Uma solução aquosa, com
de sólidos orgânicos dissolvidos, deve ser concentrada até
, num evaporador a duplo efeito, em contracorrente, com circulação forçada. O coeficiente de transferência de calor no primeiro efeito é 2800
.K e no segundo
.K. A solução não tem elevação do ponto de ebulição. A carga entra a
e
, e o vapor disponível está a
. O condensador opera na pressão de
. Calcule:
a) A temperatura e pressão de trabalho de cada efeito.
b) A quantidade de solução concentrada na saída do
efeito.
c) O consumo de vapor de aquecimento.
d) A área da superfície de aquecimento (ambos os efeitos possuem áreas iguais).
e) A economia do processo de evaporação.
a) A temperatura e pressão de trabalho de cada efeito.
b) A quantidade de solução concentrada na saída do
c) O consumo de vapor de aquecimento.
d) A área da superfície de aquecimento (ambos os efeitos possuem áreas iguais).
e) A economia do processo de evaporação.
Passo 1
Beleza, vamos lá! A gente tem esse exercício sobre um evaporador de duplo efeito usado para concentrar uma solução aquosa. O que precisamos fazer aqui é descobrir a temperatura e pressão de trabalho de cada efeito desse evaporador. Para isso, vamos usar conceitos básicos de transferência de calor e propriedades térmicas da água. Vamos dividir a resolução em passos bem detalhados para facilitar o entendimento!
Passo 2
Primeiro, vamos entender o que é um evaporador de duplo efeito. Ele possui dois “efeitos” ou etapas onde ocorre a evaporação da água. O vapor gerado no primeiro efeito é reutilizado no segundo, aumentando a eficiência energética do processo.
Passo 3
Sabemos que a pressão de vapor da água está diretamente relacionada à temperatura de ebulição dela. Quanto maior a pressão, maior a temperatura de ebulição, e vice-versa. Para determinar as pressões e temperaturas de cada efeito, precisamos relacionar as pressões fornecidas e usar as tabelas de vapor d’água.
Passo 4
O vapor disponível está a
, que é a pressão no primeiro efeito. No condensador, a pressão é de
. Vamos assumir que a pressão no segundo efeito será intermediária entre essas duas.
Passo 5
Consultando uma tabela de vapor d’água, encontramos as temperaturas correspondentes às pressões:
- Para
, a temperatura de ebulição da água é aproximadamente 160°C. - Para
, a temperatura de ebulição é aproximadamente 100°C.
Passo 6
Agora, precisamos determinar a pressão no segundo efeito. Como o evaporador é de duplo efeito e funciona em contracorrente, a pressão no segundo efeito será próxima à do condensador.
Vamos assumir que a pressão no segundo efeito é 70% da pressão do primeiro efeito, ou seja:
Passo 7
Consultando novamente a tabela de vapor d’água para
, encontramos a temperatura de ebulição correspondente, que é aproximadamente 140°C.
Passo 8
Resumindo:
-
Primeiro efeito:
- Pressão:
- Temperatura: 160°C
- Pressão:
-
Segundo efeito:
- Pressão:
- Temperatura: 140°C
- Pressão:
Resposta
A pressão e temperatura de trabalho de cada efeito são:
- Primeiro efeito: Pressão de
e temperatura de 160°C. - Segundo efeito: Pressão de
e temperatura de 140°C.