de n-heptano a
e 1 atm serão encaminhados para um trocador de calor (TC) onde será aquecido até 700 K e vaporizado. Qual a carga térmica necessária para essa operação considerando que o TC opera a 1 atm.
Passo 1
Beleza, vamos resolver esse exercício juntos! O enunciado pede para calcular a carga térmica necessária para aquecer e vaporizar 10 kmol/s de n-heptano de 30°C a 700 K, tudo isso mantendo a pressão de 1 atm. Vamos precisar usar conceitos de termodinâmica, especificamente calor de aquecimento e calor de vaporização. Pronto para começar? Vamos lá!
Passo 2
Primeiro, vamos entender que a carga térmica total (Q) necessária é a soma da energia para aquecer o n-heptano até a temperatura final e da energia para vaporizar ele. Então, Q = Q_aquecimento + Q_vaporização.
Passo 3
Vamos calcular o Q_aquecimento. Para isso, usamos a fórmula:
Onde:
-
é a quantidade de substância em kmol/s, -
é a capacidade calorífica a pressão constante, -
é a variação de temperatura.
Passo 4
Precisamos dos valores de
para o n-heptano. Supondo que
do n-heptano seja aproximadamente 350 J/(kg·K). Primeiro, vamos converter kmol para kg. A massa molar do n-heptano (C₇H₁₆) é cerca de 100 g/mol, ou 100 kg/kmol.
Então, para 10 kmol/s, temos:
Passo 5
Agora, calculamos a variação de temperatura
:
Primeiro, convertemos 30°C para Kelvin:
Então,
Passo 6
Aplicando na fórmula do Q_aquecimento:
Passo 7
Agora, vamos calcular o Q_vaporização. A fórmula é:
Onde
é o calor de vaporização do n-heptano. Supondo que
seja aproximadamente 300 kJ/kg.
Passo 8
Calculando o Q_vaporização:
Passo 9
Finalmente, somamos os dois componentes para obter a carga térmica total:
Resposta
A carga térmica necessária para aquecer e vaporizar 10 kmol/s de n-heptano de 30°C a 700 K a 1 atm é de 439 MW.