Assunto 2: Evaporadores
Uma corrente de alimentação contendo
em massa de sólidos orgânicos dissolvidos em água entra no evaporador de duplo efeito que opera com alimentação reversa. A alimentação entra a
e deverá ser concentrada até
de sólidos. A elevação da temperatura de ebulição dessa solução pode ser desprezada e também o calor de solução. Cada evaporador tem uma área de 92,94
e coeficientes globais estimados em
e
. A alimentação entra no evaporador 2 e o vapor a 690 kPa entra no evaporador 1. A pressão no espaço de vapor do evaporador 2 é
. Assuma que o calor específico de todas as soluções líquidas é próximo ao da água (
). Calcule a taxa de alimentação e a taxa de produto a
de sólidos.
Uma corrente de alimentação contendo
Passo 1
Resumo do enunciado e conteúdo envolvido
Temos um evaporador de duplo efeito operando em alimentação reversa. A corrente de alimentação contém em massa de sólidos, entra a
e deve ser concentrada a
de sólidos. A alimentação entra no segundo efeito (evaporador 2), o produto final sai do primeiro efeito (evaporador 1). O vapor de aquecimento entra no evaporador 1 a
e o vapor gerado no efeito 1 condensa no evaporador 2, que opera a
. Cada efeito tem área
e coeficientes globais
,
. Desprezamos elevação de ponto de ebulição e calor de solução; tomamos
para as soluções.
Conteúdo: balanço de massa de sólidos e balanço de energia por cada efeito usando LMTD para achar as vazões de vapor gerado em cada efeito, e depois a vazão de alimentação e de produto
.
Temos um evaporador de duplo efeito operando em alimentação reversa. A corrente de alimentação contém
Conteúdo: balanço de massa de sólidos e balanço de energia por cada efeito usando LMTD para achar as vazões de vapor gerado em cada efeito, e depois a vazão de alimentação
Passo 2
Balanço de massa de sólidos
Seja a vazão mássica da alimentação e
a vazão do produto a
de sólidos.
Pela conservação de sólidos:
Seja
Pela conservação de sólidos:
A vazão total de vapor removido será
Passo 3
Temperaturas de ebulição e LMTD de cada efeito
– Saturação do vapor de aquecimento no efeito 1:
– Saturação do vapor no efeito 2: (igual à temperatura de alimentação).
– Saturação do vapor de aquecimento no efeito 1:
– Saturação do vapor no efeito 2:
Em regime de ebulição e desprezando variação de temperatura em duas fases dentro do tubo, toma-se a temperatura do fluido em ebulição constante e igual a
no efeito 2 e igual a
no efeito 1. Assim, o LMTD de cada efeito, com aquecimento em casca por condensação e ebulição no tubo, torna-se aproximado por
– Efeito 1 (aquecido a
, fluido entra a
e ferve em
):
– Efeito 2 (aquecido pelo vapor de efeito 1 a
, fluido ferve em
):
Passo 4
Cálculo das potências térmicas
e
Usando
Usando
temos
Porém, como o vapor gerado no efeito 1 alimenta o efeito 2, obrigatoriamente
Passo 5
Cálculo das vazões de vapor e da alimentação
Tomamos os calores latentes (aprox.):
a
e
a
.
Tomamos os calores latentes (aprox.):
– Vazão de vapor gerado no efeito 1:
– No efeito 2, esse mesmo vapor condensa e fornece
, gerando vapor
Então a vazão total de vapor removido é
E a vazão de produto final
:
Resposta
Vazão de alimentação:
Vazão de produto a sólidos:
Vazão de produto a