑜𝑛𝑜𝑚í𝑎 𝑑𝑒 𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟 ≡
𝑉𝑎𝑝𝑜𝑟 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑖𝑑𝑜
𝑉𝑎𝑝𝑜𝑟 𝑎𝑙𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑑𝑜
=
30000
38247.8
= 0.78
λ
𝑞 = 𝑉0(𝐻0 − ℎ0) = 𝑈𝐴(𝑡 𝑆𝑉 − 𝑡 𝐿)
𝑞 = (38247.8)(1186 − 290) = (300)𝐴(320 − 222)
A = 1165.6 ft2