Um evaporador simples efeito é utilizado para concentrar uma alimentação de 10000 lbm / h de uma solução de caldo de cana-de-açúcar a 80^circ F contendo 15^circ Brix (i.e. % m / m de sacarose) até 30^circ Brix a ser destinado para a cristalização. Vapor saturado a 240^circ F está disponível para o aquecimento e a câmara de evaporação opera na pressão absoluta de 1 atm . O coeficiente global de troca térmica é 350 btu / h ft^2 e a capacidade calorífica do caldo de alimentação é cp=0,91 btu / lbm^circ F. A elevação do ponto de ebulição do caldo de cana é descrita pela expressão: E P E( ^circ C)=1,78 x+6,22 x^2 (ou E P E( ^circ F)=3,2 x+11,2 x^2 ). Determine a área requerida ao trocador de calor e o consumo de vapor para tal operação. ( R: A=667 ft^2, S=6380 lbm / h )

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:
  1. Balanço de massa (pra saber quanta água a gente evapora).
  2. Balanço de energia (calcular a carga térmica ).
  3. Cálculo do ponto de ebulição elevado ( ) via fórmula dada.
  4. Diferença média de temperatura logarítmica (LMTD).
  5. Uso de e .

Passo 2

Balanço de massa na cana:
– Alimentação: 10 000 lbm/h a 15 % Brix → açúcar = mp = 15000,30 = 5000;lbm/h lbm/h.
– 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.

Passo 3

Cálculo do ponto de ebulição elevado (EPE) e LMTD:
  1. Concentração em fração de massa:
    EPE = 3,2,x + 11,2,x^2 .
  2. Teb,in=212+0,732=212,732^circ F, Teb,out=212+1,968=213,968^circ F em °F: De– No in:
    – No out:
  3. Temperaturas de ebulição:
  4. Diferenças de temperatura contra o vapor (240 °F):

  5. LMTD:

Passo 4

Balanço de energia para achar Qsens = dot mf,cp,(Teb,,média-Tin) =10000;(0,91);(213,35-80) approx1,21times10^6;Btu/h :
  1. Calor sensível para elevar doado a 80 °F até ebulição média ( Qevap = 5000;(950)approx4,75times10^6;Btu/h ): Q = Qsens+Qevap approx1,21times10^6+4,75times10^6 =5,96times10^6;Btu/h é
  2. Calor latente para evaporar 5000 lbm/h de água:
    – Usamos S = Qhfg = 5,96times10^6950 approx 6270;lbm/h do vapor saturado a 240 °F (tabela): aprox. .
  3. Total:
  4. Consumo de vapor:

Passo 5

Cálculo da área Q = U,A,De:

Resposta

Área requerida
Consumo de vapor

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