Bilan matière thermique concentration cristallisation Na2CO3
A) Concentration: un évaporateur simple effet concentre 1 tonne par heure de solution aqueuse de carbonate de sodium à 10% en poids, de manière à obtenir une solution à 30% poids de Na2CO3. L'évaporation a lieu à pression atmosphérique par de la vapeur d'eau sous une pression effective de 1.5 bar. Les températures des solutions d'alimentation et de concentrats sont respectivement 20 et 104°C.
1°) Calculer la quantité de solution à 30% obtenue et la quantité d'eau évaporée,
2°) Déterminer la quantité de vapeur et la surface d'échange utilisée, ainsi que l'économie et le chiffre d'évaporation.
Données:
- θeb(Na2CO3,30%)=104°C, vapeur de chauffe θG=127°C, LvG=2178 kJ.kg-1,
- Enthalpies massiques: vapeur d'eau de l'évaporat HV=2675 kJ.kg-1, alimentation hA=54.4 kJ.kg-1, concentrat à 104°C hB=271.7 kJ.kg-1,
- coefficient global de transfert de chaleur Kévap=5016 kJ.h-1.m-2.K-1.
B) Cristallisation: La solution chaude sortant de l'évaporateur est cristallisée par refroidissement à 0°C au moyen d'une saumure de manière à provoquer le dépôt de carbonate de sodium décahydraté.
1°) Calculer la quantité de Na2CO3, 10H2O obtenue, le rendement de cristallisation, ainsi que la quantité de chaleur à éliminer dans l'opération.
2°) Déterminer le débit-masse de saumure à environ 10%, circulant à contre-courant, qui entre à -7°C dans le système réfrigérant et qui en sort à 20°C. Déterminer enfin la surface de réfrigération.
Données:
- solubilité de Na2CO3 à 0°C: 7g/100g d'eau;
- MNa2CO3=106 g.mol-1
- Enthalpies massiques: alimentation à 104°C hB=271.7 kJ.kg-1, cristaux décahydraté à 0°C hC=-301 kJ.kg-1, eaux mères à 0°C hL=-12.5 kJ.kg-1,
- coefficient global de transfert de chaleur Kcrist=710 kJ.h-1.m-2.K-1.
- Capacité calorifique moyenne de la saumure de refroidissement CpS=3.66 J.g-1.K-1.
Schemas de principe avec notations
Correction
Schemas de principe avec réponses
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