sobre Crisalização e Evaporadores

ICT527 OPERAÇÕES UNITÁRIAS II ACT Cristalização Profa Jaqueline Costa jaquelinemartinsunifalmgedubr 1 2 Exercício 1 Em um evaporador atmosférico isotérmico de cristalização de NaCl são alimentados 10000kgh de solução com concentração wo 0111kgkgH2O a 100oC O ponto de ebulição da solução saturada é de 1088oC e sua concentração nessa temperatura é 0407kgkg H2O A concentração da suspensão não deve exceder 50 em massa O calor de cristalização é hc 86kJkg o calor de evaporação hlg 22316 kJkg e o calor específico da solução cp39 kJkgK Qual a massa de produto e a massa de água evaporada Calcule também o consumo de calor teórico 3 A cristalização contínua de bórax deve ser realizada em um evaporador adiabático 10000 kgh de solução com temperatura T059oC e concentração w003822kgkgH2O são resfriados a vácuo até 30oC A solubilidade a 30oC é 00781 kgkgH2O hc 2834 kJkg hlg 24283 kJkg e cp0 3366kJkgK Qual a massa de produto formado e de água evaporada Exercício 2 O sulfato de amônio é produzido em um reatorsaturador adiabático com várias correntes de alimentação de acordo com a equação NH3 gás 100 H2SO4 líq 70 NH42SO4 solução Sendo a reação fortemente exotérmica alimentase a água e seu calor de evaporação mantém a temperatura constante Dados mo NH3 gás 100 830kgh cpo 209 JkgK mo H2SO4 líq 70 3403kgh cpo 201 JkgK To 20oC Tf 110oC wf 1037 kgkgH2O hr 18841 kJkg hc 455 kJkg hlg 22316 kJkg Determine a quantidade de cristais formados Exercício 3 Um cristalizador contínuo de 12 m3 é alimentado com 8m3h de solução O tamanho médio dos cristais produzidos é Lm06mm Calcular a fração acumulada dos maiores cristais ML acima da peneira de 02mm até a peneira de 1mm e a correspondente velocidade de crescimento dos cristais G Exercício 4 Uma DTC levou ao valor de Lmáx091mm Esse produto cristalino foi obtido pelo resfriamento programado com tempo de batelada tc4h e a massa de cristais obtida foi de 320g cristaiskgH2O os parâmetros dos cristais são 1 e c1680 kgm3 Determinar a velocidade de crescimento dos cristais e a taxa de nucleação Exercício 5 Exercício 1 Dados Alimentação 10000 kgh de solução com concentração w00111 kg NaClkg H2O Temperatura da alimentação 100C Ponto de ebulição da solução saturada 1088C Concentração da solução saturada 0407 kg NaClkg H2O Limite da concentração da suspensão 50 em massa Calor de cristalização hc 86 kJkg Calor de evaporação hlg 22316 kJkg Calor específico da solução cp 39 kJkgK balanço de massa para NaCl 10000 0111 L 0407 L 10000 01110407 272755 Kkh Balanço de massa para a água F L V 10000 272752 V V 10000 272757 727248 kgh Consumo de calor teórico Calor necessário para aquecer a solução de 100C a 1088C Q1FcpΔT Q110000391088100 Q1 100003988343200kJh Calor para evaporar a água Q2Vhlg Q2 7272482231616231990368kJh Calor de cristalização Q3FLhc Q310000272752867272488662543928 kJh Consumo total de calor QtotalQ1Q2Q3 Qtotal 3432001623199036862543928 Qtotal15923851088 kJh Exercício 2 Dados f Alimentação 10000 kgh de solução com T059CT0 59C e concentração w0 03822 kg bóraxkg H2O Temperatura de resfriamento 30C Solubilidade a 30C ws00781 kg bóraxkg H2 O Calor de cristalização hc2834 kJkg Calor de evaporação hlg 24283 kJkg Calor específico da solução cp0 3366 kJkgK Cálculos 1 Balanço de massa para bórax 1000003822 L007811 L 1000003822007811 489103kgh 2 Balanço de massa para a água FLV Onde F10000F 10000kgh alimentação L489103L kgh solução concentrada V é a água evaporada 10000489103V10000 489103 V V 10000489103510897 kghV Exercício 3 Dados O sulfato de amônio é produzido em um reatorsaturador adiabático com várias correntes de alimentação de acordo com a equação NH3 gás 100 H2SO4 líq 70 NH4 2SO4 solução Sendo a reação fortemente exotérmica alimentase a água e seu calor de evaporação mantém a temperatura constante Dados mo NH3 gás 100 830kgh cpo 209 JkgK mo H2SO4 líq 70 3403kgh cpo 201 JkgK To 20oC Tf 110oC wf 1037 kgkgH2O hr 18841 kJkg hc 455 kJkg hlg 22316 kJkg Determine a quantidade de cristais formados Calculo Balanço de massa Massa total de reagentes 83034034233 kgh Balanço de energia considerando reator adiabático 𝑄𝑟𝑒𝑎çã𝑜 𝑚𝑁𝐻3 𝑐𝑝 𝑇𝑓 𝑇0 𝑚𝐻2𝑆𝑂4 𝑐𝑝 𝑇𝑓 𝑇0 𝑄𝑟𝑒𝑎çã𝑜 830 2 09 110 20 3403 2 01 110 20 𝑄𝑟𝑒𝑎çã𝑜 156741 615526 7 772267 7𝑘𝐽ℎ Calor de reação exotérmica 𝑄𝑟𝑒𝑎çã𝑜𝑒𝑥𝑜 4233 1884 1 7970183 3𝑘𝐽ℎ Calor de cristalização 𝑄𝑟𝑒𝑎çã𝑜𝑒𝑥𝑜 𝑚𝑁𝐻4𝑆𝑂4 ℎ𝑐 𝑄𝑐𝑟𝑖𝑠𝑡𝑎𝑙𝑖𝑧𝑎çã𝑜 4233 45 5 192616 5ℎ Exercício 4 Um cristalizador contínuo de 12 m3 é alimentado com 8m3 h de solução O tamanho médio dos cristais produzidos é Lm 06mm Calcular a fração acumulada dos maiores cristais ML acima da peneira de 02mm até a peneira de 1mm e a correspondente velocidade de crescimento dos cristais G Determinação do tempo de residência τ τ 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑇𝑎𝑥𝑎 𝑑𝑒 𝐴𝑙𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎çã𝑜 12 8 1 5ℎ Cálculo da fração acumulada dos maiores cristais ML 𝑀𝐿 1 𝑒 𝐿𝐿𝑚 Para L02mm 𝑀0 2 1 𝑒 0206 1 0 7165 0 2835 Para L1mm 𝑀1 1 𝑒 106 1 0 1889 0 8111 A fração acumulada dos cristais entre 02 mm e 1 mm é 𝑀1 𝑀0 2 0 8111 0 2835 0 5276 Cálculo da velocidade de crescimento dos cristais G 𝐺 𝐿𝑚 τ 06 15 06𝑥10 3 15 4𝑥10 4𝑚ℎ 0 4𝑚𝑚ℎ Exercício 5 Uma DTC levou ao valor de Lmáx091mm Esse produto cristalino foi obtido pelo resfriamento programado com tempo de batelada tc 4h e a massa de cristais obtida foi de 320g cristaiskgH2O os parâmetros dos cristais são 1 e c 1680 kgm3 Determinar a velocidade de crescimento dos cristais e a taxa de nucleação 𝐺 091𝑥10 3 4 0 2275𝑥10 3𝑚ℎ 0 2275𝑚𝑚ℎ Taxa de nucleação B 𝐵 𝑀𝐺³ α𝑝𝑐𝐿 4 𝑚𝑎𝑥𝑡𝑐 320𝑥10 302275𝑥10 3 3 11680091𝑥10 3 44 37728𝑥10 6 1853188𝑥10 8 𝐵 203 6310 2 2 0363𝑥10 4𝑐𝑟𝑖𝑠𝑡𝑎𝑖𝑠𝑚³ 𝑠