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:
Tolueno, para o qual T^ sat =426,9 K a 3 bar.

Passo 1

O enunciado dá uma vazão de 100 kmol/h de tolueno líquido sub-resfriado a 300 K e 3 bar, que é aquecido num trocador em regime estacionário até 500 K. Como a temperatura de saturação a 3 bar é ,T^sat=426,9 K, o aquecimento se dá em três etapas:
  1. sensível do líquido de 300 K a 426,9 K,
  2. vaporização a 426,9 K e 3 bar,
  3. sensível do vapor de 426,9 K a 500 K.
    Precisamos dos calores específicos médios do líquido e do vapor e da entalpia de vaporização.

Passo 2

Convertemos a vazão molar para mol/s e definimos dados aproximados:
dot n = 100times10^3 mol/h3600 s/h = 27,78 mol/s
Adotamos
bar cp,ellapprox0,16 kJ/(molcdot K), bar cp,vapprox0,125 kJ/(molcdot K)

Passo 3

Entalpia sensível do líquido de 300 K a 426,9 K:
De<a hell = bar cp,ell,l(426,9 - 300r) =0,16cdot126,9 =20,30 kJ/mol

Passo 4

Entalpia de vaporização a T^sat=426,9 K. Usando a correlação de Watson a partir do ponto normal de ebulição ( Tb=384,1 K, De<a hvap,bapprox33,9 kJ/mol) e Tc=591,8 K:
De<a hvap =33,9;gl(591,8-426,9591,8-384,1gr)^0,38 approx31,1 kJ/mol

Passo 5

Entalpia sensível do vapor de 426,9 K a 500 K:
De<a hv = bar cp,v,l(500-426,9r) =0,125cdot73,1 =9,14 kJ/mol

Passo 6

Entalpia total por mol:
De<a htot =De<a hell + De<a hvap + De<a hv =20,30 + 31,1 + 9,14 =60,54 kJ/mol
Potência térmica:
dot Q =dot n;De<a htot =27,78 mol/stimes60,54 kJ/mol =1682 kJ/s approx1682 kW

Resposta

A carga térmica estimada é de aproximadamente 1680 kW.

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