Deseja-se produzir
de NaCl a partir de uma solução
com
, fração mássica 0,25 e a
. Será empregada cristalização evaporativa a
. Dados: solubilidade
de
de água.
a) Por que não é possível usar cristalização por resfriamento?
b) Qual a quantidade de água a ser evaporada e o consumo energético?
c) Se a alimentação for mais diluída
, o que acontecerá com o consumo energético?
a) Por que não é possível usar cristalização por resfriamento?
b) Qual a quantidade de água a ser evaporada e o consumo energético?
c) Se a alimentação for mais diluída
Passo 1
Resumindo o enunciado: entra uma solução de NaCl–
O com vazão
;kg/h e fração mássica de NaCl
(a
C). Queremos cristalizar evaporativamente a
C de modo a obter
;kg/h de NaCl sólido. A solubilidade a
C é de
;kg NaCl/kg água.
Conteúdo: balanço de massa em cristalização evaporativa e cálculo de energia térmica (sensible + latente).
Passo 2
(a) Para cristalização por resfriamento precisaríamos que, ao baixar a temperatura, a solubilidade caísse abaixo da fração mássica da alimentação
. Em NaCl–
O a solubilidade em água pura a
C é ainda da ordem de
kg/kg, ou seja, perto de
, e abaixo disso a água se congela antes de permitir precipitação significativa de sal. Logo, não há “janela” de temperatura entre
C e
C que gere supersaturação suficiente sem congelar o solvente.
Passo 3
(b) Balanço de massa de sal e de água:
– Sal na alimentação:
– Sal na alimentação:
– Queremos
;kg/h de sal cristalizado, logo sobra na licor mãe
– Na temperatura de operação a solução mãe é saturada, então a razão sal/água é
;kg/kg. Se
é a massa de água no licor mãe,
– Massa total do licor mãe
– Água evaporada
Passo 4
Cálculo de energia térmica:
- Sensível: aquecer toda a solução de
C a C. Supondo ;kJ/(k ) para a solução,
- Latente: evaporar
;kg/h de água. Adotando o calor de vaporização a essa pressão ;kJ/kg,
- Total
ou, em potência,
Passo 5
(c) Se a alimentação ficar mais diluída
, a massa de sal na alimentação passa a ser
Para obter sempre
;kg/h de sal, sobram
;kg/h na solução mãe. Então
Como
aumenta, cresce também
e, portanto, o consumo energético total aumenta.
Resposta
a) Porque resfriar de
C a um ponto abaixo de
C (para gerar supersaturação) congelaria o solvente, tornando a cristalização impossível.
b) Água evaporada ;kg/h; energia total
;kJ/h (
kW).
c) Com alimentação mais diluída ,
e, consequentemente,
aumentam.
b) Água evaporada
c) Com alimentação mais diluída