Uma solução contendo
de NaOH (em massa) deve ser concentrada até
em um evaporador de simples efeito. A solução deve ser alimentada a
a
. A pressão dentro do evaporador deve ser mantida em 10,1 kPa . O vapor de aquecimento será fornecido a uma pressão de saturação igual a
. O coeficiente global de transferência de calor (U) é estimado em
. Considerando que a solução possui elevação do ponto de ebulição, determine:
a) A área requerida para transferência de calor
b) A economia de vapor
a) A área requerida para transferência de calor
b) A economia de vapor
Passo 1
O enunciado pede para concentrar uma solução aquosa de NaOH de
(massa) até
num evaporador simples. Chega-se com
de solução a
, a pressão de operação do evaporador é
e o vapor de aquecimento entra a
. O coeficiente global de troca de calor é
. Vamos precisar de
- Balanço de massa para achar a vazão de vapor produzido,
- Elevação do ponto de ebulição (BPE) para estimar a temperatura de ebulição da solução,
- Cálculo do calor de vaporização bruto (demanda térmica) e depois da área de troca,
- Cálculo da economia de vapor
.
Passo 2
Fazendo o balanço de massa sobre soluto NaOH e total:
— Soluto em alimentação: .
— Produto com deve conter novamente
de NaOH, logo a vazão de produto é
— Soluto em alimentação:
— Produto com
— Portanto o vapor gerado é
Passo 3
A pressão de operação é
, a temperatura de saturação da água pura ali é cerca de
Mas a solução de NaOH eleva esse ponto (BPE). Num cálculo típico usa-se o valor médio da elevação para a concentração média
, que vale cerca de
. Então a ebulição da solução ocorre a
Passo 4
A temperatura de saturação do vapor de aquecimento é dada pela pressão de
, que corresponde a
Logo o salto de temperatura disponível para troca é
Passo 5
Para estimar a potência térmica
devemos multiplicar a vazão de vapor por um calor latente aproximado à temperatura de ebulição da solução. Adotamos
para
. Assim
Convertendo para watts:
Passo 6
A área requerida segue de
Passo 7
A economia de vapor é a razão entre o vapor efetivamente evaporado e o vapor de utilidade fornecido. O vapor de utilidade (massa de vapor de caldeira consumida) é
onde para
tomamos
. Logo
A economia então é
Resposta
Área requerida
Economia de vapor kg de vapor evaporado por kg de vapor de aquecimento.
Economia de vapor