Uma solução aquosa, com 2 % de sólidos orgânicos dissolvidos, deve ser concentrada até 25 %, num evaporador a duplo efeito, em contracorrente, com circulação forçada. O coeficiente de transferência de calor no primeiro efeito é 2800 W / m^2.K e no segundo 4000 W / m^2.K. A solução não tem elevação do ponto de ebulição. A carga entra a 30^circ C e 12500 kg /, e o vapor disponível está a 0,7 times 10^6 N / m^2. O condensador opera na pressão de 7 times 10^3 N / m^2. Calcule:
a) A temperatura e pressão de trabalho de cada efeito.
b) A quantidade de solução concentrada na saída do 1^circ 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.

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:
P2 = 0,7 times P1 = 0,7 times 0,7 times 10^6 N/m^2 = 4,9 times 10^5 N/m^2

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
  • Segundo efeito:
    • Pressão:
    • Temperatura: 140°C

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.

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