Uma solução composta por material coloidal orgânico deve ser concentrada de 10% a 40%
em um evaporador de tubos longos. A corrente de alimentação apresenta uma temperatura de
. Dispõe-se de vapor dágua saturado a 1 bar
e a pressão na câmara de evaporação é de 0,15 bar. 0 evaporador deve evaporar
de água. Sabe-se que o coeficiente global de troca térmica é de
. O calor específico da solução é de
e pode ser assumido como constante. Para este sistema coloidal a elevação do ponto de ebulição é desprezível.
Supondo que seja possível pré-aquecer a corrente de alimentação até uma temperatura da
, usando um trocador disponível na planta. Determine o consumo de vapor e a economia do evaporador nestas condições. Interprete e discuta os resultados.
(R:
Supondo que seja possível pré-aquecer a corrente de alimentação até uma temperatura da
(R:
Passo 1
Beleza, o enunciado diz que a gente tem uma solução coloidal orgânica a 10 % (m/m) e quer concentrar pra 40 % num evaporador a 0,15 bar. A alimentação entra a 20 °C, mas a gente pode pré-aquecê-la até 55 °C num trocador à parte. O evaporador vai tirar 20 000 kg/h de água. O coeficiente de troca térmica e o calor específico já estão dados, e a elevação do ponto de ebulição é desprezível.
Conteúdo: balanço de massa e energia em evaporação, cálculos de vapor consumido e “economia” (= kg água evaporada por kg de vapor).
O que precisamos:
Conteúdo: balanço de massa e energia em evaporação, cálculos de vapor consumido e “economia” (= kg água evaporada por kg de vapor).
O que precisamos:
- Calcular as vazões de alimentação e produto;
- Calcular o calor sensível (aquecimento da solução até o ponto de ebulição) e o calor latente (vaporização da água);
- Calcular o consumo de vapor no evaporador;
- Calcular a economia = (água evaporada)/(vapor consumido).
Passo 2
Primeiro, balanço de massa:
– Solução inicial 10 %: 10 % sólidos + 90 % água.
– Queremos 40 % sólidos no produto, logo 60 % água.
– Se é a massa de água evaporada (20 000 kg/h), então a massa de alimentação
satisfaz
– Solução inicial 10 %: 10 % sólidos + 90 % água.
– Queremos 40 % sólidos no produto, logo 60 % água.
– Se
e a massa de produto
satisfaz
Substituindo na equação do vapor evaporado:
E o produto vale
Passo 3
Energia necessária no evaporador:
- Calor sensível para aquecer
de 55 °C (pré-aquecido) até a temperatura de ebulição a 0,15 bar.
– A 0,15 bar, a temperatura de ebulição°C.
–. - Calor latente para vaporizar os 20 000 kg/h de água
– Latente à ebulição de 60 °C:. - Energia total a ser fornecida pelo vapor de 1 bar (latente
):
Passo 4
Consumo de vapor no evaporador:
Economia do evaporador (kg água evaporada por kg de vapor):
Resposta
Consumo de vapor: 5,83 kg/s
Economia do evaporador: 95,4 %
Economia do evaporador: 95,4 %