Questão 2 (5) -
de uma solução aquosa contendo 20% molar de acetato de sódio entra em um cristalizador por evaporação a
. Quando a solução é exposta a baixa pressão no evaporador,
da água evaporam, concentrando a solução restante e provocando a formação de cristais de acetato triidratado. O produto é uma mistura em equilíbrio de cristais e uma solução aquosa saturada contendo 15,4% molar de acetato de sódio. Os efluentes (cristais, solução e vapor de água) estão todos a
. Calcule:
a) Vazão de alimentação do cristalizador (kmol/h)
b) A taxa de produção de cristais triidratado (kg/h), e a vazão mássica da solução líquida na qual os cristais estão presentes.
c) Estime a taxa na qual o calor deve ser transferido para ou do cristalizador utilizando os seguintes dados físicos:
a) Vazão de alimentação do cristalizador (kmol/h)
b) A taxa de produção de cristais triidratado (kg/h), e a vazão mássica da solução líquida na qual os cristais estão presentes.
c) Estime a taxa na qual o calor deve ser transferido para ou do cristalizador utilizando os seguintes dados físicos:
Passo 1
O problema é um balanço de matéria e energia em um cristalizador por evaporação a partir de uma solução aquosa de acetato de sódio.
– Entrada: kg/h de solução a
C com
% molar de NaAc.
– Saídas em equilíbrio ( C): vapor de água, solução saturada (
% molar de NaAc) e cristais de NaAc
O.
Vamos:
. Converter a vazão mássica de alimentação em kmol/h.
. Fazer balanços de NaAc e de água para achar as vazões molares de solução, vapor e cristais.
. Converter em vazões mássicas (kg/h).
. Fazer balanço de energia entre
C (alimentação) e
C (saídas), incluindo calor de evaporação e calor de cristalização.
– Entrada:
– Saídas em equilíbrio (
Vamos:
Passo 2
(a) Vazão molar da alimentação
Massa molar do NaAc:
Massa molar do NaAc:
Massa molar média da solução de alimentação (
molar):
Portanto a vazão molar
é
Passo 3
(b) Balanços de matéria
Definindo
,
(solução saturada),
kmol/h,
água evaporada,
solução líquida,
cristais em kmol/h de NaAc
O.
Definindo
Da evaporação:
Balanço de NaAc:
Balanço de água:
Resolvendo o sistema:
Passo 4
Vazões mássicas
– Cristais :
– Cristais
– Solução líquida
:
Passo 5
(c) Balanço de energia (referência
C)
Dados:
Entalpia de cristalização por kmol de NaAc:
Dados:
Entalpia de cristalização por kmol de NaAc:
Somando (sinal positivo
calor fornecido ao cristalizador):
Ou seja, é necessário remover
(
kW) do cristalizador.
Resposta
(a)
(b) Cristais: ; solução líquida:
(c) (
–
kW), isto é, calor removido do cristalizador.
(b) Cristais:
(c)