Profa. Dra.: Simone de Fátima Medeiros. 1 Semestre

Transcrição

1 Operações Unitárias II Profa. Dra.: Simone de Fátima Medeiros 1 Semestre

2 Ementa: Trocadores de calor; Trocadores de calor tubulares; Trocadores de calor de placas; Sistemas se troca de calor com mudança de fase; Torres de resfriamento. Operações Unitárias II 1 Semestre 2014

3 Bibiografia: FOUST, Alan S.; WENZEL, Leonard A.; CLUMP, Curtis W.; MAUS, Louis; ANDERSEN, L. Bryce. Principios das operacoes unitárias. Rio de Janeiro: Guanabara Dois/LTC, 1982; MCCABE, Warren L.; SMITH, Julian C.; HARRIOT, Peter. Unit operations of chemical engineering. Boston: McGraw-Hill, 2001; GEANKOPLIS, Christie John. Transport Processes and Separation Process Principles. New York: Prentice Hall; COUPER, James R.; PENNEY, W. Roy; FAIR, James R.; WALAS, Stanley M Chemical Process Equipment: Selection and Design. Amsterdam: Elsevier, 2005; COULSON, J. M.; RICHARDSON, J.F. Chemical Engineering. Amsterdan: Butterworth Heinemann. v. 2: Particle Technology e Separation Processes; COULSON & Richardson's Chemical Engineering: chemical engineering design by R.K. Sinnott. Amsterdam: Elsevier Butterworth Heinemann, 2005 PERRY's chemical engineers handbook. Editor in Chief Don W. Green; Late Editor Robert H. Perry New York: McGraw-Hill, Operações Unitárias II 1 Semestre 2014

4 Processo Químico Matérias - primas Produtos Processamento Mão-de-obra Resíduos Recursos

5 Desempenho e aplicação Propriedades Processamento Estrutura e composição

6 (Foust, pág. 286) Operações Unitárias II 1 Semestre 2014

7 Mecanismos de transferência de calor: Molecular: transferência de calor pela ação das moléculas; condução; transferência de calor de uma superfície aquecida para o fluido; Turbulento: transferência de calor por um processo de misturação; convecção; transferência de calor entre dois fluidos com temperaturas diferentes. Operações Unitárias II 1 Semestre 2014

8 Tipos de trocadores de calor: Trocador es Tubulares; Trocadores Aletados; Radiadores; Trocadores de Placas; Trocadores em Espiral; Trocadores de Casco e Tubos; Evaporadores; Serpentinas e Camisas; Torre de Resfriamento. Operações Unitárias II 1 Semestre 2014

9 Trocadores de calor tubulares: Tipo mais simples; Fluxo paralelo ou em contracorrente; Líquido líquido, líquido gás e gásgás. Operações Unitárias II 1 Semestre 2014

10 Trocadores de calor tubulares: Operações Unitárias II 1 Semestre 2014

11 Trocadores de calor tubulares: Taxa de troca de calor é proporcional à área; Feito na forma de passagens; Passagem direto do tubo interno entre os tubos externos; Superfície rugosa do tubo interno. Operações Unitárias II 1 Semestre 2014

12 Trocadores de calor tubulares:

13 Trocadores de calor tubulares:

14 Trocadores de calor tubulares:

15 Trocadores de calor aletados:

16 Trocadores de calor aletados: Aletas: extensões de superfície, visam facilitar a troca de calor; Fluxos externos de gases, vapor, ar; Empregado para troca de calor gáslíquido e gás-gás; Estufas de circulação de ar.

17 Trocadores de calor aletados: Estufas de circulação de ar:

18 Trocadores de calor aletados:

19 Trocadores de calor aletados:

20 Radiadores:

21 Radiadores:

22 Condensadores:

23 Torres de resfriamento: Na indústria não é permitido que a água retorne aos rios aquecida; Ar entra por baixo da torre e é forçado a sair na parte de cima, através de um sistema de exaustão;

24 Torres de resfriamento:

25 Torres de resfriamento: Escoamento deve ser lento, tempo de contato da água com o gás refrigerante deve ser aumentado; Água entra na forma de chuviscos.

26 Torres de resfriamento:

27 Torres de resfriamento:

28 Torres de resfriamento:

29 Torres de resfriamento:

30 Trocadores de calor de placas: Diferentes temperaturas envolvidas no processo de troca de calor; Troca de calor é função da área; Compacto, superfície rugosa das placas; Escoamento em contracorrente; Limpeza, lavagem.

31 Trocadores de calor de placas:

32 Trocadores de calor de placas:

33 Trocadores de calor de placas:

34 Trocadores de calor de placas:

35 Trocadores de calor de placas:

36 Trocadores de calor em espiral:

37 Trocadores de calor em espiral:

38 Trocadores de calor em espiral:

39 Trocadores de casco e tubo: Tipo mais tradicional; Um tubo grande (casco) revestindo pequenos tubos; Fluxo contracorrente.

40 Trocadores de casco e tubo:

41 Trocadores de casco e tubo:

42 Trocadores de casco e tubo: Sistema multipass:

43 Trocadores de casco e tubo:

44 Trocadores de casco e tubo:

45 Trocadores de casco e tubo:

46 Trocadores de casco e tubo:

47 Trocadores de casco e tubo:

48 Trocadores de casco e tubo: Chicanas: Projetada para suportar o feixe de tubos e direcionar o fluido para a máxima eficiência na troca térmica; Tem por finalidade suportar os tubos, evitando os problemas causados pelas vibrações, e garantir o fluxo cruzado do fluido do casco, aumentando a convecção forçada sobre os tubos; O passo mínimo é recomendado como sendo de 1/5 do diâmetro do casco ou 2 polegadas, o que for maior.

49 Trocadores de casco e tubo: Chicanas:

50 Trocadores de casco e tubo: Chicanas:

51 Refervedores ou caldeiras: Mesmo princípio dos trocadores de calor de casco e tubos; Utilizado em torres de destilação com retificação; Sistema mutipass; Aumento da velocidade favorece a convecção.

52 Evaporadores: Mudança de fase; Diminuição do volume do fluido; Temperatura permanece constante; Sistema com duas entradas e três saídas.

53 Evaporadores:

54 Evaporadores:

55 Evaporadores:

56 Camisas e serpentinas: Utilizado em reações químicas, onde a temperatura deve ser mantida constante.

57 Camisas e serpentinas:

58 Camisas e serpentinas:

59 Tipo de trocador Fluido Interno Velocidade (ft/s) Fluido Externo Velocidade (ft/s) Btu/h ft2 F Casco e tubo Salmoura 1-3 Água Casco e tubo Água 2 Gasóleo Casco e tubo Água 2 Óleo lubrificante 0,2 15 Casco e tubo Água 5 Gasolina Condensante 90 Casco e tubo Petróleo 2 Gasolina Condensante Casco e tubo Petróleo 10 Gasóleo Casco e tubo Água 4-6 Vapor d água Condensante Tubular Água 3-8 Salmoura Serpentina Gasóleo Condensante Água Convecção natural 8-20 Feixe de tubos Vapor d água Condensante Ar 10 9 Evaporador de cesto Salmoura Fervente Vapor d água Condensante Evaporador de tubos verticais Água Fervente Vapor d água Condensante Evaporador Vapor d água Condensante Liq. orgânico Fervente 300 Evaporador Vapor d água Condensante Ácido acético Fervente 450