Evaporadores

Um evaporador de circulação forçada concentra 60.000 kg / h de uma solução de NaOH a 44 % a 65 % usando vapor a 304 kN / m^2 de pressão. A temperatura da alimentação e a temperatura do concentrado é 40^circ C e a temperatura de ebulição da solução é de 102 ^circ C. Se todo o coeficiente de transferência de calor é de 2 kW / m^20 C, calcule: a) o vapor requerido em kg / h, b) a área de transferência de calor e a economia do evaporador. HINT: Hf=2 8 1 k J / kg e H=5 7 3 k J / kg.

Passo 1

Beleza, vamos entender o que a questão está pedindo. Temos um evaporador que está concentrando uma solução de NaOH de 44% para 65%. Isso significa que estamos removendo parte da água para aumentar a concentração de NaOH. A massa total da solução é de 60.000 kg/h. Vamos precisar usar conceitos de balanço de matéria e de energia para resolver as partes (a) e (b). Além disso, vamos utilizar fórmulas de transferência de calor, já que o calor é essencial para o processo de evaporação.

Passo 2

Primeiro, vamos calcular a quantidade de NaOH na solução inicial e na solução final. Isso nos ajudará a determinar a massa de água que está sendo evaporada.
A concentração inicial é de 44%, então a massa de NaOH na solução inicial é:
Massa de NaOH inicial = 60.000 , kg/h times 0,44 = 26.400 , kg/h
A concentração final é de 65%, então a massa de NaOH na solução final permanece a mesma:
Massa de NaOH final = 26.400 , kg/h

Passo 3

Agora, vamos determinar a massa total da solução final. Como a massa de NaOH não muda, podemos calcular a massa total da solução final usando a concentração final.
Seja $ M_f $ a massa final da solução:
Mf
Resolvendo para $ M_f $:
0,65 = 26.400 , kg/hMf

Passo 4

Com a massa final da solução, podemos encontrar a massa de água que foi evaporada. A água evaporada é a diferença entre a massa inicial e a massa final.
Massa de água evaporada = 60.000 , kg/h - 40.615 , kg/h approx 19.385 , kg/h á

Passo 5

Agora, vamos calcular o vapor requerido. Para isso, precisamos saber quanto calor é necessário para evaporar essa quantidade de água. Usamos a entalpia de vaporização $ H $ fornecida na dica, que é 573 kJ/kg.
H á
Q = Massa de água evaporada times H

Passo 6

Para encontrar a massa de vapor necessária, usamos a entalpia do vapor $ H_f $, que é 281 kJ/kg.
Hf
Massa de vapor requerida = QHf

Passo 7

Agora, vamos calcular a área de transferência de calor. Usamos a fórmula da transferência de calor:
Q = U times A times De
Onde:
  • $ Q $ é o calor transferido por hora,
  • $ U $ é o coeficiente global de transferência de calor,
  • $ A $ é a área de superfície,
  • $ \Delta T $ é a diferença de temperatura.
Primeiro, vamos calcular $ \Delta T $:
Q
Rearranjando a fórmula para encontrar $ A $:
U
A
Lembrando que 1 kW = 1 kJ/s e 1 hora = 3600 segundos, então:
De
De
De

Passo 8

Finalmente, vamos calcular a economia do evaporador. A economia é um índice que relaciona a área de transferência de calor com a quantidade de solução processada.
Economia = AMassa da solução çã
Economia = 89.461 , m^260.000 , kg/h approx 1,49 , m^2/kg/h

Resposta

a) O vapor requerido é aproximadamente 39.478 kg/h.
b) A área de transferência de calor é cerca de 89,46 m² e a economia do evaporador é aproximadamente 1,49 m²/kg/h.

Exercícios relacionados