É desejável aquecer 9820 lb / h de benzeno (Cp=0,425 Btu / lb ^circ F) de 80 a 120 ^circ F utilizando tolueno ( Cp=0,44 Btu / lb ^circ F), o qual é resfriado de 160 para 100^circ F. 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:
Q = dotm cdot Cp cdot De
Onde:
  • dotmbenzeno = 9820 , lb/h é o calor necessário (Btu/h)
  • Cp,benzeno = 0,425 , Btu/lbºF é a vazão mássica do benzeno (lb/h)
  • De é a capacidade calorífica específica do benzeno (Btu/lb.ºF)
  • Q = 9820 times 0,425 times 40 = 167,890 , Btu/h é a variação de temperatura do benzeno (°F)
Vamos substituir os valores:
º
Então,

Passo 3

Agora, vamos calcular a quantidade de calor que o tolueno pode remover ao ser resfriado. A fórmula é similar:
Q = dotm cdot Cp cdot De
Onde:
  • Cp,tolueno = 0,44 , Btu/lbºF é a vazão mássica do tolueno (lb/h) que queremos encontrar
  • De é a capacidade calorífica específica do tolueno (Btu/lb.ºF)
  • Q = dotmtolueno times 0,44 times 60 é a variação de temperatura do tolueno (°F)
Substituindo os valores conhecidos:
º
Então,

Passo 4

Sabemos que o calor perdido pelo tolueno deve ser igual ao calor ganho pelo benzeno:
167,890 = dotmtolueno times 0,44 times 60
Resolvendo para dotmtolueno = 167,8900,44 times 60 = 167,89026,4 approx 6.366 , lb/h :

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.

Exercícios relacionados