O ponto normal de ebulição do Cl2 é -30^circ F. O vapor formado no tanque de armazenagem sai pela linha de suspiro, é comprimido para líquido a 0^circ F e retornado à alimentação. A taxa de vaporização é de 2,5 t/dia quando a esfera está cheia na sua capacidade máxima e a temperatura do ar ambiente é de 80^circ F. Sabendo que os compressores são acionados por motores elétricos e que têm uma eficiência de cerca de 30 %, determine a potência elétrica que deve ser fornecida (em HP) para tornar esse processo bem-sucedido. Considere que as linhas e os trocadores de calor estejam bem isolados. Use 8,1 Btu /(lb mol) ( ^circ F) para o calor específico do Cl 2 líquido e que Deçã.

Passo 1

Beleza, vamos lá! Temos um exercício que envolve a determinação da potência elétrica necessária para comprimir o vapor de Cl2 de volta ao líquido. A gente vai trabalhar com conceitos de termodinâmica, como entalpia de vaporização e calor específico, além de fazer algumas conversões de unidades. Precisaremos entender como calcular a energia envolvida no processo de vaporizar e comprimir o cloro gasoso e, a partir disso, descobrir a potência elétrica que os motores precisam fornecer, considerando a eficiência deles.

Passo 2

Primeiro, vamos entender a taxa de vaporização. O problema nos diz que são 2,5 toneladas por dia (t/dia). Vamos converter isso para libras por hora (lb/h) para facilitar os cálculos, já que muitas das grandezas dadas estão em unidades britânicas.
Sabemos que:
1 tonelada = 2000 libras
1 dia = 24 horas
Então,
2,5 t/dia times 2000 lbt = 5000 lb/dia
Agora, convertendo para por hora:
5000 lb24 h approx 208,33 lb/h

Passo 3

Agora, vamos calcular a quantidade de energia necessária para vaporizar o cloro. A entalpia de vaporiza��ão ( Deçã) é dada como 123,67 Btu/lb. A energia total por hora para vaporizar o cloro é:
Energia de vaporização por hora = 208,33 lb/h times 123,67 Btulb approx 25720 Btu/h çã

Passo 4

Além da energia para a vaporização, precisamos considerar a energia para aquecer o cloro líquido de -30^circ F até 0^circ F. Para isso, usamos o calor específico do cloro líquido, que é 8,1 Btu/(lb·°F).
A variação de temperatura ( De) é:
De
Então, a energia para aquecer é:
Energia de aquecimento por hora = 208,33 lb/h times 8,1 Btulb·°F times 30^circ F approx 50625 Btu/h

Passo 5

Agora, somamos as duas energias para encontrar a energia total necessária por hora:
Energia total por hora = 25720 Btu/h + 50625 Btu/h = 76345 Btu/h

Passo 6

Para converter a energia de Btu/h para potência elétrica, usamos a relação onde 1 HP (horsepower) é aproximadamente igual a 2545 Btu/h.
Então, a potência necessária sem considerar a eficiência dos motores é:
Potência = 76345 Btu/h2545 Btu/hHP approx 30 HP ê

Passo 7

Mas os compressores não são 100% eficientes; a eficiência dada é de 30%. Isso significa que a potência elétrica real necessária será maior, porque apenas 30% da energia elétrica é convertida em trabalho útil.
Para encontrar a potência elétrica necessária:
Potência elétrica = 30 HP0,30 = 100 HP êé

Resposta

A potência elétrica necessária para o processo é de aproximadamente 100 HP.

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