Evaporadores
Dispôe-se de um evaporador de simples efeito cuja superfície é de
. Deseja-se ocupar esse equipamento para concentrar uma solução de NaOH de
até
, utilizando vapor de aquecimento a 30 psi . A carga alimentada está na temperatura de
. 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
. Calcular a produção de solução concentrada efluente e a economia do evaporador, sabendo-se que o evaporador evapora
e o vapor entra no aquecedor a
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
. A missão é concentrar uma solução de NaOH de
até
, usando vapor a 30 psi para aquecer. A solução entra a
e dentro da câmara de evaporação a pressão é de 2 psi. O coeficiente global de transferência de calor é
. Precisamos calcular a produção da solução concentrada e a economia do evaporador, sabendo que evapora
de água e o vapor entra no aquecedor a
e sai condensado na temperatura de ebulição da água.
Passo 2
Primeiro, vamos entender as temperaturas envolvidas. A solução entra a
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
(usando tabelas de vapor d’água).
Passo 3
Agora, calculamos a diferença de temperatura (
) que a solução vai sofrer no evaporador:
Passo 4
Utilizamos a equação de transferência de calor:
Onde:
-
é a taxa de transferência de calor (BTU/h) -
é o coeficiente global de transferência de calor ( ) -
é a área de superfície ( ) -
é a diferença de temperatura ( )
Substituindo os valores:
Passo 5
Agora, sabemos que a evaporação envolve a remoção de
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
a
.
Passo 6
Comparamos o calor fornecido pelo vapor com o calor necessário para a evaporação:
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
para
. Vamos usar a conservação de massa para encontrar a quantidade de solução concentrada (
).
A quantidade de NaOH na solução inicial é:
Na solução final:
Como a quantidade de NaOH é constante:
Assumindo que o fluxo inicial é a soma da solução mais a água evaporada:
Então:
Resolvendo para
:
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:
Resposta
A produção da solução concentrada é de
e a economia do evaporador é de
.