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Chemical Engineering - Termodinamica dell'Ingegneria Chimica
Full exam
T ERMODINAMICA DELL 'INGEGNERIA CHIMICA PROFF . M ASSIMO M ORBIDELLI E RENATO ROTA A PPELLO DEL 10/09/2022 PARTE OBBLIGATORIA (RIPORTARE SU TUTTI I FOGLI IL N UMERO PERSONA ) Come schematizzato nella figura seguente, una corrente liquida 1 contenente una miscela equimolare dei composti A e B viene alimentata (con una portata pari a 300+10α [kmol/h] essendo α l’ ULTIMA cifra del proprio Numero persona ‐ per esempio: Numero persona 10462523 → α=3 → n 1=300+3x10=330 [kmol/h]) a un reattore CSTR per produrre il composto C secondo la reazione # E2$ →%. La corrente liquida 2 uscente dal reattore viene alimentata a un secondo reattore CSTR in cui avviene la stessa reazione; al secondo reattore viene alimentata anche una corrente liquida 3 contenente solo il composto B con una portata molare uguale a quella del composto B alimentata al primo reattore. Entrambi i reattori operano alla temperatura di 300 [K] e alla pressione di 1 [bar] e hanno un volume di 1 [m 3]. La corrente liquida 4 uscente da secondo reattore viene alimentata a un evaporatore che opera alla temperatura di 450 [K] e alla pressione di 1 [bar] per separare (parzialmente) il prodotto di reazione C dai reagenti A e B. Dall’evaporatore escono due correnti: la 5 in fase vapore e la 6 in fase liquida. La corrente 6 viene divisa in due correnti 7 e 8 di pari portata molare; la corrente 8 viene riscaldata in uno scambiatore di calore che fornisce la potenza termica 36 e poi riciclata all’evaporatore (corrente 9). Si chiede di calcolare la potenza termica da fornire allo scambiatore di calore. IPOTESI E DATI I reattori non sono assimilabili a uno stadio di equilibrio, mentre l’evaporatore sì. La velocità di reazione può essere calcolata con la relazione 4 LGT �T�6, con G L10 8 [kmol/(m 3 h)]. Le miscele liquide non sono ideali e i coefficienti di attività si possono calcolare con la relazione di Margules per miscele ternarie: 22 ln iijjikk ijikjkjk Ax A x A A A x x i cui parametri ik kiA A indipendenti dalla temperatura sono: # �� L1; # �� L1.2; # �� L1.5. La fase vapore è assimilabile a un gas perfetto e la correzione di Poynting è trascurabile. La tensione di vapore dei diversi composti in funzione della temperatura può essere calcolata con la relazione di Antoine: HJ k2 �4>>=N? o L # � E �� � >�?>� � A B C o�,�x [J/(mol K)] 82 123 140 o�,�∗ [J/(mol K)] 110 150 200 �� ��� : � ���; [J/mol] 35000 24000 27000 m� 5.00635 4.31609 3.23578 n� -1474.68 -1418.32 -1752.13 o� -43 -62 -38 PARTE FACOLTATIVA (RIPORTARE SU TUTTI I FOGLI IL N UMERO PERSONA ) Utilizzando i dati e le ipotesi della parte obbligatoria, si chiede di calcolare la potenza termica da scambiare allo scambiatore di calore nel caso in cui i due reattori CSTR vengano sostituiti da un reattore PFR di lunghezza 2 [m] e sezione 0.5 [m 2] a cui vengono alimentate congiuntamente le correnti 1 e 3.