Um evaporador simples efeito é utilizado para concentrar uma alimentação de 10000
de uma solução de caldo de cana-de-açúcar a
contendo
Brix (i.e.
de sacarose) até
Brix a ser destinado para a cristalização. Vapor saturado a
está disponível para o aquecimento e a câmara de evaporação opera na pressão absoluta de 1 atm . O coeficiente global de troca térmica é
e a capacidade calorífica do caldo de alimentação é
. A elevação do ponto de ebulição do caldo de cana é descrita pela expressão:
(ou
). Determine a área requerida ao trocador de calor e o consumo de vapor para tal operação. (
)
Passo 1
Beleza, o exercício pede pra gente achar duas coisas de um evaporador de efeito simples: a área de troca térmica
e o consumo de vapor
.
Conteúdo envolvido:
Conteúdo envolvido:
- Balanço de massa (pra saber quanta água a gente evapora).
- Balanço de energia (calcular a carga térmica
). - Cálculo do ponto de ebulição elevado (
) via fórmula dada. - Diferença média de temperatura logarítmica (LMTD).
- Uso de
e .
Passo 2
Balanço de massa na cana:
– Alimentação: 10 000 lbm/h a 15 % Brix → açúcar = lbm/h.
– Produto: 30 % Brix → para manter 1500 lbm/h de açúcar, precisa de
– Alimentação: 10 000 lbm/h a 15 % Brix → açúcar =
– Produto: 30 % Brix → para manter 1500 lbm/h de açúcar, precisa de
Então a água no produto é
lbm/h e a água alimentada era
lbm/h.
Água evaporada lbm/h.
Água evaporada
Passo 3
Cálculo do ponto de ebulição elevado (EPE) e LMTD:
- Concentração em fração de massa:
. -
em °F: – No in:
– No out: - Temperaturas de ebulição:
- Diferenças de temperatura contra o vapor (240 °F):
- LMTD:
Passo 4
Balanço de energia para achar
:
- Calor sensível para elevar doado a 80 °F até ebulição média (
): - Calor latente para evaporar 5000 lbm/h de água:
– Usamosdo vapor saturado a 240 °F (tabela): aprox. . - Total:
- Consumo de vapor:
Passo 5
Cálculo da área
:
Resposta
Área requerida
Consumo de vapor
Consumo de vapor