A Evaporação Na Engenharia

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UNIVERSIDADE ESTADUAL DA PARAÍBA

CENTRO DE CIENCIAS E TECNOLOGIA

CURSO DE QUIMICA INDUSTRIAL

LARYSSA ALVES BEZERRA

JOANA GABRIEL CORDEIRO

MARINA DE SOUSA PIMENTEL

POLIANA NOGUEIRA COSTA

AMANDA BORGUES SOARES

Evaporadores

CAMPINA GRANDE

2019

EVAPORADORES

A evaporação é uma operação unitária, cujo objetivo eliminar água de alimentos líquidos diluídos com a finalidade de deixar esses alimentos mais concentrados. Esse processo difere da desidratação pois o produto tratado por este processo permanece sempre no estado líquido, também difere da destilação, já que o vapor produzido não contém concentrações diferentes, como na destilação.

O equipamento utilizado é o evaporador, que consiste basicamente de um trocador de calor capaz de ferver a solução e um dispositivo para separar a fase vapor do líquido em ebulição, dentre os tipos de evaporadores no mercado, citamos dois o de tubos horizontais e os evaporadores de tubos verticais.

 EVAPORADORES SIMPLES E MÚLTIPLOS EFEITOS

Os evaporadores podem operar de algumas maneiras, dentre elas temos: simples efeito e múltiplo efeito. No simples efeito o processo utiliza apenas um único evaporador esse método é importante para o entendimento desses equipamentos mais não e muito utilizado na pratica por gasta muita energia.

A evaporação por múltiplo efeito é um processo em que se utiliza vários evaporadores interligados, onde se utiliza o vapor do primeiro evaporador (primeiro efeito) para aquecer o liquido do evaporador seguinte. Este modo de operar não aumenta a produção em relação aos evaporadores de simples efeito, mais diminui o consumo de energia como o também o vapor utilizado para concentrar o liquido. Esse sistema de abastecimento pode ser do tipo concorrente, onde o vapor e a solução concentrada seguem no mesmo sentido e contracorrente que ao contrário do concorrente a solução segue em um sentindo e o vapor corre no sentindo contrário.

FUNDAMENTOS

A equação que se dá o balanço energético básico que ocorre no interior dos evaporadores e dada pela equação:

Q = UA∆T

Em que ΔT é a diferença entre a temperatura de condensação e a temperatura de evaporação e é função de

• Pressão na câmara de evaporação
• Pressão na câmara de condensação
• Tipo de solução
• Projeto do equipamento

ELEVAÇÃO DO PONTO DE EBULIÇÃO (EPE)

        Elevação do ponto de ebulição da solução é a diferença entro ponto de ebulição da solução a o ponto de ebulição do solvente puro ne mesma pressão. Os maiores e.p.e. são observados quando o soluto é composto de moléculas pequenas e iônicas, podendo chegar a 80°C, quando a molécula é muito grande e/ou orgânica o e.p.e. é muito baixo chegando a ser desprezível. Quando a solução apresenta e.p.e., o evaporado retirado do equipamento é um vapor superaquecido.

DIAGRAMA DE DUHRING

Consiste em traçar um gráfico representando a variação da temperatura de ebulição  do  solvente  puro  com  a  temperatura  de  ebulição  da  solução, obtendo  retas  com  dois  pontos  experimentais  para  cada  concentração  da solução.

BALANÇO DE MASSA E ENERGIA

        O evaporador inicialmente possui uma entrada para solução onde queremos atingir no final dessa operação com uma concentração maior do soluto presente nessa solução, então evaporamos o solvente e no final teremos uma redução do volume desse solvente nessa solução consequentemente estamos concentrando a solução. O equipamento de evaporação é basicamente um tanque que irá receber a solução a ser concentrada onde esse tanque possui uma região de admissão de vapor onde o vapor é enviado a essa unidade para aquecer essa solução e levar a mesma a seu ponto de ebulição gerando assim o vapor para que no final tenhamos essa solução diluída.

      Para entendermos melhor como funciona o balanço de massa e energia de um evaporador precisamos entender alguns conceitos:

     - O balanço de massa é baseado no princípio de conservação da massa, sendo feito através da contabilidade de material que entra e deixa um sistema determinado por uma fronteira, seja ela uma corrente, um equipamento ou processo.

    - O balanço de energia é uma exposição sistemática dos fluxos e transformações de energia em um sistema. A base teórica para um balanço energético é a primeira lei da termodinâmica, segundo a qual a energia não pode ser criada ou destruída, apenas modificada em forma.

     Os parâmetros que devemos conhecer para trabalharmos com os evaporadores são: Temperatura das correntes (T), a vazão mássica (ṁ), x a fração mássica e h a entalpia.  

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                            Figura 1. Sistema simplificado de um evaporador e suas correntes

Nesse sistema simplificado observamos que o evaporador possui uma entrada da solução (F), Entrada de vapor de aquecimento, saída de vapor e saída da solução concentrada (L). Onde a solução é uma mistura de soluto não volátil e solvente volátil, a vazão mássica e a temperatura de entrada é a mesma da saída, lembrando que o vapor de aquecimento não entra em contato com a solução.

Equações do balanço de massa

1. Global :

ṁF =ṁv + ṁL

1. Soluto :

ṁF x F= ṁL x L

1. Quantidade de vapor:

ṁv =ṁF - ṁL

ṁv =ṁF - ṁF. X F / X L

ṁv =ṁF (1 - X F / X L)

Equações do balanço de energia  

Entra = sai

ṁF .hF + ṁS.h S1 = ṁS.h S2 + ṁv.hv+ ṁL.h L + QP

ṁF .hF + ṁS.h S1 - ṁS.h S2- = ṁv.hv+ ṁL.h L + QP

ṁF .h F + ṁS.(h S1 - h S2)= ṁv.hv+ ṁL.h L + QP

ṁF .h F + ṁSλS= ṁv.hv+ ṁL.h L + QP (perdas)

- Qp refere-se às perdas de energia para o ambiente

O vapor de aquecimento fornece calor, assim :

ṁF .h F + qs= ṁv.hv+ ṁL.h L + QP

qs= ṁv.hv+ ṁL.hL - ṁF .h F + QP

qs= ṁv.hv+ (ṁF - ṁV) .hL  - ṁF . h F + QP