Para concentrar
de uma solução de NaOH contendo
(m/m) até uma concentração de
(
), um evaporador simples efeito com área de
é utilizado. A alimentação entra a
. Vapor saturado a
é utilizado para o processo de aquecimento e a pressão de vapor na câmara do evaporador é
. Calcule o consumo de vapor de aquecimento e o coeficiente global de troca térmica. (
)
Passo 1
Então galera, vamos resolver um problema de Evaporação num evaporador de efeito simples.
Enunciado resumido:
– Você tem uma alimentação de 4 536 kg/h de solução de NaOH a 10 % (m/m), que entra a 21,2 °C, e quer concentrar a 20 % (m/m).
– Essa concentração é feita num evaporador de efeito simples, com área , operando a
(logo a temperatura de ebulição é cerca de
).
– O aquecimento vem de vapor saturado a 110 °C.
Enunciado resumido:
– Você tem uma alimentação de 4 536 kg/h de solução de NaOH a 10 % (m/m), que entra a 21,2 °C, e quer concentrar a 20 % (m/m).
– Essa concentração é feita num evaporador de efeito simples, com área
– O aquecimento vem de vapor saturado a 110 °C.
Matéria envolvida:
- Balanço de matéria (para achar vazões de produto e vapor formado).
- Balanço de energia (aquecimento sensível + calor de vaporização).
- Transferência de calor (coeficiente global
usando LMTD).
O que vamos precisar:
– Cálculo de vazão de produto e de vapor formado.
– Calor específico aproximado .
– Calor latente de vaporização .
– Fórmula de LMTD .
– Cálculo de vazão de produto e de vapor formado.
– Calor específico aproximado
– Calor latente de vaporização
– Fórmula de LMTD
A partir do próximo passo já partimos pra conta!
Passo 2
Balanço de matéria
– Alimentação , fração mássica de soluto
.
– Produto com
.
Pela conservação do soluto:
– Alimentação
– Produto
Pela conservação do soluto:
Então o vapor formado
é
Passo 3
Temperatura de ebulição
Na pressão de , a água ferve a cerca de
Na pressão de
Passo 4
Balanço de energia
O calor total que entra por unidade de tempo é soma de:
– Aquecimento sensível da solução de 21,2 °C até 81,4 °C:
O calor total
– Aquecimento sensível da solução de 21,2 °C até 81,4 °C:
– Vaporização de
:
Logo o calor total é
Passo 5
Consumo de vapor de aquecimento
Assumindo que cada kg de vapor libera ao condensar, temos
Assumindo que cada kg de vapor libera
Passo 6
Coeficiente global de troca
- Calcula-se as diferenças de temperatura no trocador (LMTD):
- Da equação de convecção:
Resposta
– Consumo de vapor
.
– Coeficiente global de troca .
– Coeficiente global de troca