Lista de exercicios evaporadores

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE 
CENTRO DE TECNOLOGIA 
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA 
 
DISCIPLINA: Operações Unitárias II (DEQ0312) 
Professora: Katherine Carrilho de Oliveira 
 
EXERCÍCIOS SOBRE EVAPORADORES 
 
1. Um evaporador é usado para concentrar 4536 kg/h de uma solução de NaOH em 
água a 20% e 60 °C para obter uma solução concentrada a 50%. A pressão do vapor 
saturado usado para aquecimento é 172,4 kPa e a pressão no espaço vapor do evaporador 
é 11,7 kPa. O coeficiente de transferência global é 1560 W/m².K. Calcule o vapor usado, 
a economia de vapor e a área da superfície de aquecimento. 
Resposta: S = 3255 kg/h; A = 46,5 m²; E = 0,836. 
 
2. Deseja-se concentrar 10000 kg/h de uma solução de NaOH de 12% até 40% em 
um evaporador com dois efeitos, com alimentação direta a 50 °C depois de passar por um 
trocador de calor, e com vapor a 2,6 kgf/cm² no primeiro efeito. No segundo efeito se 
mantem um vácuo de 545 mm Hg e o vapor procedente deste evaporador é condensado 
em um condensador barométrico com entrada de água a 25 °C. Calcule a área da 
superfície de aquecimento de cada efeito, supondo que os coeficientes globais são 1900 
e 1200 kcal/m².h.°C para os efeitos de um a dois respectivamente, a quantidade de água 
necessária para o condensador e a economia do vapor. 
Resposta: A = 99,8 m²; W = 46956,73 kg/h; E = 1,454. 
 
3. São alimentados em um evaporador, 10000 kg/h de uma solução de hidróxido de 
sódio a 20% e 37,8 °C que deve ser concentrada até 50%. O aquecimento é feito com 
vapor de água saturado a 0,35 kg/cm² e o espaço de vapor trabalha com um vácuo de 660 
mm Hg. O arraste é desprezível. O condensado sai na mesma temperatura do vapor de 
água e as perdas de calor são desprezíveis. Qual o consumo de vapor de aquecimento? Se 
o coeficiente global de transmissão de calor é 1950, qual a superfície de aquecimento 
necessária? O evaporador está acoplado a um condensador barométrico em 
contracorrente, que é alimentado com água a 15,6 °C e a temperatura da água na saída é 
de 49 °C. Qual a quantidade de água fria necessária? 
Resposta: S=7446 kg/h; A=128,6 m²; W=1,76 m³/min. 
 
4. 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/m².K e no 
segundo 4000 W/m².K. Qual é a área da superfície de aquecimento necessária, sabendo-
se que ambos os efeitos possuem áreas iguais. A solução não tem elevação do ponto de 
 
ebulição. A carga entra a 30 °C e o vapor disponível está a 0,7x106 N/m². O condensador 
opera na pressão de 7x10³ N/m². 
Resposta: A = 20,24 m². 
 
5. Um evaporador a triplo efeito com alimentação direta está sendo usado para 
evaporar uma solução de açúcar contendo 10% em peso de sólidos para uma solução 
concentrada de 50%. A elevação do ponto de ebulição (EPE) das soluções (independente 
da pressão) pode ser estimada por: EPE°C = 1,78x + 6,22 x², em que x é a fração mássica 
de açúcar na solução. Vapor saturado a 205,5 kPa está sendo usado para o aquecimento. 
A pressão no espaço de vapor do terceiro efeito é 13,4 kPa. A taxa de alimentação é 22680 
kg/h a 26,7 °C. A capacidade calorífica das soluções líquidas é: cp = 4,19 – 2,35x kJ/kg.K. 
O calor da solução é considerado desprezível. Os coeficientes de transferência de calor 
são U1 = 3123, U2 = 1987 e U3 = 1136 W/m².K. Se cada efeito tem a mesma área de 
superfície, calcule a área, a taxa de vapor usada e a economia de vapor. 
Resposta: S = 8960 kg/h; A = 105 m²; E = 2,025. 
 
6. Um evaporador de três efeitos deve concentrar uma solução de NaOH de 10% a 
50% de sólidos. A alimentação de 46000 kg/h de solução diluída está a 40 °C, o vapor de 
aquecimento está disponível a 2,0 kgf/cm², e, no terceiro efeito, deve-se manter um vácuo 
de 170 mm de Hg. Os coeficientes globais de transferência de calor podem ser assumidos 
como 5400, 2950 e 1950 kcal/h.m².°C, para os efeitos de um a três, respectivamente. 
Deve-se utilizar alimentação frontal. A perda de energia para o ambiente e o arraste com 
o vapor gerado podem ser considerados desprezíveis. Considerar que todos os 
condensados saem como líquidos saturados. Determinar as áreas de troca de calor de cada 
efeito (todos os efeitos devem ter a mesma área de troca de calor), o consumo de vapor 
de aquecimento e a economia de vapor. 
Resposta: S = 18080 kg/h; A = 262 m²; E = 2,04.