EVAPORADORES

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EVAPORADORES
(evaporador de película)
Disciplina: operações e
Professora: Marla Horta
Alunos:
Juan Alves Batista
Lais Paula Peres
THIAGO SANTANA
Evaporação 
	A evaporação é a operação unitária que tem por objetivo a concentração de uma solução, pela retirada de solvente, fazendo a solução entrar em ebulição. 
	De acordo com Mccabe et. al. (1991), a evaporação consiste no processo de concentrar uma solução, que possui um soluto não volátil e um solvente volátil, sendo que na grande maioria das soluções esse solvente é agua
	Conforme reportado por Walas (1990), os evaporadores empregam calor para concentrar ou recuperar soluções e se diferenciam no formato, nos trocadores de calor, nas dimensões, entre outros aspectos. 
	Evaporadores Basicamente um evaporador consiste de um trocador de calor para aquecer a solução à ebulição e um separador do vapor formado pela fase líquida em ebulição. O produto de um evaporador é geralmente a solução concentrada.
	Conforme Foust et. al. (2011), evaporadores são constituídos por um trocador de calor que eleva a temperatura da solução até a sua fervura, sendo capaz de realizar a separação da fase vapor do liquido em ebulição. 
	Segundo Araújo (2012), os evaporadores, em sua totalidade, possuem uma superfície térmica, cuja função é transferir calor para a solução e um compartimento, voltado a separar o vapor produzido da solução alimentada.
Evaporadores
	Tal compartimento, também denominado de espaço-vapor, visa impedir o arraste da solução ocasionado pela geração do vapor. Em relação a forma de separação do vapor, é possível classificar os evaporadores em três categorias:
 
- Evaporadores de circulação natural; 
- Evaporadores de circulação forçada; 
- Evaporadores de película.
Evaporadores
Evaporadores de película
	Mccabe et. al. (2001) reporta que os evaporadores de película podem ser classificados, de acordo com o fluxo: ascendente e descendente.
	No caso do evaporador com película ascendente, o líquido e o vapor ascendem do fundo para a parte superior do evaporador por dentro do tubo em consequência da ebulição e o liquido separado retorna ao fundo do recipiente por gravidade.
EVAPORADOR DE PELICULA ASCENDENTE
Evaporadores de película
De acordo com Mccabe et. al. (2001), os evaporadores de película descendente são usados para concentrar materiais de alta sensibilidade em relação ao calor, nos quais necessitam de um tempo mínimo de exposição ao aquecimento. 
Normalmente, esse processo é atingido com um sistema de apenas um efeito, com a solução a ser concentrada entrando pela parte superior, e se deslocando para a parte inferior através dos tubos aquecidos juntamente com vapor de água.
EVAPORADOR DE PELICULA DESCENDENTE
Aplicações industriais
Produção de LEITE
	No processo de produção de leite em pó, o leite recebido é refrigerado a uma temperatura entre 3° C e 5° C em recipientes isotér micos de aço inox até que seja enviado ao processo de fabricação.
	O leite padronizado segue para a concentração. Através de aquecedores tubulares é pasteurizado, novamente, a 85/90 ºC por 40 segundos e vai para o conjunto de evaporadores de três efeitos. 
	O conjunto consiste na evaporação de parte da água do leite.
Aplicações industriais
Produção de café
	O processo de concentração é dividido em duas etapas. Na primeira é feita uma recuperação de aromas, utilizando um evaporador de simples efeito
	Na segunda etapa, desse processo de concentração, é utilizado um sistema de evaporadores de múltiplo efeito.
 Deseja-se usar um evaporador de triplo efeito para concentrar uma solução de NaOH de
5% até 50%. A alimentação será direta, com a carga entrando a 80°F. Os coeficientes
globais de transmissão de calor que se esperam são de 800, 500 e 300 Btu/h.ft2.°F, em
cada um dos efeitos, nesta ordem. O vapor de água existente está a 125 psia e serão
usados ejetores capazes de manter uma pressão de 1 psia. As áreas de troca térmica em
cada um dos efeitos serão iguais e suficientes para produzirem 10 ton/h de concentrado.
Qual a área necessária em cada efeito? Qual o consumo de vapor e qual a economia?
  
T= 80°F = 26,67°C
U1= 800 Btu/h.ft^2.°F = 4542,6107 W/m^2.°C
U2= 500 Btu/h.ft^2.°F = 2839,1317 W/m^2.°C
U3= 300 Btu/h.ft^2.°F = 1703,479 W/m^2.°C
P= 125 psia = 861,845 KPa ou 861854 Pa
V= 10ton/h = 9071,85 m^3/h
Exercício evaporadores de múltiplos efeito
DADOS:
A= 9071,85 Kg/h
Xa= 0,05
Ta= 26,67 °C
Ps= 861,845 Kpa
Ts= 170,41 °C
P3= 6,9 Kpa
T3= 36,16 °C
X3= 0,5
1 – Balanço de massa
-Balanço Global
A = L3 + V
9071,85 = L3 + V eq.(01)
-Balanço de componentes (não-voláteis)
A.Xa = L3.X3 + Vy
(9071,85).(0,05) = L3.(0,5)
L3 = 453,6/0,5
L3 = 907,2 Kg/h
9071,85 = 907,2 + V
V = 8164,65 Kg/h
*Supondo que V1=V2=V3=V/3
2721,55 Kg/h - Precisa verificar
- Balanço de massa em cada efeito levando em consideração o valor de 2721,55 Kg/h
1° Efeito
A = L1 + V1
9071,85 = L1 + 2721,55
L1 = 6350,3 Kg/h
2° Efeito
L1 = L2 + V2
6350,3 = L2 + 2721,55
L2 = 3628,75 Kg/h
3° Efeito
L2 = L3 + V3
3628,75 = L3 + 2721,55
L3= 907,2 Kg/h
- Balanço por componente de cada efeito
1° Efeito
A.Xa = L1.X1 + V1.Y1
(9071,85).(0,05) = (6350,3).X1
X1 = 453,6/6350,3
X1 = 0,07
2° Efeito
L1.X1 = L2.X2 + V2.Y2
(6350,3).(0,07) = (3628,75).X2
X2 = 444,521/3628,75
X2 = 0,12
3° Efeito
L2.X2 = L3.X3 + V3.Y3
(3628,75).(0,12) = (907,2).X3
X3 = 435,45/907,2
X3 = 0,48
2 - Decréscimo de temperatura
ΔT = ΔT1 + ΔT2 + ΔT3
ΔT = (Ts - T1) + (T1 – T2) + (T2 – T3)
ΔT = Ts – T3
ΔT = 170,41 °C - 36,16 °C
ΔT = 134,25 °C 
ΔT para os efeitos
1° Efeito
ΔT = (0,19).(134,25)
ΔT1 = 25,5 °C
2° Efeito
ΔT = (0,304).(134,25)
ΔT2 = 40,8 °C
3° Efeito
ΔT = (0,51).(134,25)
ΔT3 = 68 °C
- Temperatura em cada efeito
1° Efeito
ΔT1 = Ts – T1
25,5 = 170,41 – T1
T1 = 144,91°C
2° Efeito
ΔT2 = T1 – T2
40,8 = 144,91 – T2
T2 = 104,11°C
3° Efeito
ΔT3 = T2 – T3
68 = 104,11 – T3
T3 = 36,11°C
3 – Balanço de Energia
Entalpia das correntes (Tref = 0°C) 
- Alimentação A (na Ta = 26,67°C)
Ha = Cp,a(Ta – Tref)
290 Kj/Kg = Cp,a (26,67°C):
Cp,a = 290/26,67
Cp,a = 10,9 Kj/Kg°C
Concentrado L1 (na T1 = 25,5°C):
HL1 = Cp,L1(T1 – Tref)
HL1 = 10,9*(0,07)*(25,5)
HL1 = 19,46 KJ/kg
- Vapor secundaria V1 (na T1 = 25,5°C):
Hv1 = 2547,2 Kj/Kg (valor tabelado)
Vapor primário S (na Ts = 170,41°C):
Hfg,s = 2049,5 Kj/Kg (valor tabelado)
Substituindo os valores na eq.(02) para obter S:
(9071,85).(290) + S.(2049,5) = (6350,3).(19,46) + (2721,55).(2547,2)
(2630836,5) + S.(2049,5) = 7055908,998
S = 7055908,998-2630836,5/2049,5
S = 2159,1 Kg/h
3 – Áreas de transferência de calor:
 
1° efeito = 
2° efeito =
 
3° efeito = 
Cálculo de qi
q1 = SHfg,s = (2159,1).(2049,5)
q1 = 4425075,45 Kj/h
Converte para (W)
q1 = 1229187,625 W
q2 = V1.Hfg,1 = (2721,55).(2129,6)
q2 = 5795812,88 Kj/h
Converte para (W)
q2 = 1609948,022 W
q3 = V2.Hfg,2 = (2721,55).(2243,7)
q3 = 6106341,735 Kj/h
Converte para (W)
q3 = 1696206,038 W
Substituindo os valores para encontrar a Área: 
1229187,625/(4542,6107).(25,5)
A1 = 10,61 m^2
1609948,022/(2839,1317).(40,8)
A2 = 13,9 m^2
1696206,038 /(1703,479).(68)
A3 = 14,64 m^2
Verificação das áreas 
Área média:
Am = A1 + A2 + A3/3
Am= 10,61 + 13,9 + 14,64 / 3
Am = 12,98 m^2
Cálculo de erro por área:
(A1 – Am)/Am = (10,61 – 12,98)/12,98 = -0,1825 
-0,1825*100% = -18%
(A1 – Am)/Am = (13,9 – 12,98)/12,98 = 0,071
0,071*100% = 7,1%
(A1 – Am)/Am = (14,64 – 12,98)/12,98 = 0,128
0,128*100% = 12,8%
*Os valores das áreas serão corrigidos:
Correção da área média:
A’m = (25,5).(10,61)+(40,8).(13,9)+(69). (14,64)/25,5+40,8+69
A’m = 13,66 m^2
Correção das temperaturas:
(25,5).[(10,61)/(13,66)]
ΔT’1 = 19,806°C
(40,8).[(13,9)/(13,66)]
ΔT’2 = 41,51°C
(69).[(14,64)/(13,66)]
ΔT’3 = 73,95°C
A soma dos valores de ΔT’ = 135,2°C igual ao ΔT inicial que não pode variar.
Logo corrigimos as temperaturas:
1° Efeito
ΔT’1 = Ts – T’1
19,806 = 170,41 – T1
T1 = 150,604°C
2° Efeito
ΔT’2 = T’1 – T’2
41,51 = 150,604 – T2
T2 = 109,094°C
3° Efeito
ΔT’3= T’2 – T’3
73,95 = 109,094 – T3
T3 = 35,14°C
- Refazendo o balanço de massa em cada efeito.
1° Efeito
A = L’1 + V’1
V’1 = 9071,85 – L’1 eq.(03)
2° Efeito
L’1 = L’2 + V’2
V’2 = L’1 – L’2 eq.(04)
3° Efeito
L’2 = L3 + V’3
V’3 = L’2 – 907,2 eq.(05)
- Balanço por componente de cada efeito
1° Efeito
A.Xa = L’1.X’1 + V’1.Y1
(9071,85).(0,05) = L’1.X1
L’1.X’1 = 453,59
*Todo soluto que é alimentado em A tem que sair nas correntes Li
X’1=453,59/L’1 eq.(06)
X’2=453,59/L’2 eq.(07)
X’3=453,59/L’3 eq.(08)
- Entalpias das correntes:
1° Efeito (T’1 = 150,604°C)
Hfg,s = 2049,5 Kj/Kg (tabela de vapor a Ts=170,41°C)
HV’1 = 2746,5 Kj/Kg (tabela de vapor a T’1=150,6°C)
HL’1 = Cp,L’1.(T’1 – Tref)
HL’1 = 10,9*(L’1)*(150,604) eq.(09)
2° Efeito (T’2 = 109,094°C)
Hfg,1’ = 2114,3 Kj/Kg (tabela de vapor a T’1=150,6°C)
HV’2 = 2691,5 Kj/Kg (tabela de vapor a T’2=109,094°C)
HL’2 = Cp,L’2.(T’2 – Tref)
HL´2 =10,9*(L’2)*(109,094) eq.(10)
3° Efeito (T’3 = 35,14°C)
Hfg,2’ = 2230,2 Kj/Kg (tabela de vapor a T’1=109,094°C)
HV3 = 2565,3 Kj/Kg (tabela de vapor a T’2=35,14°C)
HL’3 = Cp,L’3.(T’3 – Tref)
HL’3 = 10,9*(0,5)*(35,14)
HL’3 = 191,51 Kj/Kg
Segundo balaço de energia:
1° Efeito:
9071,85.(290) + S’.(2049,5) = L’1.HL’1 + (V’1).(2746,5)
2630836,5 + 2049,5S’ = L’1.(10,9)*(453,59/L’1)*(150,604)+(9071,85-L’1).(2746,5)
2049,5S’ = (1641,6L’1).(453,59L’1/L’1) + (24915094,47)-(2746,5L’1) – (2630836,5) 
2049,5S’ = (11049L’1).(453,59L’1/L’1) – (2746,5L’1) –(2630836,5) + (24915094,47)
2049,5S’ = 5008969,41L’1 – 27545930,97
Segundo balaço de energia:
2° Efeito:
(L’1).(10,9).(453,9/L’1).(150,604)+(9071,85 – L’1).(2114,3) =
L’2.(10,9).(453,59/L’2).(109,094)+(L’1 – L’2).(2691,5)
Segundo balaço de energia:
3° Efeito:
L’2.(10,9).(453,59/L’2 ).(109,094)+(L’1 – L’2).(2230,2) = 
(907,2).(191,51)+(L’2 – 907,2).(2565,3)
BIBLIOGRAFIAS
ARAUJO, E. C. DA C. EVAPORADORES. SÃO CARLOS: EDUFSCAR, 2012. 89 P. (APONTAMENTOS). 
BRASIL, N. Í. INTRODUÇÃO À ENGENHARIA QUÍMICA. INTERCIÊNCIA LTDA.2005.
MCCABE, W. L.; SMITH, J. C.; HARRIOT, P. OPERACIONES UNITARIAS EN INGENIERIA QUIMICA. 4. ED. MADRID: MCGRAW-HILL, 2001. 1095 P. MILCENT, P. F. OPERAÇÕES UNITÁRIAS II. EVAPORAÇÃO. UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ, 2013. 
FOUST, A. S. ET AL. PRINCÍPIOS DAS OPERAÇÕES UNITÁRIAS. 2. ED. RIO DE JANEIRO: LTC, 2011. 670 P.