Um evaporador de simples efeito concentra uma solução aquosa
em massa de
até
. A taxa de alimentação é de
, e a temperatura da alimentação é de
. O evaporador é mantido a uma pressão absoluta de 1,5 psia, na qual o ponto de ebulição da solução
de
é de
. Qual é a taxa de transferência de calor no evaporador? (Resp.: Q =
)
Passo 1
O enunciado trata de um evaporador de simples efeito que recebe uma alimentação de
,
de solução aquosa com
em massa de
a
e a concentra até
em massa, operando a
,
(ponto de ebulição da solução concentrada
). Vamos usar balanço de massa para encontrar as vazões de produto concentrado e de vapor, e depois balanço de energia para calcular a taxa de calor
. Precisaremos de:
. Composição e balanço de massa sólido–líquido–vapor.
. Balanço de energia: aquecimento sensível da alimentação de
até
mais a vaporização da água.
. Valores de
da solução média e de
da água nas condições de operação, obtidos em tabela.
Passo 2
Aplicamos balanço de massa total e de componente (
,+,
). Denotando
,
, fração mássica de ácido na alimentação
, fração na saída
, vazão de líquido
e de vapor
, temos
Da segunda equação:
logo
Passo 3
Balanço de energia estacionário (desprezando mitigações e variação de energia cinética/potencial):
Escolhendo referência de entalpia em
,
. A entalpia do líquido concentrado a
é a energia para aquecer da alimentação mais a energia de vaporização de
massa de água. Assim
Passo 4
Consultando tabela típica para solução de
entre
e
e para água saturada a
(
,
), adotamos:
Passo 5
Substituindo numericamente:
Calculamos cada termo:
Somando,
Resposta
A taxa de transferência de calor no evaporador é