BALANÇO DE MASSA E ENERGIA

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BALANÇO DE MASSA E ENERGIA 
 INDÚSTRIA DE AÇÚCAR E ÁLCOOL 
 Alunos: Brunna Pujol 
	Matheus Soares
	Nelio 
	Saimon
	Joao Guilherme
	Thaynara
	Roberta 
	Lorena, 2017
 
 Questão de balanço de energia:
Antes do caldo passar pela cristalização é necessário efetuar a concentração do melaço de cana, para isso utiliza-se o processo de evaporação da água. O processo é alimentado com 20.000 kg/h de uma solução com 15% de açucares, usa-se evaporadores de múltiplo efeito para que haja economia de energia, são utilizados 2.000 kg/h de vapor, sendo a razão entre os vapores recuperados de 2:2:1. A solução na saída contém 60% de açúcares, sabendo que o vapor de aquecimento é o vapor de água saturada a 2 atm e abandona a câmara de condensação na temperatura de condensação, já na câmara de evaporação mantém-se uma pressão constante de 150 mmHg. O coeficiente integral de transmissão de calor vale 2.000 kcal/ m^2 °C e a capacidade calorífica a pressão constante da alimentação é de 0,9 kcal/ °C. Determine o consumo de vapor vivo e a economia do processo.
Considerações:
Regime estacionário logo ṁ entra açúcar= ṁ sai de açúcar
A velocidade linear de escoamento no interior do evaporador é constante: ∆Ec= 0
O desnível é desprezível ∆Ep= 0
Não há sistema de agitação nem variação de volume W= 0
1º- Balanço de massa parcial para os 3 evaporadores:
- Para calcular a vazão que sai de açúcar:
ṁ entra * Xe = ṁ sai
20.000 * 0,15 = ṁ sai 
ṁ sai = 3.000 kg/h
- Para calcular a corrente que sai no evaporado 3:
Evaporado 3 * Xs = ṁ sai de açúcar
Evaporado 3 = 3.000 / 0.6 = 5.000 kg/h
- Para calcular o vapor recuperado de água:
ṁ H20 entra = ṁ H2O evaporado + ṁ vapor recuperado 
20.000 * 0,85 = 5.000 * 0,4 + ṁ vapor recuperado
ṁ vapor recuperado = 15.000 kg/h
2º Balanço de energia:
- Fluxograma resumido 
 Vapor recuperado: ṁ vapor rec. = E 
 He = 623,2 kcal/ kg 
	T = 80 °C P = 150mmHg= 0,197 atm
Caldo:
EVAPORADOR 
 Xe= 15% açúcar Hf= ?
 ṁ entra=F = 20.000kg/h
Vapor de aquecimento:	Caldo concentrado: Xs = 60%açúcar
Y = ? 	Hs =? ṁ sai de açúcar=S=3. 000kg/h
T = 119,6°C P = 2 atm Evaporado 3 = 5.000 kg/h 
hy = 120,3kcal/kg
hg = 645,9kcal/kg
(valores da tabela de vapor saturado)
 
- Para calcular o Q recebido:
Q = ṁ * ( H + Ec + Ep)s - ṁ ( H + Ec + Ep)e – 1º Lei da termodinâmica 
Q = E * He + S * Hs + perdas – F * Hf
- Para encontrar as entalpias necessárias:
Cpf = 0,9 kcal/ kg °C Hf = = 0,9 * ( 80 – 115) = - 31,5 Kcal/ kg 
Conhecendo-se Cp para uma concentração, interpola-se para encontrar Cp em outras concentrações.
Interpolando: 1 – Cpf / Xf – 0 = 1- Cps/ Xs – 0 , logo
Cps = 1 - ( 1 – Cpf) Xs/ Xf = 1 - (1- 0,9) 0,6/ 0,15 = 0,6 kcal/kg °C
Hs = 0,6 ( 80 - 115) = - 21 kcal/kg 
Q = 15.000 * 623,2 + 3. 000 * ( - 21) + 0 – 20.000 * ( - 31,5)
Q= 9.348.000 – 63.000 + 630.000 = 9.915.000 kcal/h
- Para calcular o consumo de vapor vivo:
Q recebido = Q cedido = Y ( Hg – Hy)
9.915.000 = Y ( 645,9 – 120,3)
Y = 18.864 kg/h
- Para calcular a economia no processo:
Economia = E / Y = 15.000 / 18.864 = 0,795 ~ 0,8 
Sugestão: Essa economia de vapor poderia ser direcionada para o próximo estágio de cristalização do caldo concentrado, no qual precisa de vapor quente condensado para o cozimento.
Referências:
Artigo: Redução do volume de vinhaça através da evaporação: http://www2.feb.unesp.br/pos/seminario/IVSeminario/anais/AC-TulioCamacarideCarvalho.pdf Acesso em: 25 novembro, 2017 
BRASIL, Nilo Índio do. Introdução à Engenharia Química., Interciencia Ltda.2005.
ANÁLISE DE CUSTOS E VIABILIDADE ECONÔMICA DE USINAS SUCROALCOOLEIRAS COM DIFERENTES SISTEMAS DE FUNCIONAMENTO DAS LINHAS DE EVAPORADORES:
http://sites.poli.usp.br/p/augusto.neiva/TCC/arquivos/1349295607.pdf Acesso em: 25 novembro, 2017.