Benzeno, disponível como líquido saturado a 170^circ, deve ser resfriado a 1159 F para transporte. O benzeno é suprido a uma taxa de 8000 lb / h; e água de resfriamento é disponível a 550F e uma vazão de 5000 lb / h. O coeficiente global de transferência de calor é 55 Btu / h ft^2. . 9 em todos os casos.
cp do benzeno é 0,42 Btu / lb ^circ F
cp da água é 1 Btu / lb. ^circ F Determinar a área do trocador necessária para as seguintes configurações:
(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 .

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 = 8000 times 0,42 times (170 - 115) = 8000 times 0,42 times 55 = 184,800 Btu/h

Passo 3

Aí usamos esse 184,800 = 5000 times 1 times (Tc,rm out - 55) Rightarrow Tc,rm out - 55 = 184,8005000 = 36,96 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
Tc,rm out = 55 + 36,96 = 91,96approx 92 rm °F

Passo 4

Agora montamos as diferenças extremas:
De
De
A LMTD (sem correção) é
De

Passo 5

Como o arranjo é 1-4, usamos o fator de correção R = Th,rm in-Th,rm outTc,rm out-Tc,rm in = 170-11592-55 = 5537 approx 1,49, que a gente tira de gráfico/tabela em função de
P = Tc,rm out-Tc,rm inTh,rm in-Tc,rm in = 92-55170-55 = 37115 approx 0,32
De
Do gráfico padrão para 1-4 sai algo como .
Então a LMTD corrigida é

Passo 6

Finalmente, a área necessária é
A = QU,De

Resposta

A área do trocador (configuração 1-4, água no casco) deve ser aproximadamente 52 ft².

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