Prova 2 - Operações Unitárias 2 - 2019-1

2ª Prova de Operações Unitárias II – Noturno 2019 Nome: Gabriela Mancari Nº USP: Ex. 1: (4,0) Leite é pasteurizado em trocador de calor de placas continuamente com vazão de 7500 l/h e deve permanecer tempo suficiente em um tubo de retenção com diâmetro interno de 3 cm. A temperatura do alimento no final do trocador é de 95°C, permanecendo constante até a saída do tubo de retenção (processo isotérmico). Nessa T, a densidade do produto é 1010 Kg/m³ e a viscosidade 1,32 mPa·s. Admita fluido com comportamento Newtoniano. a) (1,5) Calcule o “valor de esterilização (SV)” para o microorganismo alvo (Bacillus stearothermophilus para leite, TH24). (F=1 para valores em balanço térmico.) b) (1,5) Calcule o comprimento do tubo de retenção. c) (1,0) Partindo do conhecimento da relação entre tempo e temperatura requeridos para atingir certo grau de esterilização, explique o que é letalidade térmica. Regime Laminar (Re < 2100): Vmax=2*( Vazao S/(pi *di)) Regime Turbulento (Re > 10000): VVazao/ (pi.d)=Vaz. deteta Re - V (Vanze)./V ~/u Ex. 2: Solução de sacarose a 20°C dever ser concentrada de 15% para 60% (ou 8ºBrix) em um sistema de evaporação de duplo efeito de alimentação direta, conforme esquema a seguir. A quantidade de vapor final da empresa deve ser de 3.000 kg/h. Emprega-se para aquecimento do primeiro efeito vapor d'água saturado a 170 kPa. A pressão de operação do segundo efeito é de 45 kPa. Os coeficientes globais de transferência de calor são: U1 = 2800 W.m-2 ºC-1; U2 = 2400 W⋅m-2⋅ºC-1. a) (1,0) Determine a vazão de solução de sacarose na entrada do evaporador, e de vapor total a ser removido da solução. Considerando as vazões de vapor de saída de cada efeito iguais; b) (2,0) Estime a temperatura de ebulição em cada evaporador, bem como a elevação do ponto de ebulição de acordo com a concentração dos produtos. Para a estimativa, considere a mesma razão da taxa de transferência de calor pela área do trocador (q/A) para cada efeito. c) (3,0) Calcule as áreas de cada efeito. Cp do suco = 0,84 + 3,34 Xagua [kJ/(kgºC)] Sendo Xagua = fração mássica de água. * (c) considerar vável (quanto quiser) ou fazer onde letalidade térmica e ou fazer steu equiralencias do lérançio t =< T equiavel os mesma valor de SV Propriedades da água/vapor saturado Pressão Temp. hf hg Hvap (kPa) [ºC] (kJ/kg) (kJ/kg) (kJ/kg) 0,5 3,8 15,8 2493 2509 2 17,5 73,6 2460 2534 5 32,9 137,8 2424 2562 10 45,8 191,8 2393 2585 15 60,1 251,5 2358 2610 28 67,5 282,7 2340 2623 40 75,7 318,9 2321 2642 55 83,1 339,0 2299 2656 65 88,1 366,6 2285 2671 75 91,8 384,5 2279 2663 85 95,2 398,6 2270 2663 95 98,1 411,5 2262 2663 100 99,6 417,5 2258 2675 101,31 100,0 419,0 2257 2675 110 103,1 428,8 2251 2680 130 107,1 449,2 2238 2687 150 114,1 471,3 2221 2693 170 115,2 483,2 2216 2699 190 118,6 497,8 2206 2704 220 123,3 517,6 2193 2711 260 128,7 540,9 2177 2718 280 131,2 551,4 2170 2722 320 135,8 570,9 2157 2728 360 139,9 588,5 2144 2733 400 143,1 604,7 2133 2738 440 147,1 619,6 2122 2742 480 150,3 633,5 2112 2746 Elevação do ponto de ebulição (Del. T eb.) = al C^8 P^6 exp(°C) C: concentração (°Brix ou %) P: pressão (mbar) Parameters α, β, δ, and γ Sample α x 10^3 β δ γ x 10^3 Sucrose 3.061 0.094 0.136 3.39 Reducing sugars 2.227 0.588 0.119 3.392 Juices 1.360 0.749 0.106 3.390 Source: Crapiste, G.H. and Lozano, J.E., J. Food Sci. 53(3), 865-868, 1988. Conversão de unidades: 1 kPa = 10 mbar 1L = 10^-3 m^3 Equações úteis: log n/N0 = -SV DT1 log DT2 = -(T1 - T2)/z FT1 FT2= 10T 2-T 1/z F= =-log /N0 x D SVxD q= (U *A *AT) Tabela 13.1 Dados cinéticos de destruição térmica de esporos microbianos MICROORGANISMO INTERVALO DE TEMPERATURA [ºC] pH T ref [ºC] D ref [s] z [ºC] Bacillus stearothermophilus TH 24, meio aquoso 120-160 — 120 1000 7,3 TH 24, leite 120-160 — 160 0,32 11,2 ATCC 7953, água 121 33,6 8,0 ATCC, tampão fosfato 111-125 7 121 126 8,5 NCA 1518, leite desnatado 128-140 — 128 134 7,8 NCIB 8710, tampão fosfato 100-140 7 121 210 12,1 PS 128, tampão 110-135 2 110 10^2 7,7 FD 7954, água 105-120 — 121 138,2 10,43 Clostridium botulinum Tipo C, meio aquoso 93-104 — 104 60 5,6 Tipo A, meio aquoso 115,6-121 — 121 1,2 10 213, tampão fosfato 120-140 7 120 8,75 10 213B, cenouras 104-116 — 107 143,9 11,3 213B, milho 104-116 — 110 92,1 11,1 AS3B, tampão fosfato 105-115.5 6,8 121 19,2 10,8 Anaeróbio puruficatio PA 3679, água desululada 115,5-143,3 • 115,5 39 10,4 PA 3679, meio aquoso 110-132,2 — 121 48 9,8 Fonte: Awuah et al. (2007). c) Áreas en cada efecto a 99,1°C -> ΔvapH V1 = 2260 KJ/kg a 115,2 -> ΔvapH = 2216 KJ/1 q1 = U A1 ΔT4 m1 ΔvapH1 Presuramos concentrar mH mH ΔHm + mc Cpc Tc = mpc Cpc Tc + mV HV mH 2216 + 1200 3679 20 = 7500 338.99,5 + 4500 2674 mH = 6169,8 kg/h = 1,7138 Efecto 1 1,7138 * 2216.10^3 J/kg = 2800 W/m^2K A1 = 1,57 A1 = 89,4 m^2 Efecto 2 4500 * 2260.10^3 = 2400 A2 18,3 3600 A2 = 64,3 m^2