Devemos projetar um sistema evaporador de duplo efeito (com alimentação em contracorrente) para concentrar uma solução de NaCl (em peso) desde uma concentração de 10 \% até 25 \%. Se requer de 5000 \mathrm{~kg} / \mathrm{h} de solução concentrada requerida e para isso se dispõe de vapor de calefação que condensa a 115^{\circ} \mathrm{C} e se estima que se possa conseguir vácuo na câmara de evaporação de forma que a temperatura de condensação do vapor formado no segundo efeito seja de 38^{\circ} \mathrm{C}. Os coeficientes globais de transmissão de calor se estimam em 1800 e 1500 \mathrm{kcal} /\left(\mathrm{h} \cdot \mathrm{m}^{2} \cdot{ }^{\circ} \mathrm{C}\right) para o primeiro e segundo efeito, respectivamente. A solução alimento entra no segundo efeito a 30^{\circ} \mathrm{C}. A elevação do ponto de ebulição no segundo efeito é de 8^{\circ} \mathrm{C} e 12^{\circ} \mathrm{C} no primeiro. Os condensados abandonam os efeitos a seus respectivos pontos de ebulição. O calor específico de todas as soluções pode ser considerado igual a 1 \mathrm{kcal} /\left(\mathrm{kg} \cdot{ }^{\circ} \mathrm{C}\right). Calcular:
a) Áreas de transmissão de calor dos dois efeitos, supostas iguais.
b) Vapor de calefação necessário.
Usar a Equação de Regnault \rightarrow r[\mathrm{kcal} / \mathrm{kg}])=606,5-0,695 \cdot T\left[{ }^{\circ} \mathrm{C}\right].
Passo 1
O enunciado pede projetar um evaporador de duplo efeito (alimentação em contracorrente) que concentre solução de NaCl de 10\% até 25\%, com produto final P=5000,kg/h. Vamos usar balanço de massa (saídas, entradas de água e sal) e balanço de energia em cada efeito, calculando temperaturas de ebulição com o “boiling-point elevation” (BPE) dado, e as latentes pela Equação de Regnault. Como os efeitos têm áreas iguais A, teremos três incógnitas (A, vapor gerado no 1.º efeito V_1 e no 2.º efeito V_2) e três equações (massa, efeito 1 e efeito 2).
Passo 2
Material total: denotando F a vazão de alimentação a 10\% de sal,