Estoy diseñando un evaporador para su uso en un entorno cerrado. Debido a la peligrosidad del formaldehído, quiero que mi evaporador no tenga mechas. El entorno en el que se utilizará el evaporador está a una presión de -10Pa con respecto a la atmósfera exterior, tiene una humedad que oscila entre el 28 y el 33 %RH y una temperatura que se sitúa en torno a los 36,5*C. El diseño básico de mi evaporador es un tubo largo con una bobina de inducción envuelta en su longitud y una abertura en la parte inferior para que el vapor salga. A medida que la gota desciende por el tubo calentado, espero que con el calor suficiente se vaporice y se mezcle en la atmósfera cerrada. La solución que estoy utilizando es formalina 40. http://www.strathclydenutrition.com/index.php/Page/product_page/formalin-401 La habitación en la que se necesita el vapor tiene un gran ventilador que hace circular el aire, aunque no sé a qué velocidad funciona ni si esto afectará al aire de mi tubo evaporador. Todavía tengo que desarrollar un prototipo de mi diseño y, a falta de obtener un título de termodinámica o de ingeniería química, he pensado en preguntar a la amable gente de Physics Stack Exchange si podría ayudarme primero. Cualquier enlace a tutoriales o artículos externos sería muy apreciado.
Respuesta
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user182329
Puntos
1
La teoría:
La respuesta corta es que sí, una gota de formol puede evaporarse al caer. Los requisitos son:
- la atmósfera que rodea a la gota de formol debe tener una presión de vapor de formol lo suficientemente baja (para que la atmósfera pueda absorber más formol).
- la temperatura de la atmósfera alrededor de la gota debe ser lo suficientemente alta.
- las gotas de formol deben ser lo suficientemente pequeñas. Las gotas más pequeñas tienen una mayor relación superficie/volumen, lo que significa que pueden evaporarse más rápidamente por una masa determinada. Tiempo de evaporación $\tau \propto D^2$ donde $D$ es el tamaño de la gota (véase papel de referencia (1) ).
- la caída debe ser lo suficientemente larga en términos de tiempo.
- En caso de querer aumentar la velocidad de los gases en sentido contrario a la caída de las gotas, este otro documento (2) muestra que sí existe una relación entre la velocidad del viento y la tasa de evaporación.
Un enfoque práctico:
Sugerencia: Puede diseñar su sistema para permitir que las gotas de formol se evaporen durante la caída utilizando las siguientes pruebas para establecer las especificaciones de su sistema:
- Calcule el tamaño de las gotas (volumen y, por tanto, diámetro esférico) utilizando un dispensador de gotas, como una pipeta, para dejar caer un volumen conocido de formol en un volumen conocido, y contar las gotas, pudiendo así calcular el volumen y la masa por gota, así como la relación superficie/volumen.
- Averigua cuánto tiempo tarda en evaporarse una cantidad determinada de formol a una composición atmosférica y temperatura similares dentro del tubo que pretendes. También tendrás que comparar la relación superficie-volumen de las gotas anteriores para ver la velocidad de evaporación en condiciones similares. Esto se puede hacer colocando una cantidad de formol en un recipiente como una placa de Petri o un vaso de precipitados cuya área transversal se pueda calcular. Se establece la relación superficie/volumen fijando la profundidad (y, por tanto, la cantidad) de formol en el recipiente. Este será el peor caso para el tamaño de gota seleccionado, ya que, a medida que el tamaño de la gota se hace más pequeño, la tasa de evaporación aumentará (ya que la superficie por volumen aumentará, porque el volumen disminuye más rápido que la superficie a medida que una esfera se hace más pequeña).
- Compara la tasa de evaporación obtenida en el paso anterior con el tiempo de caída previsto de la gota de formol para ver si necesitas aumentar la tasa de evaporación, por ejemplo, aumentando la temperatura de la atmósfera, disminuyendo el tamaño de las gotas o aumentando la velocidad del viento cruzado.
- Lograr el objetivo de la evaporación en vuelo podría ser más fácil si se disminuye el tamaño de las gotas introduciéndolas en la tubería mediante una fina pulverización. Lo mejor es rociar hacia arriba, para que las gotas puedan subir antes de caer por el tubo, dando más tiempo de evaporación. Para encontrar el tamaño máximo de gota requerido para su pulverización, vuelva a pasar por el paso 1, pero esta vez utilizando el tamaño de gota más pequeño.
- Itere hasta que consiga un conjunto de condiciones satisfactorias (gotas suficientemente pequeñas, etc.) y luego pruebe en su tubería.
