Exercise 5 Text

Pagina 1

1 Dipartimento di Energia Politecnico di Milano Piazza Leonardo da Vinci 32 - 20133 MILANO Esercitazioni del corso “FONDAMENTI DI PROCESSI CHIMICI” Prof. Gianpiero Groppi ESERCITAZIONE 5 Calcolo del calore Q da fornire al reattore di Reforming Primario Nello stadio di Reforming Primario avviene la prima reaz ione per la preparazione dei gas di sintesi a partire da gas naturale. Il processo può essere schematizzato secondo le seguenti reazioni: CH4 + H2O  CO + 3 H2 (1) CO + H2O  CO2 + H2 (2) L a r e a z i o n e ( 2 ) è l a r e a z i o n e d i W a t e r G a s S h i f t ( W G S). La reazione (1) è la reazione di reforming del metano con vapore (steam reforming). Si tratta di una reazione significativamente endotermica, che viene condotta in forni dove il calore di reazione necessario è fornito attraverso parete. In un tipico processo, i gas (composizione in tabella) entrano alla temperatura di 550° C ed escono alla temperatura di 800°C. Si chiede di calcolare la composizione di uscita ipotizzando l’equ ilibrio termodinamico. Si chiede inoltre di calcolare la quantità di calore Q da fornire al processo. DATI e IPOTESI: Corrente 1: P = 30 ata T = 550°C Corrente 2: P = 30 ata T = 800°C Ipotesi: Equilibrio termodinamico per entrambe le reazioni Miscela ideale di gas ideali Composizione Portata (Nm 3/h) CH4 22.486 H2O 94.015 2 Risoluzione Le incognite del problema sono la quantità di calore Q da fornire al sistema e la composizione della corrente uscente dal reattore, definita dai gradi di avanzamento 1 e 2 delle reazioni 1 e 2. Per la risoluzione dei bilanci di materia, si sceglie una base pari a 100 mol/h di CH 4 in ingresso. Si può quindi ricavare la composizione della miscel a in uscita dal reattore in funzione di 1 e 2, come segue:    NR j jji in i out i nn 1 ,…