Uma corrente de alimentação de
de uma solução salina a
(m/m) a 311 K entra continuamente em um evaporador simples efeito sendo concentrada até
. A evaporação ocorre sob pressão atmosférica e a área do evaporador é 69,7 m². Vapor saturado a 383,2 K é fornecido como vapor de aquecimento. Considerando que a solução é diluída, é possível assumir que possui o mesmo ponto de ebulição da água. A capacidade calorífica da alimentação pode ser considerada como
.
Caso a corrente de alimentação sofra uma alteração para
, determine a vazão mássica das correntes de vapor e produto líquido concentrado e a concentração de soluto nesta corrente. (R:
)
Caso a corrente de alimentação sofra uma alteração para
Passo 1
Beleza, vamos resumir o que temos e o que precisamos usar.
Enunciado resumido: a vazão de alimentação muda de 4535 kg/h para 6804 kg/h, mantendo solução salina a 2 % (m/m), mesmo evaporador (área = 69,7 m²), vapor de aquecimento a 383,2 K, pressão atmosférica, ebulição a 373,2 K, da alimentação = 4,10 kJ/kg·K.
Conteúdo: balanço de massa (soluto e total) e balanço de energia (sensível + latente) para achar a vazão de vapor que o trocador entrega, usando a mesma área e coeficiente global de calor que já tínhamos calculado no caso inicial.
O que precisamos:
Enunciado resumido: a vazão de alimentação muda de 4535 kg/h para 6804 kg/h, mantendo solução salina a 2 % (m/m), mesmo evaporador (área = 69,7 m²), vapor de aquecimento a 383,2 K, pressão atmosférica, ebulição a 373,2 K,
Conteúdo: balanço de massa (soluto e total) e balanço de energia (sensível + latente) para achar a vazão de vapor que o trocador entrega, usando a mesma área e coeficiente global de calor que já tínhamos calculado no caso inicial.
O que precisamos:
- Latente da água a 100 °C
kJ/kg; - Balanço de massa e energia do caso inicial (para extrair
); - Balanço de energia do novo caso (para achar
); - Depois, balanço de massa no novo caso para achar
e .
Passo 2
Primeiro, relembra o caso inicial (4535 kg/h ⇒ 3 % no produto):
- Massa de soluto na alimentação:
- Produto concentrado a
:
- Balanço de energia (assumindo tudo a 373,2 K no evaporador):
- Calor sensível para aquecer 4535 kg/h de 311 K→373,2 K:
- Calor de vaporização para gerar
:
- Logo,
kJ/h.
- Usando
, com K e m², achamos
Passo 3
Agora o novo caso (
kg/h, mesma 2 %):
- Calor disponível continua o mesmo:
- Calor sensível para aquecer
:
- Calor para vaporização restante:
- Vazão de vapor gerado:
Passo 4
Balanço de massa total novo:
Massa de soluto na alimentação:
Concentração no produto:
Resposta
Vazão de vapor
kg/h, vazão de líquido concentrado
kg/h, concentração no produto
.