concentrare un liquido per evaporazione

[mirred]

ciao ragazzi,
sto discutendo per un progetto di un scambiatore a fascio tubiero.

Mi spiego:
ho un liquido (succo d'arancia) che scaldo da a 60 °C e voglio calcolare quanta acqua viene persa per evaporazione per ottenere quindi la concentrazione che desidero del succo.

Non riesco a trovare una strada giusta ... potete darmi qualche consiglio?

grazie
mir

[Geber]

Questo è un problema di fisica/ingegneria. Nonostante sappia bene di ciò di cui stai parlando, sinceramente non saprei che dirti.
Ho studiato questo genere di scambiatori decenni fa ad un corso di impianti ma lì si parlava di applicazioni chimiche industriali. E non si entrava certo nei dettagli, non facevo ingegneria chimica ma chimica...

[mirred]

io penso sia proprio una questione di chimica ...
è che non trovo un metodo di calcolo per semplice evaporazione senza ebolizione ....

[Geber]

Beh è la parte fisica della chimica, non che le due cose siano separate...
A casa mia questi passaggi di stato sono trasformazioni fisiche e non chimiche.
Mica trasformi il succo di arancia in succo di limone.
Avrai delle basi da cui partire. Delle idee di calcoli da fare.

Esistono ovviamente dei calcoli sulla velocità di evaporazione dell'acqua.
Uno può essere il seguente:

g_h = ΘA(x_s−x)

g_h = quantità di acqua evaporata per ora (kg/h)

Θ = (25+19v) = coefficiente di evaporazione (kg/(m²h))

v = velocità dell'aria sopra la superficie dell'acqua (m/s)

A = area superficiale dell'acqua (m²)

x_s = % di umidità in aria satura alla stessa temperatura della superficie dell'acqua (kg/kg) (kg di H₂O in kg di aria secca)

x = % umidità nell'aria (kg/kg) (kg di H₂O in kg di aria secca)

In questa formula però c'è un problema. Manca la variabile per la temperatura dell'acqua.

La formula per la % dell'umidità nell'aria è:

x=0.62198p_w/(p_a−p_w)

p_w = pressione parziale del vapore di acqua nell'aria umida (Pa, psi)

p_a = pressione atmosferica dell'aria umida (Pa, psi)

La formula per la % di umidità in aria satura è la stessa, eccetto per la pressione parziale del vapore acqueo in aria umida che è sostituito dalla pressione di saturazione del vapore acqueo in aria umida.

E la formula per la saturazione/pressione parziale del vapore acqueo è:

p_ws = e ^{[77.3450+0.0057T−(7235/T)/(T⋅8.2)]}

p_w = p_ws⋅HU

p_ws = pressione di saturazione del vapore acqueo (Pa)

T = temperatura del bulbo secco dell'aria umida (K)

HU = percentuale di umidità (%)

[ohilà]

Detta così è una domanda con poco senso... 

E' un problema di ingegneria, non di chimica. Dipende dal tipo di scambiatore di calore. Anche solo di quelli a fascio tubiero ne esistono parecchie tipologie, ognuna delle quali con specifiche formule per il dimensionamento. Dipende dalla geometria esatta del sistema, dai materiali con cui è costruito, dal fluido di servizio usato nello scambio termico e dal fluido da trattare tanto per dirne alcune.

In uno scambiatore classico non si hanno (o, meglio, non si dovrebbero) avere perdite per evaporazione visto che è una tecnologia concepita solo per creare un delta T tra due fluidi.
Visto però che parli proprio di evaporazione deduco non si tratti di uno scambiatore classico, ma di un evaporatore vero e proprio, che sono anche più complicati da dimensionare e comprendere. Se ci dici esattamente di cosa stai parlando posso provare a trovarti qualcosa.

Geber ti ha fornito una formula empirica efficace per determinare l'evaporazione di un fluido in aria ad una certa temperatura. Ed è già una formula non eccessivamente banale. Immagina quella richiesta per risolvere direttamente il tuo problema   Ingegneria, non chimica, comunque.

Risposta di scarsa utilità forse, ma mi andava di ribadire che il mestiere dell'ingegnere non fa per me anche se mi ci sono quasi ritrovato per sbaglio 

[Beefcotto87]

Credo che debba comunque stare nelle richieste di aiuto, quindi sposto.

[Mr.Hyde]

ciao ragazzi,
sto discutendo per un progetto di un scambiatore a fascio tubiero.

Mi spiego:
ho un liquido (succo d'arancia) che scaldo da a 60 °C e voglio calcolare quanta acqua viene persa per evaporazione per ottenere quindi la concentrazione che desidero del succo.

Non riesco a trovare una strada giusta ... potete darmi qualche consiglio?

grazie
mir

Ciao , c'è un pochino  di confusione nel tuo messaggio ,cerca di spiegarti meglio ......nessuno fa il concentrato di succo di arancia per evaporazione a pressione ordinaria , inoltre scaldare dentro un fascio tubiero il succo NON determina nessuna evaporazione ! 

credo che tu ti riferisca ad un evaporatore a fascio tubiero (orizzontale o verticale in cui all'interno del fascio passa vapore di rete .. a che pressione? poi.... saturo secco o surriscaldato ?) che a bassa pressione ( inferiore a 1013 mbar ) determina l'EBOLLIZIONE  del succo di arancia all'esterno del fascio tubiero !

saluti

Francy

[mirred]

grazie ragazzi.
Allora io non volevo entrare in merito alla tipologia dello scambiatore ... mi interessa capire come, avendo la pressione dell'aria a contatto col succo e la T del succo (e la T dell'aria e l'umidità dell'aria), si possa calcolare l'evaporazione dell'acqua dal succo.
Non è prettamente un caso reale ed immagino che sia industrialmente un caso insensato

[Mr.Hyde]

grazie ragazzi.
Allora io non volevo entrare in merito alla tipologia dello scambiatore ... mi interessa capire come, avendo la pressione dell'aria a contatto col succo e la T del succo (e la T dell'aria e l'umidità dell'aria), si possa calcolare l'evaporazione dell'acqua dal succo.
Non è prettamente un caso reale ed immagino che sia industrialmente un caso insensato

Ciao  

scusa ... non solo non è reale .....ma nemmeno teorico 

mi spiego meglio 

manca un dato fondamentale , la superficie di contatto all'interfaccia liquido-gas e  volendo anche la velocità del vento 

mi spiego ancor meglio

se hai 1 litro di acqua in un cilindro avrà una certa superficie di contatto con l'aria , mentre se lo stesso litro di liquido è in una pozzanghera avrà una differente superficie di contatto all'interfaccia liquido - aria

e visto che l'evaporazione interessa solo la superficie del liquido , mentre l'ebollizione interessa tutta la massa .... sarebbe buona prassi indicare la superficie a cui si fa riferimento

cordialmente

Francy

[mirred]

Si certo ho anche l'area di scambio come dato ed anche la velocità del vento a contatto della superficie del liquido.

---

Beh è la parte fisica della chimica, non che le due cose siano separate...
A casa mia questi passaggi di stato sono trasformazioni fisiche e non chimiche.
Mica trasformi il succo di arancia in succo di limone.
Avrai delle basi da cui partire. Delle idee di calcoli da fare.

Esistono ovviamente dei calcoli sulla velocità di evaporazione dell'acqua.
Uno può essere il seguente:

g_h = ΘA(x_s−x)

g_h = quantità di acqua evaporata per ora (kg/h)

Θ = (25+19v) = coefficiente di evaporazione (kg/(m²h))

v = velocità dell'aria sopra la superficie dell'acqua (m/s)

A = area superficiale dell'acqua (m²)

x_s = % di umidità in aria satura alla stessa temperatura della superficie dell'acqua (kg/kg) (kg di H₂O in kg di aria secca)

x = % umidità nell'aria (kg/kg) (kg di H₂O in kg di aria secca)

In questa formula però c'è un problema. Manca la variabile per la temperatura dell'acqua.

La formula per la % dell'umidità nell'aria è:

x=0.62198p_w/(p_a−p_w)

p_w = pressione parziale del vapore di acqua nell'aria umida (Pa, psi)

p_a = pressione atmosferica dell'aria umida (Pa, psi)

La formula per la % di umidità in aria satura è la stessa, eccetto per la pressione parziale del vapore acqueo in aria umida che è sostituito dalla pressione di saturazione del vapore acqueo in aria umida.

E la formula per la saturazione/pressione parziale del vapore acqueo è:

p_ws = e ^{[77.3450+0.0057T−(7235/T)/(T⋅8.2)]}

p_w = p_ws⋅HU

p_ws = pressione di saturazione del vapore acqueo (Pa)

T = temperatura del bulbo secco dell'aria umida (K)

HU = percentuale di umidità (%)

avevo infatti già trovato questo: https://www.engineeringtoolbox.com/evapo...d_690.html

ma come mai non c'è una dipendenza da T del liquido?

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strana cosa ... avevo fatto due risposte diverse e si sono fuse insieme in un unico post