Deseja-se cristalizar lactose monohidratada por resfriamento contínuo a partir de uma solução aquosa com concentração de
solvente a
. Como o resfriamento será realizado por água de torre, a temperatura de cristalização não pode ser inferior a
. Dados:
solução
e
(cristalização exotérmica). Solubilidade da lactose a
são
água e
água, respectivamente.
a) Qual a recuperação neste processo?
b) Qual o consumo de energia?
c) Seria vantajoso operar o cristalizador a
e por quê?
a) Qual a recuperação neste processo?
b) Qual o consumo de energia?
c) Seria vantajoso operar o cristalizador a
Passo 1
O enunciado pede cristalizar lactose monohidratada por resfriamento contínuo de uma solução aquosa cuja concentração inicial é de 0,80 g de lactose por g de água a
C, até uma temperatura final de
C (mínima possível usando água de torre). Sabemos que a solubilidade da lactose é de 0,994 g/g água a
C e de 0,336 g/g água a
C. O calor sensível da solução vale
kJ/(k
) e o calor exotérmico de cristalização é
kJ/kg de cristal. Vamos usar balanço de massa para o soluto e balanço de energia para quantificar recuperação e carga térmica.
Passo 2
Escolho base de 1 kg de água no alimentador.
– Massa de lactose dissolvida inicialmente:
– Massa de lactose dissolvida inicialmente:
– Massa total da solução:
Ao resfriar até
C, a solubilidade fixa a lactose remanescente em solução em
por kg de água.
Passo 3
A massa de lactose cristalizada por kg de água é \r
A recuperação, ou rendimento em soluto, é então
Passo 4
Para o balanço de energia, somamos o calor sensível removido ao calor exotérmico de cristalização:
– Resfriamento da solução de C para
C:
– Resfriamento da solução de
– Calor liberado pela cristalização:
– Carga total de resfriamento:
por kg de água no alimentador.
Passo 5
Se quisermos o valor por kg de solução alimentada, basta dividir por 1,80 kg de solução:
Passo 6
Hipoteticamente operar a
C (solubilidade
kg/kg água) aumentaria a cristalização e elevaria a recuperação para cerca de 69 %. Porém exigiria resfriar mais (de
C a
C), aumentando a carga de resfriamento em cerca de
além de maior calor de cristalização adicional, e não é viável com água de torre que não atinge
C.
Resposta
a) Recuperação
%.
b) Carga de resfriamento kJ por kg de água (ou
kJ/kg de solução).
c) A C a recuperação subiria (
%), mas exigiria mais energia de resfriamento e não é factível com água de torre que não chega a
C.
b) Carga de resfriamento
c) A