Simulazione TDE aa 202223

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1 CORSO DI CHIMICA INDUSTRIALE ESAME del 25/6/2021 (Parte 2/2) – Esercizi ESERCIZIO 1 (15 punti) - CINETICA In letteratura sono stati proposti diverse espressioni per la velocità di combustione di metano. R1 𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟= 𝑘𝑘 𝑃𝑃𝐶𝐶𝐶𝐶4 (1+𝐾𝐾𝑃𝑃𝑂𝑂2) R2 𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟= 𝑘𝑘 𝑃𝑃𝐶𝐶𝐶𝐶4 𝑃𝑃𝑂𝑂2 (1+𝐾𝐾𝑃𝑃𝑂𝑂2) R3 𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟= 𝑘𝑘 𝑃𝑃𝐶𝐶𝐶𝐶4 (1+𝐾𝐾𝑃𝑃𝐶𝐶𝐶𝐶4) Per comprendere quale legge ci netica sia più rappresentativa sono stati effettuati i seguenti test di laboratorio. Sulla base dei risultati giustifica quale delle leggi (R1-R3) è la più adatta a descrivere i dati. (4 pts) PCH4 (atm) PO2 (atm) T [K] rate [mol/s/gcat] 0.01 0.001 523 1.828E-06 0.01 0.005 523 8.476E-06 0.01 0.01 523 1.554E-05 0.01 0.02 523 2.664E-05 0.01 0.05 523 4.662E-05 0.01 0.1 523 6.215E-05 0.005 0.01 523 7.769E-06 0.01 0.01 523 1.554E-05 0.02 0.01 523 3.108E-05 0.05 0.01 523 7.769E-05 Al fine di determinare la cinetica del processo sono stati effettuati dei test aggiuntivi al variare della temperatura. PCH4 (atm) PO2 (atm) T [K] rate [mol/s/gcat] 0.01 0.01 573 4.42312E-05 0.01 0.01 623 0.000106445 0.01 0.01 673 0.000224829 2 Stimare i parametri (k0, Ea, K) rilevanti alla descrizione della velocità di reazione (3 pts), assumendo che : 𝑘𝑘= 𝑘𝑘0 exp � −𝐸𝐸𝐸𝐸 𝑅𝑅𝑅𝑅�, K non dipende dalla T Utilizzare come primo tentativo i seguenti valori (usare le pressioni parziali in bar): k0 = 1.2 e4 K = 3 EA = 35 kJ/mol. Una volta ottenuta la cinetica, considerare un sistema di abbattimento di metano costituito da reattore catalitico tubolare e caratterizzato dalle seguenti proprietà: portate in ingresso [mol/s] N2 O2 CH4 47.5 2 0.5 Temperatura ingresso 623 K Pressione 1 atm Volume reattore 0.01 m3 Carico catalitico 100 g/lit Considerare inoltre le seguenti proprietà: Cp mix 30 J/mol/K DH combustione -802 kJ/mol CH4 Diffusività CH4,mix 8e-5*(T/623)^1.75…