Para concentrar 4536 kg / h de uma solução de NaOH contendo 10 % (m/m) até uma concentração de 20 % ( m / m ), um evaporador simples efeito com área de 37,6 m^2 é utilizado. A alimentação entra a 21,2^circ C. Vapor saturado a 110^circ C é utilizado para o processo de aquecimento e a pressão de vapor na câmara do evaporador é 51,7 kPa. Calcule o consumo de vapor de aquecimento e o coeficiente global de troca térmica. ( R: S=2 8 8 0 kg / h, U=2249 W / m^2 K )

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.
Matéria envolvida:
  1. Balanço de matéria (para achar vazões de produto e vapor formado).
  2. Balanço de energia (aquecimento sensível + calor de vaporização).
  3. 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 .
A partir do próximo passo já partimos pra conta!

Passo 2

Balanço de matéria
– Alimentação F,xF ;=;P,xP Longrightarrow P ;=;F,xFxP ;=;4536times0,100,20 ;=;2268 kg/h , fração mássica de soluto V ;=;F - P ;=;4536 - 2268 ;=;2268 kg/h .
– Produto com .
Pela conservação do soluto:
Então o vapor formado é

Passo 3

Temperatura de ebulição
Na pressão de Tb approx 81,4 ^circ C , a água ferve a cerca de

Passo 4

Balanço de energia
O calor total Qrm sens ;=;F;Cp;(Tb - Trm in) ;=;4536;times4,18;times(81,4-21,2) ;approx;1,141times10^6 kJ/h ;approx;317 kW que entra por unidade de tempo é soma de:
– Aquecimento sensível da solução de 21,2 °C até 81,4 °C:
Qrm lat ;=; V;lambda ;=;2268;times2,260 ;approx;5,126times10^6 kJ/h ;approx;1424 kW
– Vaporização de Q ;=;Qrm sens + Qrm lat ;approx;317 + 1424 ;=;1741 kW :
Logo o calor total é

Passo 5

Consumo de vapor de aquecimento S ;=;Q,[kW]times3600,[s/h]lambdarm vap,[kJ/kg] ;=;1741times36002260 ;approx;2880 kg/h
Assumindo que cada kg de vapor libera ao condensar, temos

Passo 6

Coeficiente global de troca De
  1. Calcula-se as diferenças de temperatura no trocador (LMTD):
De
Q = U,A,De
  1. Da equação de convecção:

Resposta

– Consumo de vapor .
– Coeficiente global de troca .

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