Benzeno, disponível como líquido saturado a
, deve ser resfriado a 1159 F para transporte. O benzeno é suprido a uma taxa de 8000
; e água de resfriamento é disponível a 550F e uma vazão de 5000
. O coeficiente global de transferência de calor é
. . 9 em todos os casos.
cp do benzeno é
cp da água é
.
Determinar a área do trocador necessária para as seguintes configurações:
(b) Trocador de calor casco e tubos 1-4, com a água na carcaça.
cp do benzeno é
cp da água é
(b) Trocador de calor casco e tubos 1-4, com a água na carcaça.
Passo 1
Beleza, o problema é o seguinte: temos benzeno líquido saindo a 170 °F e queremos resfriar até 115 °F, à vazão de 8000 lb/h. Do outro lado, água entra a 55 °F com 5000 lb/h. O coeficiente global de calor é
Btu/h·ft²·°F. A configuração é um trocador casco-e-tubos do tipo 1-4 (uma passagem de casco, quatro passagens de tubo) com a água no casco.
Para resolver, a gente vai precisar de:
· Balanço de energia para achar .
· Cálculo da temperatura de saída da água.
· LMTD (diferença de temperatura média logarítmica).
· Fator de correção para o arranjo 1-4.
· Finalmente .
Para resolver, a gente vai precisar de:
· Balanço de energia para achar
· Cálculo da temperatura de saída da água.
· LMTD (diferença de temperatura média logarítmica).
· Fator de correção
· Finalmente
Passo 2
Primeiro, o calor retirado do benzeno:
Q = ṁₕ·cₚₕ·(Tₕ,in – Tₕ,out)
onde
· ṁₕ = 8000 lb/h
· cₚₕ (benzeno) = 0,42 Btu/lb·°F
· Tₕ,in = 170 °F, Tₕ,out = 115 °F
Logo,
Q = ṁₕ·cₚₕ·(Tₕ,in – Tₕ,out)
onde
· ṁₕ = 8000 lb/h
· cₚₕ (benzeno) = 0,42 Btu/lb·°F
· Tₕ,in = 170 °F, Tₕ,out = 115 °F
Logo,
Passo 3
Aí usamos esse
para achar a saída da água:
Q = ṁ_c·cₚ_c·(T_c,out – T_c,in)
· ṁ_c = 5000 lb/h
· cₚ_c (água) = 1 Btu/lb·°F
· T_c,in = 55 °F
Q = ṁ_c·cₚ_c·(T_c,out – T_c,in)
· ṁ_c = 5000 lb/h
· cₚ_c (água) = 1 Btu/lb·°F
· T_c,in = 55 °F
Passo 4
Agora montamos as diferenças extremas:
A LMTD (sem correção) é
Passo 5
Como o arranjo é 1-4, usamos o fator de correção
que a gente tira de gráfico/tabela em função de
Do gráfico padrão para 1-4 sai algo como
.
Então a LMTD corrigida é
Então a LMTD corrigida é
Passo 6
Finalmente, a área necessária é
Resposta
A área do trocador (configuração 1-4, água no casco) deve ser aproximadamente 52 ft².