Chemical Engineering - Termodinamica dell'Ingegneria Chimica

Full exam

  T ERMODINAMICA DELL 'INGEGNERIA  CHIMICA    PROF . RENATO  ROTA   A PPELLO DEL  10/02/2022  PARTE OBBLIGATORIA  (RIPORTARE SU TUTTI I FOGLI IL  N UMERO PERSONA )  Come schematizzato nella figura seguente, un 1 [kg/s] di ossido di ferro (FeO) solido (corrente (1)) viene ridotto con una  corrente  gassosa  (4)  contenente il 50%  in moli  di  idrogeno  e  il 50% in moli di monossido di carbonio. La portata della  corrente  (4)  è  pari  a J6 8 L20+α  [mol/s],  essendo � l’ultima cifra del proprio Numero persona; per esempio: Numero  persona = 10462532  � L2   J6 8 L22 [mol/s]. Dal reattore escono una corrente gassosa (2) contenente l’idrogeno  e il monossido di carbonio non reagiti, oltre ad anidride carbonica e acqua, e una corrente solida (3) contenente l’ossido  di ferro non convertito e il ferro prodotto. Tutte le correnti si trovano alla temperatura di 700 [°C] e alla pressione di 1.1  [bar].      Si chiede di calcolare la quantità, in [kg/h], di ferro prodotto approssimando l’apparecchiatura a uno stadio di equilibrio.  IPOTESI E DATI    Si considerino l’ossido di ferro e il ferro solidi immiscibili.   Si assuma la fase gassosa assimilabile a una miscela ideale, ma non a un gas perfetto.   Si utilizzi l’EoS RKS.   Sono noti i valori delle costanti di equilibrio a 700 [°C] (riferimento: gas perfetto puro alla T del sistema e a  P=1 [bar] per i composti in fase gassosa; solido puro alla T del sistema e a P=1 [bar] per i composti in fase  solida) delle seguenti reazioni:  (A1 � E* 6�↔(A � E* 61� - 5 L0.43  (A1 � E%1 �↔(A � E%1 6� - 6 L0.66   Si calcoli la tensione di vapore dell’acqua con la relazione:   HKC 54:2° >PKNN?; L 8,10765 F 1759,29/:6 >°%? E 235;    Costante di Henry [bar]  Peso formula [g/mol] T c [°C] P c [bar] Fattore acentrico [‐] Ossido di ferro    71.8   Ferro    55.8   Idrogeno  7.6 10 4  2 ‐240 13.03  ‐0.21 Monossido di carbonio  4.9 10 4  28 ‐140 34.44  0.048 Anidride carbonica  3.2 10 3  44 31.06 72.93  0.225 Acqua    18 374 216.5  0.343 PARTE FACOLTATIVA  (RIPORTARE SU TUTTI I FOGLI IL  N UMERO PERSONA )  La corrente gassosa (2) viene raffreddata a pressione costante per separare l’acqua in fase liquida. Si calcoli, assumendo  la miscela liquida ideale, la temperatura a cui inizia a separarsi dalla fase gassosa l’acqua in fase liquida.