Gás propano entra em um trocador de calor adiabático contínuo a e 250 kPa e sai a . Vapor de água superaquecido a e 5,0 bar entra no trocador escoando de forma contracorrente ao propano, e sai como líquido saturado na mesma pressão.
a) Admitindo como base de cálculo 100 mols de propano na alimentação ao trocador, desenhe e rotule um fluxograma do processo. Inclua na sua rotulagem o volume do propano alimentado ( ), a massa de vapor de água alimentado ( kg ) e o volume do vapor de água alimentado .
b) Calcule os valores das entalpias específicas rotuladas na seguinte tabela de entalpias de entrada - saída para este processo. ( )
Referências:
Espécie í í
100 mol 100 mol
c) Use um balanço de energia para calcular a vazão mássica necessária de alimentação de vapor de água. Calcule depois a razão volumétrica de alimentação das duas correntes ( vapor de água alimentado propano alimentado). Admita comportamento de gás ideal para o propano, mas não para o vapor de água, e lembre que o trocador é adiabático. ( vapor de água; vapor de água propano)
d) Calcule o calor transferido da água para o propano ( propano alimentado). (Sugestão: Faça um balanço de energia na água ou no propano em vez de no trocador inteiro). (R. propano alimentado)

Passo 1

Resumo do enunciado: temos um trocador de calor adiabático de escoamento contracorrente entre gás propano e vapor de água. O propano entra a 40^circC e 250 kPa e sai a 240^circC; a água entra como vapor superaquecido a 300^circC, 5,0 bar e sai como líquido saturado na mesma pressão. Temos base de cálculo de 100,mol de propano e usar: balanço de massa, equilíbrio de energia e equação de estado ideal para o propano.

Passo 2

Fluxograma e volumes/massas de entrada:
Propano (corrente fria):
bul<=t nC3H8,in = 100,mol, Tin=40^circC=313 K, p=250 kPa.
bul<=t Volume ( gas)
VC3H8 = n,R,Tp =100;8,314;J/mol,Ktimes313; K250,000;Pa approx1,04;m^3
Água (corrente quente):
bul<=t mH2O= a determinar (kg).
bul<=t Volume de vapor ( in)
VH2O =0,4;m^3;vaporm^3;propano times1,04;m^3 approx0,416;m^3

Passo 3

Encha-lhias específicas dadas e preenchimento da tabela:
bul<=t Para o propano na entrada:
hat Ha=0 kJ/mol.
bul<=t Para o vapor de água na entrada:
hat Hb=3065 kJ/kg.
bul<=t Para o propano na saída:
hat Hc=19,36 kJ/mol.
bul<=t Para a água na saída (líquido sat. em 5,bar):
hat Hd=640,1 kJ/kg.

Passo 4

Balanço de energia (adiabático):
Qrm ganho,,C3H8 =100l(hat Hc-hat Har) =100,(19,36-0) =1936;kJ
Esse calor sai da água:
mH2Ol(hat Hb-hat Hdr) =1936;kJ Longrightarrow mH2O =19363065-640,1 approx0,798;kg
Razão volumétrica
VH2OVC3H8 =0,4161,04approx0,40 l[m^3;H2O;/m^3;propanor]

Passo 5

Calor transferido por metro cúbico de propano alimentado:
q =Qrm ganho,,C3H8VC3H8 =1936;kJ1,04;m^3 approx1860;kJ/m^3

Resposta

a) Fluxograma:
Propano in: 100,mol, 40^circC, 250 kPa, V=1,04 m^3 to trocador to
Propano out: 100,mol, 240^circC
Vapor de água in: 0,798,kg, 300^circC, 5 bar, Vapprox0,416 m^3 to trocador to
Água out: 0,798,kg, líquido saturado em 5 bar
b) hat Ha=0;kJ/mol; hat Hb=3065;kJ/kg; hat Hc=19,36;kJ/mol; hat Hd=640,1;kJ/kg.
c) mH2O=0,798 kg; razão volumétrica =0,40 m^3;H2O/m^3;C3H8
d) qapprox1860;kJ/m^3;propano

Exercícios relacionados