1ª Avaliação de Operações Unitárias II

UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO JOÃO DEL REI CAMPUS ALTO PARAOPEBA 1ª AVALIAÇÃO DE OPERAÇÕES UNITÁRIAS II Atividade apresentada como parte das exigências da disciplina Operações Unitárias II sob responsabilidade do professor Alexandre Bôscaro França Ana Luiza Roman de Souza Hiago de Paula Almeida Iolanda Coelho Mol Santos Isabela Oliveira de Souza Larissa de Carvalho e Silva Lucca Bonimani Oliveira Melissa Marques de Sousa Rafaela Kéllen Pereira de Souza Ouro Branco MG Outubro2022 NOTA PROJETO 53 ARGUIÇÃO 1 Sumário 1 Indicação do cliente 2 2 Etapa Preparatória 2 21 Entendimento do problema 2 211 Diagrama de blocos 3 22 Modelagem matemática 3 221 Trocador de Calor 3 222 Evaporador 4 223 Cristalizador 5 23 Propriedades físicas 5 3 Desenvolvimento 6 31 Dimensionamento 6 311 Seleção dos equipamentos 7 3111 Trocador de calor 7 3112 Evaporador 8 3113 Cristalizador 9 312 Fluxograma do processo 10 313 Cálculo das correntes e dimensões físicas dos equipamentos 11 3131 Trocador de calor 11 3132 Evaporador 14 3133 Cristalizador 23 4 Resumo do Equipamento Selecionado 28 41 Trocador de calor 28 42 Evaporador 9 43 Cristalizador 38 5 Referências Bibliográficas 41 6 Atas das reuniões 44 2 1 Indicação do Cliente O projeto em questão visa atender a empresa Quality Papers de razão social Papel de Qualidade LTDA pessoa jurídica inscrita no CNPJ º 17505288000177 com sede na Avenida Professor Magalhães Neto 1897 edifício Lena Empresarial décimo primeiro andar salas 1020 1021 e 1022 bairro Pituba em Salvador Bahia CEP 41810012 A empresa tem como atividade principal a fabricação de celulose O contrato foi acordado no dia 17 de outubro de 2022 totalizando o valor de R13000000 pelo serviço prestado e a data limite de entrega estabelecida foi dia 24 de fevereiro de 2023 2 Etapa Preparatória 21 Entendimento do Problema O sulfato de sódio é um sal de sódio do ácido sulfúrico É um sólido em 𝑁𝑎2𝑆𝑂4 formato de pó de cor branca e inodoro Acima de 324C a solubilidade deste sal diminui uma vez que ocorre a formação de cristais de sal anidro Muito utilizado em indústrias químicas para diversas aplicações no projeto em questão o sulfato de sódio irá trabalhar no processo de celulose processamento de polpa de madeira para a produção de papel kraft O problema requerido consiste na elaboração de um projeto para a obtenção de a partir de uma solução diluída em estoque As operações unitárias abrangidas no 𝑁𝑎2𝑆𝑂4 processo são trocador de calor aquecimento da solução em estoque evaporador concentração da solução oriunda do trocador de calor e a cristalização obtenção de cristais de para posterior envase A solução de entrada está a 25 C e possui 5 em massa 𝑁𝑎2𝑆𝑂4 do sal em solução aquosa com vazão de entrada de 3 três mil litros por hora Inicialmente a solução é aquecida em um trocador de calor de casco e tubos com 1 passes no casco e 2 nos tubos até atingir uma temperatura adequada para entrar no evaporador A solução passa pelo primeiro evaporador 1 efeito que está sendo aquecido 3 por vapor saturado vindo de uma fonte externa até atingir uma determinada concentração O vapor superaquecido e a solução concentrada entram no 2 efeito o vapor sendo utilizado como fluido de aquecimento e a solução é concentrada até atingir a concentração desejada para alimentar o cristalizador O vapor gerado é levado até um condensador O cristalizador é alimentado com a solução concentrada proveniente do segundo evaporador e o processo ocorre até a obtenção do magma com 55 de fração mássica de cristais de sulfeto de sódio na saída do equipamento 211 Diagrama de Blocos Figura 1 Diagrama de blocos Fonte Autor 22 Modelagem Matemática 221 Trocador de Calor 4 Figura 2 Representação das correntes do trocador de calor Fonte Autor Tabela 1 Equações utilizadas nos cálculos do trocador de calor Cálculo do calor específico 𝐶𝑃𝑓 𝐶𝑃𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑐𝑜𝑚𝑝𝑜𝑠𝑖çã𝑜 á𝑔𝑢𝑎 𝐶𝑃𝑁𝑎2𝑆𝑂4 𝑐𝑜𝑚𝑝𝑜𝑠𝑖çã𝑜 Cálculo do Tqs 𝑚𝑞 𝑐𝑃𝑞 𝑇𝑄𝐸 𝑇𝑄𝑆 𝑚𝑓 𝑐𝑃𝑓 𝑇𝐹𝑆 𝑇𝐹𝐸 Taxa de transferência de calor 𝑄 𝑚𝑞 𝑐𝑃𝑞 𝑇𝑄𝐸 𝑇𝑄𝑆 Média logarítmica da temperatura 𝑇𝑀𝐿 𝑇𝑄𝐸𝑇𝐹𝑆 𝑇𝑄𝑆𝑇𝐹𝐸 𝑙𝑛 𝑇𝑄𝐸𝑇𝐹𝑆 𝑇𝑄𝑆𝑇𝐹𝐸 Efetividade térmica ε 𝐶𝑚𝑎𝑥 𝑇𝑄𝐸𝑇𝑄𝑆 𝐶𝑚𝑖𝑛 𝑇𝑄𝐸𝑇𝐹𝐸 Cálculo das concentrações 𝐶𝑓 𝑚𝑠𝑜𝑙𝑢çã𝑜 𝐶𝑝𝑠𝑜𝑙𝑢çã𝑜 𝐶𝑞 𝑚𝑓𝑞𝑢𝑒𝑛𝑡𝑒 𝐶𝑝𝑓𝑞𝑢𝑒𝑛𝑡𝑒 Área transversal dos tubos At 𝑁𝑡π𝐷𝑖 2 𝑁𝑝4 Velocidade de escoamento 𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 𝑑𝑒 𝑒𝑠𝑐𝑜𝑎𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑚𝑓 ρ𝐴𝑡 Número de Reynolds 𝑅𝑒 ρ𝑉𝑑 µ Capacidades Caloríficas Devem ser 2 uma para efeito de cálculo de vazão interna e outra para dimensionamento De 5 Nusselt 𝑁𝑢 0 023 𝑅𝑒 14 𝑃𝑟 𝑛 Coeficiente convectivo de troca térmica hi e he 𝑁𝑢 ℎ𝑖𝑑𝑖 𝑘 𝑁𝑢 ℎ𝑒𝑑𝑖 𝑘 Área dos tubos 𝐴𝑡𝑢𝑏𝑜𝑠 𝑛 Π𝐷𝑖𝑡 2 4 Área do casco 𝐴𝑐𝑎𝑠𝑐𝑜 Π𝐷𝑖𝑐 2 4 Resistência térmica 𝑅𝑐𝑜𝑛𝑑𝑢çã𝑜 𝑟𝑖𝑡𝑢𝑏𝑜𝑙𝑛 𝑟𝑒𝑡𝑢𝑏𝑜 𝑟𝑖𝑡𝑢𝑏𝑜 𝑘 𝑚𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑙 𝑅𝑖 1 ℎ𝑖 𝑅𝑒 1 ℎ𝑒 𝑟𝑖𝑡𝑢𝑏𝑜 𝑟𝑒𝑡𝑢𝑏𝑜 Área de troca térmica 𝐴 𝑄 𝑈𝐹𝑀𝐿𝐹𝑇𝑡𝑙𝑛 Coeficiente de troca térmica global 𝑈 1 𝑅𝑖𝑅𝑒𝑅𝑐𝑜𝑛𝑑𝑢çã𝑜 Comprimento dos tubos e do casco 𝐿𝑡 2 π 𝑟 𝑁𝑡 𝑁𝑝 𝐿 𝐿𝑐 2 π 𝑟 𝐿 222 Evaporador Figura 3 Representação das correntes dos evaporadores Nu depende do experimento e tipo de escoamento A legenda da Figura deve estar próxima a ela e não em outra página 6 Fonte Autor Tabela 2 Equações utilizadas nos cálculos dos evaporadores Balanço de componente soluto 1 Efeito 𝑃1 𝑥𝑃1 𝑃2 𝑥𝑃2 Balanço de massa 1 Efeito 𝑃1 𝑉1 𝑃2 Balanço de componente soluto global 𝑃1 𝑥𝑃1 𝑃3 𝑥𝑃3 Balanço de energia 1 Efeito 𝑆2ℎ𝑆2 𝑃1ℎ𝑃1 𝐶1ℎ𝐶1 𝑉1ℎ𝑉1 𝑃2ℎ𝑃2 Balanço global da solução 𝑃1 𝐶2 𝑉2 𝑃3 Molalidade 𝑊 𝑚𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜𝑀𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜𝑚𝑠𝑜𝑙𝑣𝑒𝑛𝑡𝑒 EPE elevação do ponto de ebulição 𝐸𝑃𝐸 𝑇𝑒𝑏𝑠𝑜𝑙𝑢çã𝑜 𝑇𝑒𝑏 𝑠𝑜𝑙𝑣𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑝𝑢𝑟𝑜 Diferença de temperatura no trocador 1 Efeito 𝑇1 𝑇𝑆2 𝑇𝑒𝑏𝑠𝑜𝑙𝑢çã𝑜 1 Diferença de temperatura no trocador 2 Efeito 𝑇2 𝑇𝑉1 𝑇𝑒𝑏𝑠𝑜𝑙𝑢çã𝑜 2 Transferência de calor 1 Efeito 𝑞1 𝑆2 𝐻𝑣𝑎𝑝 𝑆2 𝑈1 𝐴1 𝑇1 Transferência de calor 2 Efeito 𝑞2 𝑉1 𝐻𝑣𝑎𝑝𝑉1 𝑈2 𝐴2 𝑇2 Área de troca térmica 𝐴𝑇 𝑁 𝐿 𝐷0 π 7 223 Cristalizador Figura 4 Representação das correntes do cristalizador Fonte Autor Tabela 3 Equações utilizadas nos cálculos do dimensionamento do cristalizador Molalidade 𝑊 𝑚𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜𝑀𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜𝑚𝑠𝑜𝑙𝑣𝑒𝑛𝑡𝑒 EPE elevação do ponto de ebulição 𝐸𝑃𝐸 𝑇𝑒𝑏𝑠𝑜𝑙𝑢çã𝑜 𝑇𝑒𝑏 𝑠𝑜𝑙𝑣𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑝𝑢𝑟𝑜 Balanço de componente 𝑚𝐹 𝑋𝐹 𝑚𝑃 𝑋𝑃 Balanço de massa 𝑚𝑣 𝑚𝑃 𝑚𝐹 0 Balanço de energia 𝑄 𝑚𝑉ℎ𝑉 𝑚𝑃ℎ𝑃 𝑚𝐹ℎ𝐹 Área de troca térmica 𝐴 𝑄𝑈 𝑇 Volume do cilindro 𝑉𝑐𝑖𝑙𝑖𝑛𝑑𝑟𝑜 π𝑟 2ℎ Volume do Cone 𝑉𝑐𝑜𝑛𝑒 1 3 𝑉𝑐𝑖𝑙𝑖𝑛𝑑𝑟𝑜 Volume total 𝑉𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑉𝑐𝑜𝑛𝑒 𝑉𝑐𝑖𝑙𝑖𝑛𝑑𝑟𝑜 Legenda de baixa qualidade 8 Rendimento 𝑅 𝑚𝑃𝑥𝑐𝑟𝑖𝑠𝑡𝑎𝑙𝑅1 𝑚𝐹 1 𝑥𝐹 100 23 Propriedades físicas O processo é realizado com uma solução diluída de Na2SO4 tendo como objetivo obter cristais de sulfeto de sódio Para sermos assertivos e comprometermos o projeto precisamos determinar as propriedades físicas da solução assim como seu comportamento nas condições de operação dos equipamentos utilizados As propriedades físicas mais relevantes ao se projetar um trocador de calor são A capacidade calorífica do metal constituinte pois o metal absorve grande quantidade de calor até entrar em estado estacionário com uma temperatura média constante a temperatura média pode ser estipulada pela média das temperaturas das correntes O coeficiente convectivo dos fluidos que trocam calor valor que é influenciado pelo tipo de fluxo dentro do trocador O ponto de ebulição para entender qual o estado físico do fluido nas correntes de entrada e saída do trocador A condutividade térmica do material constituinte do trocador de calor por influenciar muito no tempo e eficiência de aquecimento ou resfriamento O coeficiente global de troca térmica U o qual é um parâmetro para medir a eficiência do trocador de calor De acordo com o ponto de ebulição todas as entradas do trocador de calor são de água aquecida variando apenas as temperaturas A viscosidade como um parâmetro que sofre alterações nos equipamentos pois varia com a diferença de temperaturas Tabela 4 Propriedades físicas Densidade da água 1 𝑘𝐽𝑘𝑔 Densidade de Na2SO4 2666 𝑘𝐽𝑘𝑔 não seria a condutividade térmica ou dos fluidos 9 Densidade da solução 1166 𝑘𝐽𝑘𝑔 Massa Molar de Na2SO4 0142 𝑘𝑔𝑚𝑜𝑙 Cp da água 4178 𝑘𝐽𝑘𝑔 𝐾 Cp do Na2SO4 0128 𝑘𝐽𝑘𝑔 𝐾 Viscosidade da água 453E04 𝑁𝑠 𝑚 2 Viscosidade do Na2SO4 000082 𝑁𝑠 𝑚 2 Condutividade Térmica da água 656E01 𝑊𝑚 𝐾 Condutividade Térmica do Na2SO4 000013 𝑊𝑚 𝐾 Condutividade Térmica do aço carbono 45 𝑊𝑚 𝐾 Coeficiente global de transferência de calor do Trocador de Calor 29336 𝑊𝑚 2 𝐾 Coeficiente global de transferência de calor do Evaporador 1º Efeito 2500 𝑊𝑚 2 𝐾 Coeficiente global de transferência de calor do Evaporador 2º Efeito 2000 𝑊𝑚 2 𝐾 Tabela 5 Matriz estrutural do processo CORRENTE ORIGEM DESTINO 1 0 1 2 2 3 3 2 3 10 4 1 4 5 5 8 6 4 11 7 4 7 8 5 8 9 7 9 10 7 10 11 6 11 12 12 12 13 13 13 14 10 14 15 10 15 Tabela 6 Dados das correntes Correntes Temperatura K Vazão mássica Kgs Fluido 1 F1 298 2217 Solução concentrada 5 sal 2 S1 365 314 Água líquido 3 S1 340 314 Água líquido 4 P1 335 2217 Solução concentrada 5 sal 5 S2 400 15156 Vapor saturado 6 V1 366483 13502 Vapor superaquecido 7 P2 366483 08768 Solução concentrada 127 sal 8 C1 400 13502 Condensado líquido 11 9 V2 355372 04791 Vapor superaquecido 10 P3 355372 03977 Solução concentrada 28 sal 11 C2 366483 13502 Condensado líquido 12S3 32815 01798 Vapor Saturado 13V3 318863 01957 Vapor superaquecido 14C3 318863 0144 Condensado líquido 15P4 318863 0202 Solução concentrada 55 sal 3 Desenvolvimento 31 Dimensionamento Dimensionar o equipamento de uma operação unitária é uma etapa essencial de um projeto uma vez que ele determina baseado no fluido em questão qual sua demanda energética pressão temperatura vazão e tempo de operação dentre outros parâmetros Assim possibilitando planejar as principais características da estrutura como a altura largura diâmetro superfície de contato espessura do equipamento escolha do material a ser empregado etc 311 Seleção dos Equipamentos Outro tópico muito importante na elaboração de um projeto é a seleção do equipamento a ser utilizado Uma vez que existem diversas opções de trocadores de calor evaporadores e cristalizadores fezse necessária uma pesquisa de qual tipo de equipamento traria um melhor custobenefício produtividade e qualidade para o processo 3111 Trocador de Calor Um trocador de calor é um equipamento que realiza trocas térmicas entre dos fluidos de temperaturas diferentes para isso o fluido quente transfere energia para o fluido frio de 12 forma indireta ou seja eles são separados por uma parede ou de forma direta quando as correntes são imiscíveis TADINI et al 2018 p 462 É interessante considerar os seguintes fatores ao projetar um trocador de calor a incrustação deve ser avaliada para que o equipamento não tenha diminuição de troca térmica além disso é preciso considerar as limitações de massa e dimensões que podem ser definidas pelo local de uso e manufatura do trocador Para a situação apresentada foi escolhido um trocador térmico de casco e tubos com 1 passe no casco e 2 nos tubos no regime de contracorrente O tipo casco e tubo possui diversas vantagens que promoveram sua escolha como flexibilidade de operação facilidade de manutenção SANTOS 2019 p16 e por ser um modelo amplamente utilizado industrialmente o que permite um maior número de informações disponíveis Dessa forma ele consegue atuar dentro da pressão e temperaturas da corrente de entrada dos fluidos quente e frio Ele é composto de casco cilíndrico com tubos presos por espelhos dentro de sua carcaça cabeçotes de entrada e saída suportes entre outros Para sua construção é necessário conhecer a norma TEMA Tubular Exchanger Manufacturers Association que apresenta como deve ser o projeto das partes do trocador de calor Além disso foi escolhido esse regime já que ele permite maior transferência de calor e que ela ocorra em uma área menor Por último foi escolhido um passo no tubo por ser a forma mais simples que fornece um uso mais efetivo da área de transferência de calor Para a escolha de qual fluido vai em qual região foi levado em consideração que o mais corrosivo e incrustante deve ir dentro dos tubos MARTINS 2021 p24 dessa forma o fluido frio que é a solução de Na2SO4 deverá estar nessa posição e o fluido frio a água deverá estar próxima ao casco Para sua fabricação seria utilizado o aço carbono que consegue ser resistente para as temperaturas de operação e corrosão das correntes já que ele pode ser utilizado em temperaturas variando de 0 a 500C para materiais com nível de corrosão leve SAARI p29 Esse material possui diversos usos industriais e possui como vantagens seu custobenefício alta resistência e durabilidade 3112 Evaporador trocadores de arranjo complexo não apresentam essa classificação no 13 De acordo com Araújo 2012 os evaporadores de múltiplos efeitos são constituídos de forma que dois ou mais evaporadores idênticos sejam colocados em série e que o vapor produzido no efeito anterior seja utilizado no aquecimento do evaporador seguinte o vapor gerado no último efeito vai para um condensador e a solução produzida no efeito anterior pode ser concentrada ainda mais no efeito seguinte A configuração de acoplamento adotada será a de alimentação direta que é a mais comum e tem a necessidade de apenas uma bomba para transferir os líquidos de um efeito para o outro O funcionamento básico dessa configuração se trata de correntes de líquido e vapor sendo escoadas no mesmo sentido TADINI 2015 Quanto ao tipo de evaporador empregado optouse por evaporadores de tubo longo vertical com circulação forçada onde o meio de aquecimento é separado da solução por tubos além de ser um tipo bastante comum ele apresenta uma boa eficiência O evaporador que atenderá as características do sistema é o de circulação forçada A principal motivação para a escolha desse modelo é por ser adequado para soluções cristalizantes e diminuir o risco de incrustação nas tubulações do equipamento Essa vantagem é observada devido a presença da bomba que torna a velocidade de circulação dentro do evaporador maior e por consequência diminui a chance de cristalização nos tubos TADINI 2015 3113 Cristalizador A cristalização é uma operação única muito importante que envolve a separação da fase sólida do sistema a partir de uma fase líquida A cristalização pode ser utilizada para diversos fins como separar um produto de uma solução remanescente purificar um produto e também produzir cristais com propriedades específicas TADINI 2015 Sendo assim a escolha de um equipamento é de extrema importância em um projeto sendo necessário analisar diversos fatores como forma tamanho pureza taxas de produção e custo TAVARE 1995 Portanto é essencial ter em mente que existem três tipos de cristalizador de precipitação mediante resfriamento de precipitação mediante evaporação da solução e de precipitação por evaporação e resfriamento FOUST 1982 14 Dessa forma a primeira consideração analisada foi o volume de produção do sal Na2SO4 De acordo com o livro Tadini 2015 é recomendado utilizar um cristalizador em batelada para vazões inferiores a 50 Kgh em nosso projeto fica perceptível a necessidade de um cristalizador contínuo uma vez que sua vazão é superior a esse valor Posteriormente foi observada a necessidade do consumidor na utilização do cristal de Na2SO4 foi analisado que a indústria de papel e celulose precisa desse componente para o preparo do licor branco para produção de papel portanto não há necessidade de um cristal com uma qualidade muito superior MARCELINO 2019 Entretanto como a temperatura do evaporador está em uma temperatura mais baixa da usual para um cristalizador é mais vantajoso a utilização de um cristalizador adiabático evitando assim a necessidade de aumentar a temperatura da solução de saída do evaporador Além disso a solução de operação é um sal inorgânico o qual possui risco de incrustação portanto é necessário que seja utilizado um equipamento de convecção forçada para evitar esse tipo de risco Logo de acordo com todas essas análises chegouse à conclusão de que o melhor cristalizador a se utilizar seria do tipo Oslo adiabático O cristalizador assim como os demais equipamentos do processo precisa ser resistente e duradouro para evitar uma manutenção ou troca de peças constante por conta disso o Aço inoxidável será o material escolhido para o projeto FOUST 1982 312 Fluxograma do Processo Figura 5 Fluxograma do processo de cristalização do 𝑁𝑎2𝑆𝑂4 15 Fonte Autor 313 Cálculo das correntes e dimensões físicas dos equipamentos 3131 Trocador de calor No presente projeto inicialmente temse as seguintes informações Fluido quente Água Fluido frio Solução de água e sulfato de sódio 𝑚𝑞 𝑚𝑓 2 217 𝑘𝑔𝑠 𝑇𝐹𝐸 298 𝐾 𝑇𝐹𝑆 335 𝐾 𝑇𝑄𝐸 365 𝐾 𝑇𝑄𝑆 340 𝐾 𝐶𝑃𝑞 4 184 𝑘𝐽 𝑘𝑔𝐾 𝐶𝑃𝑁𝑎2𝑆𝑂4 0 901 𝑘𝐽 𝑘𝑔𝐾 Como o fluido frio é uma solução de Na2SO4 é necessário encontrar seu calor específico Para encontrar o 𝐶𝑃𝑓 é necessário considerar a composição da solução assim 16 𝐶𝑃𝑓 𝐶𝑃𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑐𝑜𝑚𝑝𝑜𝑠𝑖çã𝑜 á𝑔𝑢𝑎 𝐶𝑃𝑁𝑎2𝑆𝑂4 𝑐𝑜𝑚𝑝𝑜𝑠𝑖çã𝑜 𝑁𝑎2𝑆𝑂4 𝐶𝑃𝑓 4 184 0 95 0 901 0 05 𝐶𝑃𝑓 4 01 𝑘𝐽 𝑘𝑔𝐾 Ainda é preciso determinar uma informação importante para o projeto do trocador de calor o valor da vazão mássica do fluido quente para isso é preciso perceber que 𝑄𝑞 𝑄𝑓 Isso ocorre visto que a taxa Substituindo os valores 𝑚𝑞 𝑐𝑃𝑞 𝑇𝑄𝐸 𝑇𝑄𝑆 𝑚𝑓 𝑐𝑃𝑓 𝑇𝐹𝑆 𝑇𝐹𝐸 𝑚𝑞 4 184 365 340 2 217 4 01 335 298 Dessa forma é igual a 314 kgs 𝑚𝑞 Dimensionamento térmico A determinação da taxa de transferência térmica é fundamental para a análise térmica do trocador Por isso foi calculada para o fluido quente mas o valor como já apresentado é o mesmo para a corrente fria 𝑄 𝑚𝑞 𝑐𝑃𝑞 𝑇𝑄𝐸 𝑇𝑄𝑆 𝑄 3 14 4 184 365 340 𝑄 328 44 𝑘𝑊 O cálculo da média logarítmica da temperatura deve ser feita de acordo com a seguinte equação para escoamento contracorrente o valor será utilizado para cálculo da troca térmica 35 65 K 𝑇𝑀𝐿 𝑇𝑄𝐸𝑇𝐹𝑆 𝑇𝑄𝑆𝑇𝐹𝐸 𝑙𝑛 𝑇𝑄𝐸𝑇𝐹𝑆 𝑇𝑄𝑆𝑇𝐹𝐸 Além disso é necessário calcular o fator de correção através do seguinte gráfico Figura 6 Gráfico do Fator de correção 17 Fonte Tadini 2018 Os valores de de P e R foram calculados através das fórmulas apresentadas na imagem e foi possível obter os seguintes valores R 067 P 055 FMLDT 086 Efetividade térmica ε 𝐶𝑚𝑎𝑥 𝑇𝑄𝐸𝑇𝑄𝑆 𝐶𝑚𝑖𝑛 𝑇𝑄𝐸𝑇𝐹𝐸 𝐶𝑓 𝑚𝑠𝑜𝑙𝑢çã𝑜 𝐶𝑝𝑠𝑜𝑙𝑢çã𝑜 2 217 4 01 8 89 𝑘𝑊 𝐾 𝐶𝑞 𝑚𝑓𝑞𝑢𝑒𝑛𝑡𝑒 𝐶𝑝𝑓𝑞𝑢𝑒𝑛𝑡𝑒 3 14 4 184 13 13 𝑘𝑊 𝐾 Cmin Cf e Cmax Cq Substituindo os valores ε 0 55 Dimensionamento físico Para facilitar a limpeza são indicados apenas a limpeza mecânica o menor tamanho prático é 1905 mm segundo Martins 2021 A média dos cascos dos trocadores de calores possuem diâmetros entre 100 mm até 500 mm segundo Saari 𝐷𝑖𝑡 13 05 𝑚𝑚 𝑟𝑖𝑡 6 525 𝑚𝑚 𝐷𝑒𝑡 19 05 𝑚𝑚 𝑟𝑒𝑡 9 525 𝑚𝑚 𝐷𝑖𝑐 400 𝑚𝑚 𝐷𝑒𝑐 410 𝑚𝑚 Gráfico de baixa qualidade 18 Para encontrar a área de troca térmica ainda é necessário determinar o valor do coeficiente global de troca térmica Para isso será preciso calcular os coeficientes de convecção h do lado frio e do lado quente Para encontrar o valor de h para dentro dos tubos que representa o lado frio foram feitos os seguintes cálculos Dados para solução através da interpolação da tabela A6 Figura 7 Tabela da água saturada para temperatura média 1 Fonte INCROPERA 2019 TM1 3165 K Como a solução tem composição de 95 de água para os seguintes cálculos serão desconsideradas as interferências do Na2sO4 µ 0 000613 𝑁𝑠 𝑚 2 𝑘 0 6358 𝑊 𝑚𝐾 𝑃𝑟 4 043 Kgm³ ρ 990 64 Para o cálculo da área transversal dos tubos será considerado o número de tubos e passes e o diâmetro interno desta região At 𝑁𝑡π𝐷𝑖 2 𝑁𝑝4 0 0053 𝑚 2 Tabela distorcida 19 Velocidade de escoamento 𝑚𝑓 ρ𝐴𝑡 2217 9906400053 0 42 𝑚𝑠 Para encontrar o valor de hi Turbulento 𝑅𝑒 ρ𝑉𝑑 µ 99064042130510 3 0000613 8857 58 𝑁𝑢 0 023 𝑅𝑒 08 𝑃𝑟 04 57 84 𝑁𝑢 ℎ𝑖𝑑𝑖 𝑘 ℎ𝑖 2817 98 𝑊 𝑚 2𝐾 Para encontrar o valor de he serão feitos cálculos similares 𝐴 𝑡𝑢𝑏𝑜𝑠 𝑛 Π𝐷𝑖𝑡 2 4 40 Π 130510 3 2 4 0 0053 𝑚 2 𝐴 𝑐𝑎𝑠𝑐𝑜 Π𝐷𝑖𝑐 2 4 Π 40010 3 2 4 0 1267 𝑚 2 Área equivalente01214 𝑚 2 Tm2 3525 K Figura 8 Tabela da água saturada para temperatura média 2 Fonte INCROPERA 2019 µ 0 000354 𝑁𝑠 𝑚 2 𝑘 0 6695 𝑊 𝑚𝐾 𝑃𝑟 2 215 ρ 971 8 Tabela distorcida A densidade da solução deve ser superior a da água visto que a densidade do sal o é 20 Velocidade de escoamento 𝑚𝑞 ρ𝐴𝑡 34 971801214 0 0288 𝑚𝑠 𝑅𝑒 ρ𝑉𝑑 µ 97180028840010 3 0000354 31624 67 𝑁𝑢 0 023 𝑅𝑒 08 𝑃𝑟 03 116 24 𝑁𝑢 ℎ𝑒𝑑𝑖 𝑘 ℎ𝑒 194 56 𝑊 𝑚 2𝐾 Com os valores dos coeficientes de convecção é possível determinar o valor de U a partir da seguinte fórmula K aço carbono 45 WmK 𝑅𝑐𝑜𝑛𝑑𝑢çã𝑜 𝑟𝑖𝑡𝑢𝑏𝑜𝑙𝑛 𝑟𝑒𝑡𝑢𝑏𝑜 𝑟𝑖𝑡𝑢𝑏𝑜 𝑘 𝑚𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑙 𝑅𝑖 1 ℎ𝑖 𝑅𝑒 1 ℎ𝑒 𝑟𝑖𝑡𝑢𝑏𝑜 𝑟𝑒𝑡𝑢𝑏𝑜 U 29336 1 𝑅𝑖𝑅𝑒𝑅𝑐𝑜𝑛𝑑𝑢çã𝑜 𝑊 𝑚 2𝐾 Área de troca térmica 𝑄 𝑈𝐹𝑀𝐿𝐹𝑇𝑡𝑙𝑛 32844 10 3 293363565086 36 52 𝑚 2 Com a correção de 5 devido a mudanças na alimentação 38345 m² A partir desse valor foi possível calcular o comprimento dos tubos e do casco 𝐿𝑡 2 π 𝑟 𝑁𝑡 𝑁𝑝 𝐿 11 7 𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜𝑠 𝑑𝑒 𝑡𝑢𝑏𝑜 𝐿𝑐 2 π 𝑟 𝐿 15 25 𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜𝑠 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑜 𝑐𝑎𝑠𝑐𝑜 3132 Evaporador Cálculo das correntes e dimensões físicas dos equipamentos Considerações iniciais tubo ou casco ou equivalente Não faz sentido esses comprimentos diferirem o casco é definido de acordo com o comprimento dos tubos e não calculado de forma independente 21 Como estratégia de cálculo será estipulado uma concentração conhecida na saída dos evaporadores Baseado no gráfico de Entalpia X Concentração foi escolhida a concentração de 028 à 180 F aproximadamente 355372K ou 82222C para o segundo evaporador tendo em mente o cristalizador e a concentração de 0127 à 200 F aproximadamente 366483K ou 93333C para a saída do primeiro evaporador O vapor de aquecimento do primeiro evaporador será vapor saturado a 400K A alimentação do primeiro evaporador será o produto do trocador P1 que possui vazão mássica de 2227 kgs com uma concentração de 005 e temperatura de 335K 𝑇𝑃1 Figura 9 Gráfico mostrando os produtos desejados na saída de cada evaporador Fonte Autor Balanço de massa e componentes 22 Para determinar a vazão das correntes de produto de saída dos evaporadores serão utilizadas as equações de balanço do componente no primeiro efeito e global já que estas correntes são as única com presença do soluto 𝑃1 𝑥𝑃1 𝑃2 𝑥𝑃2 2 227 0 05 𝑃2 0 127 𝑃2 0 8768 Para encontrar 𝑃3 𝑃1 𝑥𝑃1 𝑃3 𝑥𝑃3 𝑃3 0 3977 Substituindo o valor de na equação de balanço de massa completo do primeiro efeito se 𝑃2 encontra a vazão da corrente de vapor 𝑃1 𝑃2 𝑉1 𝑉1 1 3502 Como o vapor gerado no primeiro efeito aquece o segundo e sai como condensado 𝐶2 𝑉1 podemos substituir as variáveis no balanço global para encontrar a vazão de vapor do segundo evaporador 𝑃1 𝐶2 𝑉2 𝑃3 𝑉1 𝑉2 𝑃3 𝑉2 0 4791 Todas as correntes foram calculadas exceto as do vapor saturado e que se sabe que são 𝑆1 𝐶1 iguais Para isso é necessário fazer um balanço de energia mas antes devese calcular as EPEs dos dois efeitos 23 Cálculo das EPEs Para calcular a elevação de ebulição é possível utilizar o método de Balik et al 2008 criado para soluções de sais de sódio Este método utiliza gráficos lineares que comparam a molalidade dos sais versus sua EPE experimentais sendo possível criarse uma reta onde é a EPE e a molalidade da solução no final do efeito 𝑦 𝑎𝑥 𝑏 𝑦 𝑥 Figura 10 Gráfico linear de Molalidade de versus sua EPE 𝑁𝑎𝑆𝑂4 Fonte Original Balik et al 2008 Edição autor A equação encontrada é X 𝐸𝑃𝐸 0 961𝑊 0 00596 Para o primeiro efeito 𝑊1 0 11135360 142020 7654464 1 0243 𝑚𝑜𝑙𝑘𝑔 24 𝐸𝑃𝐸1 0 961 1 0243 0 00596 0 9903𝐾 Para o segundo efeito 𝑊2 0 1113560 142020 286344 2 7383 𝑚𝑜𝑙𝑘𝑔 𝐸𝑃𝐸2 0 961 2 7383 0 00596 2 6375 𝐾 Com esses valores podese calcular a temperatura de ebulição do solvente puro nos evaporadores considerando as temperaturas escolhidas no gráfico de Entalpia X Concentração e 𝑇𝑃2 366 483𝐾 𝑇𝑃3 355 372 𝐸𝑃𝐸1 𝑇𝑒𝑏𝑠𝑜𝑙𝑢çã𝑜 1 𝑇𝑒𝑏 𝑠𝑜𝑙𝑣𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑝𝑢𝑟𝑜 1 0 9901 366 483 𝑇𝑒𝑏 𝑠𝑜𝑙𝑣𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑝𝑢𝑟𝑜 1 K 𝑇𝑒𝑏 𝑠𝑜𝑙𝑣𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑝𝑢𝑟𝑜 1 365 49274 𝐸𝑃𝐸2 𝑇𝑒𝑏𝑠𝑜𝑙𝑢çã𝑜 2 𝑇𝑒𝑏 𝑠𝑜𝑙𝑣𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑝𝑢𝑟𝑜 2 2 6375 355 372 𝑇𝑒𝑏 𝑠𝑜𝑙𝑣𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑝𝑢𝑟𝑜 2 𝑇𝑒𝑏 𝑠𝑜𝑙𝑣𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑝𝑢𝑟𝑜 2 352 7345 𝐾 Com os valores da ebulição do solvente e interpolando em uma tabela de vapor saturado se encontram os valores da pressão de funcionamento dos evaporadores Tabela 7 Pressão de funcionamento dos evaporadores Equipamento Pressão bar 25 Evaporador 1 Efeito 07666 Evaporador 2 Efeito 04662 Balanço de energia O balanço de energia do primeiro efeito é 𝑆2ℎ𝑆2 𝑃1ℎ𝑃1 𝐶1ℎ𝐶1 𝑉1ℎ𝑉1 𝑃2ℎ𝑃2 Como podese substituir a equação pela equação abaixo onde é o calor latente 𝑆2 𝐶1 𝐻𝑆2 𝑙𝑣 de condensação do vapor 𝑆2𝐻𝑆2 𝑙𝑣 𝑃1ℎ𝑃1 𝑉1ℎ𝑉1 𝑃2ℎ𝑃2 Figura 11 Diagrama Entalpia vs Concentração utilizado para encontrar as entalpias de solução dos produtos Fonte Autor Usar pontos e mais adequados ao tamanho do gráfico 26 As entalpias utilizadas no balanço de energia foram retiradas respectivamente da tabela de vapor saturado considerando a pressão de saturação diagrama de 𝐻𝑆2 𝑙𝑣 2183 009 𝑘𝐽𝑘𝑔 entalpia vs concentração e e tabela de vapor ℎ𝑃1 262 838 𝑘𝐽𝑘𝑔 ℎ𝑃2 337 27 𝑘𝐽𝑘𝑔 aquecido a pressão de 07955 ℎ𝑉1 2664 93 Substituindo valores na equação 𝑆1 2183 009 2 227 262 838 1 3502 2664 93 0 8768 337 27 𝑆1 1 5156 𝑘𝑔𝑠 Tabela 8 Vazões concentrações e entalpias calculadas das correntes Corrente Vazão kgs Conc de sal T K Entalpia kJkg 𝑃1 2227 005 335 262838 𝑃2 08768 0127 366483 33727 𝑃3 03977 028 355372 260512 𝑉1 13502 0 366483 266493 𝑉2 04791 0 355372 264672 𝑆2 15156 0 400 271571 𝐶1 15156 0 400 5329536 𝐶2 0 366483 3909452 super 27 13502 Fonte Dados retirados de tabelas termodinâmicas e gráficos de Entalpia vs Concentração Dimensionamento termodinâmico e físico Através da tabela A 4 do livro TADINI 2015 é possível inferir um coeficiente global de troca térmica para os evaporadores considerando um valor maior no primeiro 𝑈1 2500 𝑊 𝑚 2 𝐾 1 𝑈1 2000 𝑊 𝑚 2 𝐾 1 Com as temperaturas das vazões se calcula a diferença de temperatura nos dois evaporadores 𝑇1 400 366 483 33 5170 𝑇2 366 483 355 372 11 1110 Com uma tabela de vapor saturado é possível encontrar as entalpias de vaporização da corrente de aquecimento e depois calcular o calor trocado no processo Tendo Com esse resultado encontrase a de troca térmica 𝐻𝑣𝑎𝑝 𝑆2 2183 209 𝐴1 𝑞1 0 2773 2183 209 605 4039 𝑘𝑊 605 4039 1000 3000 𝐴1 33 5170 𝐴1 7 2250 𝑚 2 Considerando que é desejado evaporadores de tamanhos iguais a troca de calor no 𝐴1 𝐴2 segundo será 𝑞2 2000 7 2250 11 1110 160 5540 𝑘𝑊 28 Com o valor da área de troca térmica se calcula o número de tubos necessários e seu comprimento Segundo Vogel e Todaro 2014 o tipo de evaporador selecionado tubo longo vertical geralmente são feitos com um diâmetro de 254 mm a 508 mm e com um comprimento de 35 m a 9 m Os valores de diâmetros e comprimento dos tubos serão pré determinados de acordo com a literatura e exemplos práticos Figura 12 Exemplo de um evaporador de tubos longos verticais Fonte httpsshop04004ramealperivertorgcategorynamelong20tube20vertical20evaporator Tabela 9 Valores pré determinados Diâmetro interno 𝐷0 m 00251 Diâmetro externo 𝐷 m 00263 Comprimento de tubos m 35 esse modelo não representa o evaporador usado por vocês 29 Número de passes 1 Substituindo os valores pré estabelecidos é possível descobrir o número de tubos necessários para a operação acontecer 𝐴𝑇 𝑁 𝐿 𝐷0 π 7 225 𝑁 3 5 0 0251 π 𝑁 26 1786 27 𝑡𝑢𝑏𝑜𝑠 3133 Cristalizador Inicialmente para dimensionamento do cristalizador foi necessário algumas considerações iniciais Os valores de entrada do cristalizador foram utilizados de acordo com resultados encontrados no evaporador e os valores de saída temperatura e vazão mássica foi estipulado de acordo com a bibliografia pesquisada A fração mássica de saída estipulada foi de 55 pois o cristalizador ao trabalhar com uma fração mássica acima de 60 tende a operar além do limite podendo haver incrustações na máquina levando uma pausa no processo ou até mesmo perda da máquina MARCELINO 2019 Dados Vazão de alimentação 03977 Kgs Temperatura inicial da solução 355372 K ou 180F Temperatura de saída da solução 32204 K ou 120F Fração mássica de entrada 028 Fração mássica de saída 055 Cálculo da EPE Para realizar o cálculo da elevação do ponto de ebulição EPE foi utilizado a equação X usada no evaporador uma vez que o gráfico tanto para evaporador quanto para cristalizador se mantém o mesmo 30 𝑊 𝑚𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜𝑀𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜𝑚𝑠𝑜𝑙𝑣𝑒𝑛𝑡𝑒 Para o cálculo do EPE é preciso ter em mente que a concentração dos cristais não influencia na elevação do ponto de ebulição Sendo assim para a realização do cálculo das vazões mássicas é necessário levar em consideração a concentração da solução na curva de saturação Portanto é crucial realizar a Regra da Alavanca para conseguirmos saber a concentração do licor mãe que sai do cristalizador para isso foi utilizado o Diagrama de Durhing abaixo para obtenção desse valores Figura 13 Gráfico do Diagrama de Durhing representando as concentrações de soluto em solução de 𝑁𝑎2𝑆𝑂4 Fonte Autor 𝑋 𝑠𝑜𝑙 1055 1032 0 66 𝑋 𝑐𝑟𝑖𝑠𝑡𝑎𝑙 055032 1032 0 34 Desses 66 de licor mãe é necessário identificar a quantidade de soluto e solvente que existe 31 em solução para o cálculo da molalidade Pelo Diagrama de Durhing é perceptível que a concentração de soluto é 032 enquanto o de solvente 068 𝑊 0 55 0 66 0 32 0 3977 0 14204 0 55 0 66 0 68 0 3977 3 30 𝑚𝑜𝑙𝐾𝑔 𝐸𝑃𝐸 0 961 3 30 0 00596 3 177 𝐾 A partir do cálculo do EPE é possível calcular o ponto de ebulição da água nessas condições que se encontra a corrente de saída 𝐸𝑃𝐸 𝑇𝑒𝑏𝑠𝑜𝑙𝑢çã𝑜 𝑇𝑒𝑏 𝑠𝑜𝑙𝑣𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑝𝑢𝑟𝑜 3 177 322 04 𝑇𝑒𝑏 𝑠𝑜𝑙𝑣𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑝𝑢𝑟𝑜 𝑇𝑒𝑏 𝑠𝑜𝑙𝑣𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑝𝑢𝑟𝑜 318 863 𝐾 Por meio de Tabelas Termodinâmicas encontrada no livro X obtémse a pressão de saída do vapor no cristalizador assim como sua entalpia 𝑃 0 0099 𝑃𝑎 ℎ𝑣 2584 58 𝐾𝐽𝐾𝑔 Em seguida obtémse o valor de entalpia do produto de saída por meio dos valores de vazão mássica do produto e da temperatura Com esses valores é 𝑋𝑝 0 55 𝑇𝑝 120𝐹 possível realizar balanços de massa energia e de componentes ℎ𝑝 51 20 𝐵𝑡𝑢𝑙𝑏 118 859 𝐾𝐽𝐾𝑔 Balanço de Componente 𝑚𝐹𝑋𝐹 𝑚𝑃𝑋𝑃 0 0 3977 0 28 𝑚𝑃 0 55 0 𝑚𝑃 0 202 𝐾𝑔𝑠 pelo diagrama x entalpia 32 Balanço de Massa 𝑚𝑣 𝑚𝑃 𝑚𝐹 0 𝑚𝑣 0 202 0 39977 0 𝑚𝑉 0 1957 𝐾𝑔𝑠 Balanço de Energia Para encontrar utilizase a fórmula considerando que o fluido de aquecimento está a 𝑚𝑠 32815 K sendo o condensado desse fluido diferente do da corrente 14 𝐻𝑆 𝑙𝑣 2370 7 𝑚𝑆𝐻𝑆 𝑙𝑣 𝑚𝐹ℎ𝐹 𝑚𝑉ℎ𝑉 𝑚𝑃ℎ𝑝 𝑚𝑆 2370 7 0 3977 260 512 0 1957 2584 58 0 202 118 859 𝑚𝑆 0 1798 𝑘𝑔𝑠 𝑄 𝑚𝑉ℎ𝑉 𝑚𝑃ℎ𝑃 𝑚𝐹ℎ𝐹 𝑄 0 1957 2584 58 0 202 118 859 0 3977 260 512 426 152 𝐾𝐽𝑠 Pela fórmula de transferência de calor é possível calcular a área de troca térmica do cristalizador para isso foi considerado o valor do coeficiente global de troca térmica U como sendo igual ao do segundo evaporador 𝑄 𝑈 𝐴 𝑇 𝐴 426152 2000 32204 355372 6 393 10 3𝑚 2 Por fim foi calculado o volume e o rendimento do cristalizador entretanto foi necessário estipular um valor para o raio r e para a altura h de acordo com bibliografias encontradas 𝑟 0 5 𝑚 ℎ 3𝑚 𝑉𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑉𝑐𝑜𝑛𝑒 𝑉𝑐𝑖𝑙𝑖𝑛𝑑𝑟𝑜 33 𝑉𝑐𝑖𝑙𝑖𝑛𝑑𝑟𝑜 π𝑟 2ℎ π 0 5 2 3 2 356 𝑚 3 𝑉𝑐𝑜𝑛𝑒 1 3 𝑉𝑐𝑖𝑙𝑖𝑛𝑑𝑟𝑜 2356 3 0 785 𝑚 3 𝑉𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 2 356 0 785 3 145𝑚 3 3 145𝐿 𝑅 𝑚𝑃𝑥𝑐𝑟𝑖𝑠𝑡𝑎𝑙𝑅1 𝑚𝐹 1 𝑥𝐹 100 02020341 03997 1 028 100 61 37 𝑅1 𝑃𝑀 𝑎𝑛𝑖𝑑𝑟𝑜 𝑃𝑀 ℎ𝑖𝑑𝑟𝑎𝑡𝑎𝑑𝑜 014204 014204 1 4 Resumo do Equipamento Selecionado 41 Trocador de Calor Com base nos parâmetros e condições nas quais o trocador de calor irá operar definiuse o modelo mais adequado e viável para o processo Assim escolheuse o trocador de calor do tipo casco e tubos devido à sua versatilidade custobenefício bom rendimento térmico e simplicidade quando comparado aos demais modelos O fluxo do tipo turbulento conforme analisado no processo aumenta a taxa de transferência de calor do trocador e ainda auxilia na redução do acúmulo de sólidos dissolvidos nas paredes do tubo e na carcaça Os trocadores de calor em regime de contracorrente são os modelos mais eficientes uma vez que o fluido mais frio sai pela extremidade em que o fluido mais quente entra ou seja a temperatura do fluido mais frio tende a se aproximar da temperatura de entrada do fluido mais quente Ainda é um equipamento adequado para altas pressões e temperaturas 42 Evaporador Para a escolha do tipo de equipamento que melhor vai atender às necessidades do processo salientando a grande gama de modelos e arranjos matemáticos que existem para os mais diversos segmentos industriais é preciso levar em consideração o ponto de ebulição preservando as propriedades físicoquímicas do fluido a ser concentrado 34 Como explicado por Foust et al 2011 nas operações que envolvem evaporação a representação principal do custo do processo está relacionada ao vapor dágua consumido Assim métodos de economia de energia são geralmente aplicados Uma forma de se obter essa redução do consumo de vapor é a reutilização do vapor gerado no sistema Para isso é aplicado evaporador de múltiplo efeito 43 Cristalizador A fim de se obter um processo com alto rendimento na obtenção de cristais e dentro da necessidade estabelecida com baixo custo foise definido a utilização de um Cristalizador tipo Oslo adiabático de convecção forçada para evitar incrustações O Cristalizador Oslo possui 5 componentes básicos em seu funcionamento Seu tanque cristalizador que armazena o volume de solução e permite a liberação dos vapores do processo O defletor que controla a população de cristais separando os finos que são dissolvidos por aquecimento dos grossos para um maior crescimento a bomba de circulação que fornece as condições para o cristalizador circular nas condições previstas de saturação e são propulsoras do fluxo O trocador de calor que fornece a energia térmica necessária para evaporação necessária e seu leito fluidizado que pela salmoura circulante libera sua supersaturação para os cristais suspensos O volume do cristalizador será de 3145 L e seu rendimento de 6137 Sua vazão de alimentação será de 03977 Kgs a fração mássica de entrada do soluto de 028 a uma temperatura inicial de 355372 K O seu objetivo final foi a obtenção de do magma com uma fração mássica de de 055 de cristais de sulfeto de sódio à temperatura de 32204 K 5 Referências Bibliográficas BALIAK M et al Boiling Point Rise Calculations in Sodium Salt Solutions Industrial Engineering Chemistry Research S l v 47 n 4 p 12831287 2 jan 2008 BICCA Gerson Modelagem Hierárquica de Trocadores de calor casco e Tubos Dissertação Mestrado em Engenharia Química Universidade Federal do Rio Grande do Sul Porto Alegre 2006 35 C C Tadini V R N Telis A J A Meirelles P A P Filho Operações unitárias na indústria de alimentos Rio de Janeiro LTC 2015 1 recurso online ISBN 9788521630340 2015 E C C Araujo Operações unitárias envolvendo transmissão de calor São Carlos EdUFSCar 2013 FG Santos Trabalho de Conclusão de Curso Universidade Federal do Recôncavo da Bahia 2019 H A Rogério et al Aplicações Industriais De Evaporadores De Múltiplo Efeito Enciclopédia Biosfera S l v 9 n 16 p 28152834 1 jul 2013 H C Voguel C M TODARO Fermentation and Biochemical Engineering Handbook principles process design and equipment 3 ed S I Elsevier 2014 p 434 J Saari Heat Exchanger Dimensioning Lappeenranta University of technology J M Smith H C Van Ness M M Abbott Introdução à Termodinâmica da Engenharia Química Editora LTC Rio de Janeiro 2007 7 Ed LH Evaporator Sodium Sulphate MVR Plant for Shandong Company Disponível em httpswwwlhevaporatorcomdiscovernewssodiumsulphatemvrplantforshandongcomp any Acesso em 10 out 2022 MY Martins Trabalho de Conclusão de Curso Universidade Federal de Mato Grosso 2021 N S Tavare Industrial Crystallization Springer ScienceBusiness Media New York 1995 415463 S Foust Princípios das operações unitárias traduzido por Horacio Macedo Rio de Janeiro Guanabara Dois 1982 2 ed T C Marcelino Dissertação Mestrado Universidade Federal de Campina Grande 2019 36 60 Atas das reuniões Reunião de alinhamento inicial Ata da reunião Data da reunião 27092022 ás 19 horas via Google meet Presenças Ana Luiza Roman de Souza Hiago de Paula Almeida Iolanda Coelho Mol Santos Isabela Oliveira de Souza Larissa de Carvalho e Silva Lucca Bonimani Oliveira Melissa Marques de Sousa Rafaela Kéllen Pereira de Souza 1 Comunicados Disponibilização da planilha de disponibilidade para reuniões seguintes e organização do grupo Repasses do professor Alexandre sobre o trabalho durante a aula do dia 23092022 2 Discussão Definição do Líder do grupo Integrante Iolanda Coelho Mol Santos cuja responsabilidade atribuída por essa função foi de coordenar o grupo e confeccionar as atas das reuniões Entendimento do problema proposto pelo professor Discussão inicial do entendimento dos membros sobre o problema Ficou como responsabilidade dos membros um estudo maior sobre o projeto 3 Mesa redonda Inicialmente não houve divisão do grupo em áreas menores Ficou definido o preenchimento da planilha até a próxima aula da disciplina 2910 para definição da próxima reunião Criação de uma pasta compartilhada no drive para anexo de material complementar para elaboração do projeto 37 Reunião de definições Ata da reunião Data da reunião 30092022 ás 14 horas após a aula da disciplina de operações unitárias II Presenças Ana Luiza Roman de Souza Hiago de Paula Almeida Iolanda Coelho Mol Santos Larissa de Carvalho e Silva Lucca Bonimani Oliveira Melissa Marques de Sousa Rafaela Kéllen Pereira de Souza 1 Comunicados Revisão da data de entrega e arguição do projeto 2 Discussão Discussão sobre o problema a ser trabalhado após estudo individual dos integrantes divisão do grupo em áreas para execução do projeto baseados na disponibilidade dos membros Definição das datas para entrega por área do projeto e revisão final do projeto no dia 1310 3 Mesa redonda Definição das áreas Trocador de calor Hiago Larissa e Rafaela data para entrega 0510 Evaporador Ana Luiza e Melissa data para entrega 0810 Cristalizador Iolanda Isabela e Lucca data para entrega 1210 38 Reunião de trocador de calor Ata da reunião Data da reunião 01102022 ás 19 horas e 30 minutos via google meet Presenças Hiago de Paula Almeida Iolanda Coelho Mol Santos Larissa de Carvalho e Silva Rafaela Kéllen Pereira de Souza 1 Comunicados NA 2 Discussão Revisão do problema proposto no trabalho Discussão do equipamento conceitos iniciais e sua definição Levantamento de dúvidas Discutidas com o restante do grupo e anotadas para discussão com o professor na aula seguinte Divisão das tarefas entre os membros 3 Mesa redonda Definição das tarefas Hiago Diagrama de blocos e propriedades físicas Larissa Dimensionamento do equipamento e seleção do equipamento Rafaela Entendimento do trabalho modelagem matemática e resumo do equipamento 39 Reunião de alinhamentos Ata da reunião Data da reunião 06102022 ás 17 horas via WhatsApp Presenças Ana Luiza Roman de Souza Hiago de Paula Almeida Iolanda Coelho Mol Santos Isabela Oliveira de Souza Larissa de Carvalho e Silva Lucca Bonimani Oliveira Melissa Marques de Sousa Rafaela Kéllen Pereira de Souza 1 Comunicados Mudança da data para entrega do trabalho Nova data 17102022 2 Discussão Redivisão das datas de entrega das áreas do trabalho 3 Mesa redonda Novas datas Trocador de calor 0610 Evaporadores 1010 Cristalizador 1510 Revisão final 1610 40 Reunião de Evaporadores Ata da reunião Data da reunião 07102022 ás 19 horas via Google meet Presenças Ana Luiza Roman de Souza Iolanda Coelho Mol Santos Melissa Marques de Sousa 1 Comunicados NA 2 Discussão Revisão do andamento do trabalho Revisão dos dados do trocador de calor Discussão dos tipos de evaporadores e revisão teórica Definição dos evaporadores Levantamento de dúvidas Estudo do dimensionamento do evaporador e esclarecimento de dúvidas com o professor na aula seguinte Definição da tarefa de cada membro 3 Mesa redonda Tarefa atribuída a cada membro Ana Luiza Embasamento teórico Melissa Cálculos de dimensionamento 41 Reunião de cristalizadores Ata da reunião Data da reunião 11102022 ás 19 horas via Google meet Presenças Iolanda Coelho Mol Santos Isabela Oliveira de Souza Lucca Bonimani Oliveira 1 Comunicados NA 2 Discussão Revisão do problema trabalhado e acompanhamento das definições estabelecidas no trocador e nos evaporadores Visualização parcial do trabalho Discussão sobre os tipos de cristalizadores no mercado Definição do cristalizador Oslo Levantamento de dúvidas Anotação das mesmas para discussão com o professor na aula seguinte Definição do magma de saída Fração mássica de cristais de sulfeto de sódio 055 Divisão das tarefas 3 Mesa redonda Definição das tarefas por membro Iolanda Modelagem matemática e resumo do equipamento Isabela Seleção do equipamento e dimensionamento do cristalizador Lucca Entendimento do problema e propriedades físicas 42 Reunião final Ata da reunião Data da reunião 17102022 ás 20 horas via Google meet Presenças Ana Luiza Roman de Souza Hiago de Paula Almeida Iolanda Coelho Mol Santos Isabela Oliveira de Souza Larissa de Carvalho e Silva Lucca Bonimani Oliveira Melissa Marques de Sousa Rafaela Kéllen Pereira de Souza 1 Comunicados Data final para entrega do trabalho 2 Discussão Revisão final do trabalho Entendimento geral do processo Revisão por área Entendimento do trabalho por área e especificações dos equipamentos Formatação do trabalho Seguindo as normas da ABNT 3 Mesa redonda Revisão das ações por área Trocador de calor Concluído Evaporadores Concluído Cristalizador Concluído 43 DEFINIÇÃO DAS TAREFAS TROCADOR DE CALOR HIAGO DIAGRAMA DE BLOCOS E PROPRIEDADES FÍSICAS X CUMPRIDA TOTALMENTE CUMPRIDA PARCIALMENTE NÃO CUMPRIDA LARISSA DIMENSIONAMENTO E SELEÇÃO DO EQUIPAMENTO X CUMPRIDA TOTALMENTE CUMPRIDA PARCIALMENTE NÃO CUMPRIDA RAFAELA ENTENDIMENTO DO PROBLEMA MODELAGEM MATEMÁTICA E RESUMO DO EQUIPAMENTO X CUMPRIDA TOTALMENTE CUMPRIDA PARCIALMENTE NÃO CUMPRIDA EVAPORADORES ANA LUÍZA EMBASAMENTO TEÓRICO X CUMPRIDA TOTALMENTE CUMPRIDA PARCIALMENTE NÃO CUMPRIDA MELISSA CÁLCULOS DE DIMENSIONAMENTOS X CUMPRIDA TOTALMENTE CUMPRIDA PARCIALMENTE NÃO CUMPRIDA CRISTALIZADORES IOLANDA MODELAGEM MATEMÁTICA E RESUMO DO EQUIPAMENTO X CUMPRIDA TOTALMENTE CUMPRIDA PARCIALMENTE NÃO CUMPRIDA ISABELA SELEÇÃO E DIMENSIONAMENTO DO EQUIPAMENTO X CUMPRIDA TOTALMENTE CUMPRIDA PARCIALMENTE NÃO CUMPRIDA 44 LUCCA ENTENDIMENTO DO PROBLEMA E PROPRIEDADES FÍSICAS X CUMPRIDA TOTALMENTE CUMPRIDA PARCIALMENTE NÃO CUMPRIDA ATIVIDADES GERAIS TODOS REVISÃO DO PROBLEMA PROPOSTO X CUMPRIDA TOTALMENTE CUMPRIDA PARCIALMENTE NÃO CUMPRIDA RAFAELA INDICAÇÃO DO CLIENTE X CUMPRIDA TOTALMENTE CUMPRIDA PARCIALMENTE NÃO CUMPRIDA MELISSA FORMATAÇÃO DO TRABALHO X CUMPRIDA TOTALMENTE CUMPRIDA PARCIALMENTE NÃO CUMPRIDA IOLANDA LÍDER E CONFECÇÃO DAS ATAS X CUMPRIDA TOTALMENTE CUMPRIDA PARCIALMENTE NÃO CUMPRIDA