É desejável aquecer
de benzeno
de 80 a
utilizando tolueno (
, o qual é resfriado de 160 para
. Um fator de fuligem de 0,001 deve ser considerado para cada fluxo e o coeficiente global de transferência de calor a) Qual a vazão de tolueno necessária?
Passo 1
Beleza, vamos lá! O enunciado da questão fala sobre aquecer benzeno usando tolueno em um processo de transferência de calor. A gente precisa calcular a vazão de tolueno necessária para realizar esse aquecimento. Para isso, vamos usar conceitos de transferência de calor e propriedades térmicas dos fluidos envolvidos, como a capacidade calorífica específica. Além disso, vamos considerar o fator de fuligem que afeta a eficiência da transferência de calor.
Passo 2
Primeiro, vamos calcular a quantidade de calor que precisa ser fornecida para aquecer o benzeno. A fórmula para isso é:
Onde:
-
é o calor necessário (Btu/h) -
é a vazão mássica do benzeno (lb/h) -
é a capacidade calorífica específica do benzeno (Btu/lb.ºF) -
é a variação de temperatura do benzeno (°F)
Vamos substituir os valores:
Então,
Passo 3
Agora, vamos calcular a quantidade de calor que o tolueno pode remover ao ser resfriado. A fórmula é similar:
Onde:
-
é a vazão mássica do tolueno (lb/h) que queremos encontrar -
é a capacidade calorífica específica do tolueno (Btu/lb.ºF) -
é a variação de temperatura do tolueno (°F)
Substituindo os valores conhecidos:
Então,
Passo 4
Sabemos que o calor perdido pelo tolueno deve ser igual ao calor ganho pelo benzeno:
Resolvendo para
:
Passo 5
Agora, precisamos considerar o fator de fuligem de 0,001 para cada fluxo, que afeta o coeficiente global de transferência de calor. O fator de fuligem (fouling factor) geralmente é somado ao cálculo do coeficiente de transferência de calor para levar em conta as imperfeições no processo.
No entanto, como o enunciado não fornece o coeficiente global de transferência de calor (
), assumimos que o cálculo acima já está considerando esse fator de forma simplificada.
Resposta
A vazão de tolueno necessária é aproximadamente 6.366 lb/h.