Cem kmol por hora de líquido sub-resfriado a 300 K e 3 bar são superaquecidos para 500 K em um trocador de calor em escoamento estacionário. Estime a carga térmica (em kW ) do trocador para um dos casos a seguir:
Benzeno, para o qual T^ sat =392,3 K a 3 bar.

Passo 1

O enunciado dá uma vazão molar de líquido sub-resfriado de benzeno de 100 kmol/h a 300 K e 3 bar, que é aquecido até 500 K num trocador de calor em regime estacionário. Como a temperatura de saturação é T^rm sat=392,3 K, o aquecimento ocorre em três etapas:
  1. aquecimento do líquido de 300 K até 392,3 K;
  2. vaporização a 392,3 K;
  3. superaquecimento do vapor de 392,3 K até 500 K.
    Vamos estimar a carga térmica usando balanço de entalpia com
    dot Q=dot n,De<abar H, onde para calor sensível De<abar H=bar cpDe<a T e para vaporização De<abar H=De<abar Hrm vap.

Passo 2

Calcular a vazão molar em mol/s:
dot n =100 kmol/h3600 s/h =100times10^3 mol3600 s =27,78 mol/s
Adotamos valores aproximados para o benzeno:
bar cp,ell=136 J/(mol,K),
bar cp,g=82 J/(mol,K),
De<abar Hrm vap=30,500 J/mol a 392,3 K.

Passo 3

Energia para aquecimento do líquido de 300 K até 392,3 K:
Q1 =dot n;bar cp,ell;(T^rm sat-T1) =27,78times136times(392,3-300) approx3,49times10^5 W

Passo 4

Energia de vaporização a 392,3 K:
Q2 =dot n;De<abar Hrm vap =27,78times30,500 approx8,47times10^5 W

Passo 5

Energia para superaquecimento do vapor de 392,3 K até 500 K:
Q3 =dot n;bar cp,g;(500-392,3) =27,78times82times107,7 approx2,45times10^5 W

Passo 6

Somando as três contribuições, a carga térmica total é
Qrm total =Q1+Q2+Q3 approx3,49times10^5+8,47times10^5+2,45times10^5 =1,44times10^6 W

Resposta

A carga térmica do trocador de calor é aproximadamente 1,44times10^3 kW.

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