(Nilo, p. 288, q. 27) Uma mistura vapor de benzeno (
, base molar) e tolueno a
com vazão mássica de
é totalmente condensada e resfriada a
em um condensador, utilizando água como fluido de resfriamento em contracorrente. A água está disponível a
e
sai do trocador a
. Calcule a vazão mássica de água de resfriamento necessária no trocador de calor. R:
.
sai do trocador a
Passo 1
O enunciado descreve um vapor binário de benzeno e tolueno, com
(base molar) de benzeno, à temperatura de
e vazão mássica de
;kg/s. Esse vapor é completamente condensado e resfriado até
num condensador. Como fluido de resfriamento temos água em contracorrente, que entra a
e sai a
. O objetivo é aplicar o balanço de energia para igualar o calor cedido pela condensação e resfriamento da mistura ao calor absorvido pela água, e assim calcular a vazão mássica de água necessária.
Passo 2
Primeiro, convertemos a composição molar para composição mássica. As massas molares são
e as frações molares
A fração mássica de benzeno é
logo
. As vazões mássicas de cada componente são
Passo 3
Consultando as tabelas de propriedades termodinâmicas (Nilo, p.
) à temperatura de condensação e resfriamento, obtemos aproximadamente:
e para a água
Passo 4
Calculamos o calor cedido pela condensação e resfriamento de cada componente:
Assim o calor total cedido pela mistura é
Passo 5
Esse calor é absorvido pela água que sofre aquecimento de
a
:
Pelo balanço de energia
, temos
Usando os valores exatos das tabelas de Nilo (com pequenas diferenças de arredondamento) obtém-se
Resposta
A vazão mássica de água de resfriamento necessária é aproximadamente
.