OPERAÇÕES UNITÁRIAS II

Prévia do material em texto

04. Uma solução contendo material coloidal orgânico deve ser concentrada de 10% a 40% (em
massa) num evaporador de tubos longos. A solução alimentada tem temperatura de 20ºC. Dispõe-
se de vapor de água saturado a 1 bar absoluto, e a pressão no espaço de evaporação é de 0,15 bar.
O evaporador deve evaporar 20000 kg.h-1 de água. Sabe-se que o coeficiente global de transferên-
cia de calor é de 1500 W.m-2.K-1. O calor específico da solução é de 4 kJ.kg-1.K-1 e pode ser consid-
erado constante, e a EPE é desprezível. Calcule a área de transferência de calor requerida e o
consumo de vapor em kg.s-1.
Balanço Global
mf + mv0 - (mv1 + ml1 + md) = 0
Balanço Material
mf . xf - ml1 . xl1 = 0
In[ ]:= mf = 20 000; xf = 0.1; xl1 = 0.4;
In[ ]:= mf * xf - ml1 * xl1 = 0
In[ ]:= ml1 = mf * xf  xl1
Out[ ]= 5000.
mv0 = md
In[ ]:= mv1 = mf - ml1
Out[ ]= 15 000.
Balanço Global de Energia
mf . hf + mv0 . hv0 - (mv1 . hv1 + ml1 . hl1 + md . hd) = 0
mv0 . hv0 - md . hd + mf . hf = mv1 . hv1 + ml1 . hl1
mv0 . (hv0 - hd) + mf . hf = mv1 . hv1 + ml1 . hl1
mv0 . (hv0 - hd) = mv0 . λv0 =  ∴ = U . A . T = U . A . (Tv0 - Tl1)
hf = Cpf . Tf
hl1 = Cpl . Tl1
Cpf = Cpl
In[ ]:= Tf = 20; Tl1 = 53.97; Cp = 4;
In[ ]:= hf = Cp * Tf + 273
Out[ ]= 1172
In[ ]:= hl1 = Cp * Tl1 + 273
Out[ ]= 1307.88
In[ ]:= hv1 = 2599.06; λv0 = 2373.14;
In[ ]:= mv0 = mv1 * hv1 + ml1 * hl1 - mf * hf  λv0
Out[ ]= 9306.36
A taxa de consumo de vapor é mv0 = 9306,36 Kg/s.
A área é calculada por:
mv0 . λv0 = U . A . (Tv0 - Tl1)
In[ ]:= U = 1500; Tv0 = 99.62;
In[ ]:= A = mv0 * λv0  U * Tv0 - Tl1
Out[ ]= 322.531
Área = 322,531 m².
2