4 ºLista de exercícios Evaporadores de efeito único (1)

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Curso: Química Bacharelado 
Disciplina: Operações Unitárias 2 (OU35QB) 
Período: 2017/2 
Professor: Rodrigo Brackmann 
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4º LISTA DE EXERCÍCIOS - EVAPORADORES DE EFEITO ÚNICO 
 
1) BALANÇOS DE MASSA E ENERGIA SEM EPE. Uma corrente de 4535 kg/h de uma 
solução salina com 2%(m/m) de sólidos entra continuamente a 311 K em um evaporador 
de efeito único e é concentrada a 3% (m/m). A evaporação ocorre à pressão atmosférica, 
sendo a área de troca térmica de 69,7 m2. Vapor saturado a 383,2 K é utilizado para o 
aquecimento. Como a solução é muito diluída, pode-se assumir que o ponto de ebulição da 
solução seja o mesmo da água pura. O calor específico da corrente de alimentação é igual a 
4,10 kJ/kg.K. Calcule a quantidade de vapor gerado, a quantidade de líquido concentrado e 
o coeficiente de troca térmica global U. 
 
2) BALANÇOS DE MASSA E ENERGIA SEM EPE. Repita o exercício 1 para uma nova vazão 
de alimentação de 6804 kg/h, considerando-se que os valores de área, coeficiente de 
troca térmica, pressão do vapor de aquecimento, pressão no evaporador e temperatura de 
alimentação não sejam alterados. Compare o resultado com o encontrado no exercício 
anterior e discuta. 
 
3) BALANÇOS DE MASSA E ENERGIA SEM EPE. Repita o exercício 1, assumindo que a 
pressão no evaporador seja de 41,4 kPa (absoluta) ao invés da pressão atmosférica. 
Utilize os mesmos valores de pressão de vapor de aquecimento, área de troca térmica e 
coeficiente de troca térmica do exercício 1. 
(a) Resolva o exercício para obter a nova vazão de alimentação F. A composição da 
corrente de líquido concentrado é mantida a mesma do exercício 1. 
(b) Resolva o exercício para obter a nova composição do líquido concentrado 
assumindo-se que a vazão de alimentação tenha sido aumentada para 18144 kg/h. 
Compare os resultados obtidos com os do exercício 1. 
 
 
4) BALANÇOS DE MASSA E ENERGIA SEM EPE. Um evaporador com uma área de troca 
térmica de 83,6 m2 e U = 2270 W/m2.K é usado para produzir água destilada para 
alimentação de caldeira. Água de torneira contendo 400 ppm de sólidos dissolvidos a 
15,6 ºC é alimentada ao evaporador, que opera a uma pressão absoluta de 1 atm. Vapor 
saturado a 115,6 ºC está disponível para o uso. O calor específico da corrente de 
alimentação é igual a 4,10 kJ/kg.K. Calcule a vazão de água destilada produzida se o líquido 
concentrado contém 800 ppm de sólidos. 
 
5) BALANÇOS DE MASSA E ENERGIA SEM EPE. Um evaporador de efeito único é 
utilizado para concentrar uma solução de alimentação de coloides orgânicos de 5% para 
50% m/m. A solução possui uma elevação do ponto de ebulição (EPE) negligenciável. O 
calor específico da alimentação é de 4,06 kJ/kg.K e a alimentação é admitida a 15,6 ºC. 
Vapor saturado a 101,32 kPa está disponível para o aquecimento, e a pressão no 
evaporador é de 15,3 kPa. A quantidade de vapor gerado é de 4536 kg/h. U = 
1988 W/m2.K. Qual é o valor de área requerida e o consumo de vapor de aquecimento? 
 
6) ELEVAÇÃO DO PONTO DE EBULIÇÃO. Determine o ponto de ebulição e a elevação do 
ponto de ebulição (EPE) para os seguintes casos utilizando os gráficos de Dühring: 
a) solução de NaOH 30% m/m entrando em ebulição em um evaporador à pressão de 
172,4 kPa. 
b) solução de NaOH 60% m/m entrando em ebulição em um evaporador à pressão de 
3,45 kPa. 
 
7) BALANÇOS DE MASSA E ENERGIA COM EPE. Um evaporador de efeito único é 
utilizado para concentrar 9072 kg/h de uma solução aquosa de NaOH 10% m/m com o 
intuito de se obter um produto com 50% m/m de sólidos. A pressão manométrica do 
vapor utilizado para o aquecimento é de 42 kPa e a pressão no evaporador é mantida em 
20 kPa (absoluta). O coeficiente global de troca térmica é de 1988 W/m2.K. Calcule a 
vazão de vapor utilizado, a economia de vapor (kg de vapor obtido/kg de vapor utilizado) 
e a área de troca térmica para as seguintes condições de alimentação: 
a) Temperatura de alimentação de 15,6 ºC. 
b) Temperatura de alimentação de 48,9 ºC. 
Compare os resultados obtidos em "a" e "b". 
 
8) BALANÇOS DE MASSA E ENERGIA COM EPE. Com o objetivo de se concentrar 
4536 kg/h de uma solução aquosa de NaOH 10% m/m para uma solução 20% m/m, um 
evaporador de efeito único com superfície de troca térmica de 37,6 m2 é utilizado. A 
alimentação é admitida a 21,1 ºC. Vapor saturado a 110 ºC é usado para o aquecimento e a 
pressão no evaporador é de 51,7 kPa. Calcule a vazão de vapor utilizado e o coeficiente de 
troca térmica. 
 
9) BALANÇOS DE MASSA E ENERGIA COM EPE. Um evaporador é empregado para 
concentrar F kg/h de uma solução de NaOH 20% m/m a 311 K para a obtenção de uma 
solução 50% m/m. Vapor saturado a 399,3 K é utilizado para o aquecimento. A pressão 
absoluta no evaporador é de 13,3 kPa. O coeficiente de troca térmica é de 1420 W/m2.K e a 
área de troca térmica é de 86,4 m2. Calcule a vazão de alimentação F. 
 
10) BALANÇOS DE MASSA E ENERGIA COM EPE. Um evaporador de efeito único está 
sendo utilizado para concentrar uma corrente de 4536 kg/h de uma solução de açúcar de 
cana a 27 ºC com teor de açúcar de 15 ºBrix (grau Brix se refere à percentagem mássica de 
açúcar) a 30 ºBrix para uso na indústria alimentícia. Vapor saturado a 116 ºC está 
disponível para o aquecimento. A pressão absoluta no evaporador é de 1 atm. U = 
1987 W/m2.K. A EPE pode ser estimada pela equação: EPE (ºC) = 1,78.x + 6,22.x2 (x = 
fração mássica de açúcar). O calor de solução pode ser negligenciado. Considere que o 
calor específica da corrente de alimentação seja de 3,81 kJ/kg.K. Calcule a área de troca 
térmica requerida neste evaporador e a vazão de vapor de aquecimento utilizado.