Chemical Engineering - Termodinamica dell'Ingegneria Chimica

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TERMODINAMICA DELL ’INGEGNERIA CHIMICA PROFF . M ASSIMO M ORBIDELLI E RENATO ROTA APPELLO DEL 25/07/2022 PARTE OBBLIGATORIA (RIPORTARE SU TUTTI I FOGLI IL NUMERO PERSONA ) Come schematizzato nella figura seguente, una corrente liquida 1 alla temperatura ������1= 329 [������] e alla pressione �1= 5 [��� ] contenente il solo composto A viene alimentata (con una portata pari a 3.5+ ������ 10 [��� /�], essendo α l’ULTIMA cifra del proprio numero persona – per esempio , nel caso di numero persona 10500382 → ������= 2→ �1= 3.5+ 2 10 = 3.7 [��� /�]) a un reattore chimico catalitico nel quale avviene la seguente reazione chimica (sufficiente a caratterizzare la stechiometria del sistema): 2� → �+ �. Il reattore lavora alla temperatura ������������= ������2= ������3= 210 [������] e alla pressione �������= �2= �3= 5 [��� ], e dal reattore escono due correnti: una solida (corrente 2) contenente il solo prodotto B e una liquida (corrente 3) contenente una miscela dei componenti A, B, e C. La corrente 3 viene successivamente inviata ad una unità di flash che lavo ra alla temperatura ������������= ������4= ������5= 412 + ������ 4 [������] (essendo α l’ ULTIMA cifra del proprio numero persona – per esempio, nel caso di numero persona 10500382 → ������= 2→ ������������= ������4= ������5= 412 + 2 4= 412 .5 [������]), e alla pressione �������= �4= �5= 1 [��� ]. Dal flash escono due correnti: una liquida (corrente 4) e una vapore (corrente 5) , entrambe contenenti tutti i composti A, B, e C. Sia il reattore sia il flash non sono adiabatici e scambiano con l’esterno rispettivamente le potenze termiche ������̇1 e ������̇2. Si chiede d i calcolare le potenze termiche scambiat e al reattore (������̇1) e al flash (������̇2). IPOTESI E DATI • Il reattore e il flash sono entrambi assimilabili a stadi di e quilibrio • Nell’unità di flash non avviene alcuna reazione chimica , non essendo presente alcun catalizzatore.  Le miscele liquide non sono ideali e i coefficienti di attività si calcolano con il modello di Wilson, con  tutti i parametri costanti con la temperatura:   ln: � �; L1 FlnL �T �9�� � �@5M F �FT �9�� ∑ T �9�� � �@5 G � �@5    La fase vapore è assimilabile ad 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: log 54 kL �4>>=N? o L # � F$ �/:6>-? E % �;    I calori specifici dei composti in fase vapore si calcolano come %L �B � ��� � C L= � E> �6 > -? , mentre i  calori specifici dei liquidi e dei solidi sono da considerarsi indipendenti dalla temperatura   Le proprietà dei liquidi e dei solidi sono da considerarsi indipendenti dalla pressione    ‐ A  B  C  m� 4.23607  3.10016  4.426549  n� 1463.218  1474.403  1478.221  o� ‐57.991  ‐55.377  ‐49.988  �� � ��∗ : � � � > w? , � >���?; > v/���? 1000  3200  ‐800  �� 20.3  43.5  127.1  �� 0.21  0.17  0.24  ���� : � >���?; > w?  ‐  298  ‐  ���: � >���?; > w?  380  494  326  �� � ������� :� � ��� : � >���?; > v/���? ‐  17120  ‐  o� � ������� >v/���/w? 39.4  44.5  145.9  o� � ������ >v/���/w? ‐  56.2  ‐  �� � ������������ :� ��: � >���?; > w? ;> v/���? 40800  29000  20000  �� � ��x : � � � > w? , � >���?; > v/���? ‐23000  ‐43900  ‐7000    Parametri del modello di Wilson per i coefficienti di attività  ‐  A  B  C  A 1  0.8232  2.5364  B 1.1021  1  0.4432  C 2.3588  1.5537  1      PARTE FACOLTATIVA  (RIPORTARE SU TUTTI I FOGLI IL  N UMERO PERSONA )  Mantenendo  tutti  i  dati  e  le  ipotesi  uguali  a  quelli  utilizzati  nella  parte  obbligatoria,  si  chiede  di  calcolare  la  pressione  a  cui  dovrebbe  lavorare  il  flash  perché si  abbia  almeno  l’83%  in  moli  del  composto C nella corrente vapore in uscita dal flash (la corrente 5 nello schema).