Evaporadores

Dispôe-se de um evaporador de simples efeito cuja superfície é de 8 0 0 f t^2. Deseja-se ocupar esse equipamento para concentrar uma solução de NaOH de 15 % até 40 %, utilizando vapor de aquecimento a 30 psi . A carga alimentada está na temperatura de 120^circ F. A pressão no interior da câmara de evaporação é de 2 psi e pode-se estimar um coeficiente global de transferência de calor para este sistema de 300 BTU / hft^20 F. Calcular a produção de solução concentrada efluente e a economia do evaporador, sabendo-se que o evaporador evapora 15.000 lb / h e o vapor entra no aquecedor a 150 ^circ F e sai condensado na temperatura do ponto de ebulição da água.

Passo 1

Beleza, vamos lá! Temos um evaporador de simples efeito com uma área de superfície de 800 , ft^2. A missão é concentrar uma solução de NaOH de 15% até 40%, usando vapor a 30 psi para aquecer. A solução entra a 120^circ F e dentro da câmara de evaporação a pressão é de 2 psi. O coeficiente global de transferência de calor é 300 , BTU/(h cdot ft^2 cdot °F). Precisamos calcular a produção da solução concentrada e a economia do evaporador, sabendo que evapora 15.000 , lb/h de água e o vapor entra no aquecedor a 150^circ F e sai condensado na temperatura de ebulição da água.

Passo 2

Primeiro, vamos entender as temperaturas envolvidas. A solução entra a 120^circ F e precisa ser aquecida até a temperatura de ebulição na pressão de 2 psi. A pressão de 2 psi corresponde a uma temperatura de ebulição da água de aproximadamente 200^circ F (usando tabelas de vapor d’água).

Passo 3

Agora, calculamos a diferença de temperatura ( De) que a solução vai sofrer no evaporador:
Deçã

Passo 4

Utilizamos a equação de transferência de calor:
Q = U cdot A cdot De
Onde:
  • Q é a taxa de transferência de calor (BTU/h)
  • U é o coeficiente global de transferência de calor ( 300 , BTU/(h cdot ft^2 cdot °F))
  • A é a área de superfície ( 800 , ft^2)
  • De é a diferença de temperatura ( 80^circ F)
Substituindo os valores:
Q = 300 times 800 times 80 = 19.200.000 , BTU/h

Passo 5

Agora, sabemos que a evaporação envolve a remoção de 15.000 , lb/h de água. Precisamos calcular a quantidade de calor necessária para evaporar essa água. Para isso, usamos o calor latente de vaporização da água, que é aproximadamente 970 , BTU/lb a 200^circ F.
Qevaporação = 15.000 times 970 = 14.550.000 , BTU/h çã

Passo 6

Comparamos o calor fornecido pelo vapor com o calor necessário para a evaporação:
19.200.000 , BTU/h , (fornecido) - 14.550.000 , BTU/h , (necessário) = 4.650.000 , BTU/h á
Esse excedente de calor pode ser usado para aquecer a solução concentrada.

Passo 7

Agora, calculamos a produção de solução concentrada. Sabemos que queremos aumentar a concentração de 15% para 40%. Vamos usar a conservação de massa para encontrar a quantidade de solução concentrada ( F).
A quantidade de NaOH na solução inicial é:
NaOH inicial = 0,15 times Fluxo inicial
Na solução final:
NaOH final = 0,40 times F
Como a quantidade de NaOH é constante:
0,15 times Finicial = 0,40 times F
Assumindo que o fluxo inicial é a soma da solução mais a água evaporada:
Finicial = F + 15.000 , lb/h
Então:
0,15 times (F + 15.000) = 0,40 times F
Resolvendo para F:
0,15F + 2.250 = 0,40F 2.250 = 0,25F F = 9.000 , lb/h

Passo 8

Por fim, calculamos a economia do evaporador, que é a relação entre a quantidade de vapor condensado e a quantidade de água evaporada:
Economia = Vapor condensadoÁgua evaporada = 150 , lb/h15.000 , lb/h = 0,01 Á

Resposta

A produção da solução concentrada é de 9.000 , lb/h e a economia do evaporador é de 0,01.

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