Apresentao do PowerPoint
Prof. Dr. Luis [email protected] de So
PauloEscola PolitcnicaDepartamento de Engenharia Qumica
PQI - 2306 OPERAES UNITRIAS IIAula EVAPORADORESOBJETIVOS:
Concentrar uma soluo consistente de um soluto no voltil e um
solvente voltil, ou seja, concentrar pela evaporao do
solvente.Produo de vapor para produo de energia.Provocar
arrefecimento atravs da vaporizao (resfriamento)Aumentar a
estabilidade do produto reduzindo a atividade provocada pela gua,
caso ela seja o solvente.
APLICAES: concentrao de sucos de frutas, do caldo de cana para
posterior obteno do acar, obteno de gua potvel a partir da gua do
mar.
Simples efeitoMltiplos efeitosCirculao naturalCirculao
foradaPelcula agitadaSerpentina rotativaPelcula ascendente Pelcula
descendente
Tipos de evaporadoresOs evaporadores podem operar de vrias
maneiras, so elas: Simples EfeitoMltiplo Efeito Por
CompressoMltiplos Efeitos de Expanso Bomba de Calor OperaoMecnica
Trmica Figura 1. Evaporadores de circulao natural de tubos
horizontais
A evaporao por simples efeito um processo em que se utiliza
apenas um evaporador. importante no entendimento dos equipamentos
de evaporao, mas na prtica no muito usado por gastar muita
energia.
o vapor procedente do lquido em ebulio condensado e descartado.
Simples efeito
Figura 2 Evaporadores de circulao natural de tubos verticais
Figura 3. Evaporador de Mltiplos efeitos. Alimentao
concorrenteCondensado do Vapor de aquecimento
Figura 4. Evaporador de Mltiplos efeitos. Alimentao
contracorrenteCondensado do Vapor de aquecimento
Figura 6. Evaporador de Mltiplos efeitos. Alimentao
simultneaCondensado do Vapor de aquecimento
Figura 5. Evaporador de Mltiplos efeitos. Alimentao
MistaCondensado do Vapor de aquecimentoM: Alimentao (soluo diluda)
[Kg/h]V: Evaporado [Kg/h]P: Soluo Concentrada [kg/h] S: Vapor de
aquecimento Saturado [Kg/h] C: Condensado [kg/h] h : Entalpia
[kcal/kg] Q: Fluxo de calor [kcal/h] A: rea de troca trmica [m] U:
Coeficiente global de troca trmica [kcal/h.m.C] x: Concentrao de
slidos (base mida) [kgsoluto/kgsoluo] Simples efeito
Balano material Global
Balano material por Componente Balano de Entalpias Entra =
Sai
Calor Transferido:
Entalpia Para a Alimentao (M) e para o Produto (P)CpM e CpP:
Calor especfico das Solues M e P [cal/Kg.K]CpM e CpP Calor de
diluio Tr das solues de concentrao xM e xP
Tem entalpia nula Tr quando infinitamente diluida O calor
especfico de uma soluo aquosa, sem calor de diluio, funo linear da
concentrao. Sendo conhecido o calor especfico (Cp0) de uma soluo de
concentrao x0, na concentrao x, o calor especfico ser Cp Calculo de
Entalpias:
Para o Condensado (C)hc: Entalpia do condensado [Kcal/Kg]Cpc:
Calor especfico a presso constante do condensado [cal/Kg.K]Tc:
Temperatura do condensado [K]Tr: Temperatura de referencia [K]
Se for gua a 0,01 C 1 atmCpC= 4,217 KJ/Kg.KCpC=1,008
Kcal/Kg.K
Para o Vapor Saturado (S)hs: Entalpia do vapor saturado
[Kcal/Kg]Cps: Calor especfico a presso cte do lquido [cal/Kg.K]Ts:
Temperatura do vapor [K]s: Calor latente de vaporizao [Kcal/Kg]Se
no for gua usa-seSe for gua Usa-se tabelas de vapor saturado
No caso em que (V) um Vapor Superaquecido (V) Tv e PvhV:
Entalpia do vapor superaquecido [Kcal/Kg]CpV: Calor especfico do
solvente lquido P= cte [cal/Kg.K]CpV:Calor especfico do solvente
vapor P=cte [cal/Kg.K]s: Calor latente de vaporizao do solvente Pv
[K]TV: Temperatura de vaporizao do solvente Pv [K]EPE: Se o
solvente for gua CpV =1,0 e CpV =0,5
A gua pura 100C Pv=760mmHg Soluo aquosa 100C Pv=30,1mmHg.de NaOH
60% Temperatura de Ebulio das Soluesa gua, em presena de um soluto,
apresenta um abaixamento da presso de vapor. Para que a soluo
aquosa de NaOH tenha a mesma presso de vapor da agua pura (Pv=
760mmHg), esta deve estar a uma temperatura de 167C. A esse aumento
na temperatura, d-se o nome de elevao do ponto de ebulio (EPE) e
ele pode ser determinado pela regra de Duhring. soluto composto de
molculas pequenas e inicas 80C, molcula muito grande e/ou orgnica
Desprezvelsoluo apresenta e.p.e., o evaporado retirado do
equipamento um vapor superaquecido.
Regra de Duhring Exemplo: Qual o e.p.e. de uma soluo de NaOH 60%
quando a temperatura de ebulio do solvente puro de 95C?
TEsoluo=160C; EPE=160-95=65C)
baco do Perry Determinar a rea de aquecimento necessria para a
produo de 10 000 lb/h de soluo de NaOH a 50% a partir de soluo de
NaOH a 10% na temperatura inicial de 100 F . A evaporao ser
realizada num evaporador de tubos curtos, que tem conforme se
espera, um coeficiente global de 500 Btu/h ft2 F. O vapor de gua
disponvel est saturado a 50 Psig, e o evaporador pode ser operado
num vcuo de 10 Psi em relao presso baromtrica de 14,7 psia.
ConsideraesA soluo no corpo do evaporador sofre violento
processo de Misturao. Concentrao Homognea.O ponto de ebulio da
soluo o da soluo de NaOH a 50% sob presso de 4,7 Psia. Despreza a
carga hidrosttica.V (vapor que sai) vapor de gua pura na
Temperatura de Ebulio da Soluo e na presso mencionada.O condensado
um lquido saturado na presso de vapor. Haver subresfriamento mas a
sua contribuio pequena.No h perda trmica.
Balano material Global
Balano de NaOH Balano de Entalpias Entra = Sai
Diagrama de Duhring 50% NaOH e 160F 4,7 Psia gua ferve a 160
FEPE= 73F
Tabela de vapor de gua na presso de 4,7 Psia e 233 F233 F
Diagrama Entalpia- Concentrao de solues aquosas de NaOH
Grfico de entalpia-concentrao
