aplicatii bazele ingineriei chimice
TRANSCRIPT
Aplicatii Bazele Ingineriei Chimice
Sa se verifice omogenitatea dimensional a ecuaiei de bilan termic a reactorului cu recirculaie (R) exoterm:
HR,A entalpia de reacie, J(mol-1;
V volumul util al reactorului, m3;
rA viteza de reacie, mol(m-3(s-1;
Gm debitul masic, kg(s-1;
cp caldura specific a amestecului de reacie, J(kg-1(K-1;
KT coeficientul total de transfer termic, W(m-2(K-1;
ST aria suprafeei de transfer termic, m2;
T temperatura de reacie, K;
T0 temperatura de alimentare, K;
- temperatura medie a agentului de rcire, K.
Rezolvare
La polimerizarea radicalic a stirenului, constanta cinetic a reaciei de propagare se calculeaz din ecuaia:
S se determine unitile de msur ale factorului preexponenial i energiei de activare.
Rezolvare
S se determine forma general a ecuaiei pentru calculul diametrului bulelor de gaz imersat ntr-un lichid (problema Benzing).
Mrimile fizice i constantele dimensionale care caracterizeaz fenomenul sunt: diametrul bulei D, diametrul orificiului tubului d, densitatea lichidului (, viscozitatea dinamic a lichidului (, tensiunea superficial a lichidului la contactul cu gazul (s, acceleraia gravitaional g.
Se va utiliza teorema (.
Rezolvare
Mrime fizicU.M.Formula dimensional
(kgm-3ML-3
gms-2LT-2
DmL
(sN(m-1 = kgs-2MT-2
(kgm-1s-1ML-1T-1
n = 6; k = 3; n k = 3.
Se aleg ca mrimi comune: d, (, g.
L
1 + x1 - 3y1 + z1 = 0
M
y1 = 0
T- 2z1 = 0
x1 = - 1; y1 = 0; z1 = 0L
x2 - 3y2 + z2 = 0
M
y2 + 1 = 0
T-2 - 2z2 = 0
x2 = - 2; y2 = - 1; z2 = -1L
1 + x3 - 3y3 + z3 = 0
M
1 + y3 = 0
T- 1 - 2z3 = 0
x3 = - 3/2 ; y3 = - 1; z3 = -1/2
Un grup adimensional echivalent cu (3 este:
S se determine forma general a ecuaiei pentru calculul puterii de regim necesare pentru rotirea unui agitator N, cunoscnd c ea depinde de diametrul cercului descris de agitator d, turaia n, densitatea lichidului ( i viscozitatea dinamic a lichidului (.
Se va aplica metoda Rayleigh
Rezolvare
Mrime fizicU.M.Formula dimensional
Nkgm2s-3ML2T-3
dmL
ns-1T-1
(kgm-3ML-3
(kgm-1s-1ML-1T-1
M
u + z = 1
L
x - 3u - z = 2
T- y - z = -3
Sistemul de ecuaii fiind nedeterminat, se exprim x, y i u n funcie de z:
x = 5 2z; y = 3 z; u = 1 z;
M
z2 = 1
L
y2 3z2 = -1
T- x2 = -1
x2 = 1; y2 = 2; z2 = 1;
Forma general a ecuaiei:
Un amestec gazos avnd compoziia (%mol): 26% H2, 60% CH4 i 14% C2H4 se gsete la T=30(C i p=20atm. Considernd componentele amestecului, gaze ideale s se determine densitatea amestecului i compoziia acestuia exprimat ca fraii masice i sub form de concentraii molare.
Rezolvare
Notaii
A H2 B CH4
C C2H4
Se consider un amestec lichid avnd compoziia (%mol): 30% aceton, 20% tetraclorura de carbon i 50% benzen. tiind c amestecarea nu decurge cu variaie de volum, s se calculeze densitatea amestecului.
Rezolvare
Notaii
A acetona B tetraclorura de carbon
C benzen
ntr-o instalaie de evaporare compus din dou trepte, cu circulaia aburului secundar n contracurent, se concentreaz un debit de 1000kg/h soluie apoas de KOH 8%. Concentraia soluiei rezultate la ieirea din instalaie este de 40%. tiind c debitul de vapori produs n cel de-al doilea evaporator este cu 10% mai mare dect cel din primul evaporator, s se stabileasc bilanul de materiale al instalaiei de evaporare.
Rezolvare
Din bilanurile pe ntreaga instalaie:
Din bilanurile pe evaporatorul I:
Verificarea se poate face utiliznd una dintre ecuaiile de bilan de materiale pentru evaporatorul II. De exemplu:
ntr-un proces de fabricaie a sucurilor de fructe, se utilizeaz suc cu concentraia 12%. Datorit faptului c la evaporare se pierd din compuii volatili, o parte din sucul proaspt este trecut pe un traseu de ocolire (by-pass) a evaporatorului. Concentraia la ieirea din evaporator este de 58%. tiind c sucul rezultat din instalaie trebuie s aib concentraia de 42%, s se determine debitul de suc obinut, considernd c se alimenteaz 500kg/h suc proaspt i fracia de by-pass.
Rezolvare
Bilanul general de materiale n punctul M:
Pentru evaporator:
Bilanul de materiale n punctul N:
Un amestec binar format din componenii A i B, este prelucrat n instalaia reprezentat mai jos.
Se cunosc:
S se stabileasc bilanul de materiale al instalaiei
Rezolvare
Ecuaiile de bilan de materiale pe instalaie:
Pentru unitatea I:
n punctul de amestecare a debitelor Gm,3 i Gm,4:
ntr-o instalaie de cracare n care se prelucreaz 3000kg/h hidrocarburi, reyult printre produsele de cracare 1,3% cocs. Cocsul format conine 94% C i 6% H2.
n reactorul de regenerare a catalizatorului, se realizeaz arderea total a cocsului intr-un amestec gazos, avnd compoziia 5% O2 i 95% N2. n urma arderii, 85% din carbonul coninut n cocs se transform n CO2 i 15% n CO.
S se stabileasc bilanul de materiale al regenerrii catalizatorului.
Rezolvare
Reaciile care au loc la arderea cocsului:
Debitul amestecului gazos:
Materiale intrateDebit, kg/hMateriale ieiteDebit, kg/h
C36,66CO2114,257
H22,34CO12,831
O2109,15H2O21,060
N22073,85N22073,85
TOTAL2222TOTAL2222
ntr-un schimbtor de cldur se rcete un debit de 5000 kg/h amestec coninnd 45% benzen i 55% acid acetic, de la 75(C pn la 28(C. tiind c pentru rcire se utilizeaz 4500 kg/h ap disponibil la 12(C, s se calculeze temperatura de ieire a apei din aparat.
Rezolvare
Cldurile specifice ale benzenului si a acidului acetic sunt:
Ecuaia de bilan termic:
ntr-un schimbtor de cldur se rcete un debit de 200 kmol/h aer de la temperatura de 30(C la 90(C. Ca agent termic se utilizeaz abur saturat uscat cu temperatura de 130(C.
S se calculeze debitul de abur necesar, dac din aparat se evacueaz condens la temperatura de 110(C.
Rezolvare
Cldura molar a aerului:
cldura specifica medie a condensului ;
diferena dintre temperatura de condensare i temperatura de ieire a condensului;
Debitul de abur necesar funcionrii schimbului de cldur:
ntr-un schimbtor de cldur se nclzete un debit de 2500 kg/h soluie de la temperatura 15(C pn la temperatura de 60(C. tiind ca pentru nclzire se utilizeaz 150 kg/h abur saturat uscat cu p = 2 at, s se determine pierderile de cldur ale schimbtorului de cldur.
Cldura specific medie a soluiei este 2800 J/kg(K.
RezolvareEcuaia de bilan termic:
debitul termic disipat sub form de pierderi
ntr-un evaporator se concentreaz un debit de 2400 kg/h soluie apoas cu concentraia 12% pn la concentraia 32%. Temperatura de fierbere a soluiei n evaporator este de 115(C. Vaporii formai sunt condensai ntr-un condensator de suprafa n care se utilizeaz un debit de 32m2/h ap la temperatura 15(C.
S se calculeze temperatura de ieire a apei din condensator.
Rezolvare
Se scrie ecuaia de bilan termic a condensatorului:
ntr-un evaporator se concentreaz o soluie apoas de la 12% pn la 28%. Debitul soluiei diluate alimentate n aparat este de 2240 kg/h. Temperatura de alimentare a soluiei este de 70(C. Cldura specific a soluiei diluate este 3700 J/kg(K.
Pentru nclzire se utilizeaz abur saturat uscat cu T = 135(C.
tiind c pierderile de cldur ale evaporatorului sunt de 20000W, s se calculeze debitul de abur primar necesar.
Rezolvare
Din ecuaiile de bilan de materiale:
240 = Gm,2 + Gm,3
2240(0,125 =( Gm,3 ( 0,28
Rezult:Gm,2 = 1240 kg/h
Gm,2 = 1000 kg/hDin ecuaia de bilan termic a evaporatorului:
S se determine debitul de ap necesar n condensatorul barometric final al unei instalaii de evaporare cu efect multiplu, tiind c se condenseaz un debit de vapori de 2 kg/s la presiunea de 0,2 at i se dispune de ap cu temperatura de 28(C. Apa se evacueaz din condensator la temperatura de condensare.
Rezolvare
Din debitul termic al condensatorului barometric rezult:
ntr-o coloana de rectificare, se fracioneaz la presiunea atmosferic un debit de 100 kmol/h metanol-ap, coninnd 40% metanol. Concentraiile metanolului n distilat i reziduu sunt de 95% mol i respectiv 3% mol.
Cifra de reflux: .
Temperatura la vrful coloanei : TD = 65(C.
n fierbtorul coloanei se utilizeaz abur saturat uscat cu T = 130(C.
S se calculeze debitul de abur din fierbtorul coloanei i consumul specific de abur necesar realizrii operaiei de rectificare. Rezolvare
Din ecuaiile de bilan de materiale:
Se consider un usctor pentru care se cunosc urmtoarele date:
debitul de material umed care intr n usctor: 1000 kg/h
umiditatea iniial a materialului: 40%
umiditatea final a materialului: 10%
temperatura materialului care intr n usctor: 15C
temperatura materialului care iese din usctor: 45C
caracteristicile aerului la intrarea n calorifer: T0=15C, 0=70%
caracteristicile aerului la ieirea din usctor: T2=45C, 2=60%
masa transportorului de oel: 900 kg
cldura specific a oelului: 500 J/(kgK)
cldura specific a materialului: 2500 J/(kgK)
Pierderile de cldur ale usctorului se estimeaz la 2%.
S se calculeze consumul de cldur n usctor, presiunea aburului de nclzire i consumul de abur.
Rezolvare
Din diagrama H-x:
Debitul de aer necesar funcionrii usctorului:
Ecuaia de bilan termic a usctorului:
Din diagrama H-x:
Propunnd o diferen ntre temperatura aburului de nclzire i temperatura aerului la ieirea din calorifer de 15K:
Debitul de abur:
EMBED Equation.3
EMBED Visio.Drawing.11
EMBED Visio.Drawing.11
EMBED Unknown
EMBED Visio.Drawing.4
EMBED Equation.3
_1254909140.unknown
_1270548313.unknown
_1272961803.unknown
_1273304773.unknown
_1273305911.unknown
_1273923640.unknown
_1273948507.unknown
_1273950097.unknown
_1273950497.unknown
_1273949865.unknown
_1273949822.unknown
_1273948016.unknown
_1273948255.unknown
_1273924116.unknown
_1273312450.unknown
_1273312920.vsd
_1273313283.vsdGm,1,Q1, h1, T1
Gm,2, Q2, h"2, T2
Gm,3, Q3, h'3, T3
Gm,0, Q'0, h'0
wA,1
wA,3
Gm,0, Q"0, h"0
Q5
Q4
_1273312517.unknown
_1273306624.unknown
_1273306993.unknown
_1273306253.unknown
_1273305065.unknown
_1273305499.unknown
_1273304935.unknown
_1273051033.unknown
_1273052298.unknown
_1273052312.unknown
_1273051047.unknown
_1273040182.unknown
_1273046457.unknown
_1273051019.unknown
_1273046300.unknown
_1273040145.unknown
_1270549791.unknown
_1272959325.unknown
_1272961616.unknown
_1270631249.unknown
_1270549503.unknown
_1270549637.unknown
_1270549201.unknown
_1270373191.unknown
_1270376531.unknown
_1270535221.unknown
_1270546667.unknown
_1270547915.unknown
_1270535479.unknown
_1270535761.unknown
_1270384237.unknown
_1270385407.unknown
_1270384040.unknown
_1270375573.unknown
_1270375956.unknown
_1270373483.unknown
_1269622509.unknown
_1270372866.unknown
_1270373157.unknown
_1270372756.vsdw3
w2
Gm,2
Gm,0
Gm,1
Gm,4
Gm,5
w0
w1
M
w4
w5
N
Gm,3
_1270372796.unknown
_1269679821.vsdI
Gm,3
wA,2
Gm,0
Gm,1
Gm,4
Gm,5
wA,6
wA,1
II
wA,7
Gm,2
wA,3
wA,5
wA,4
_1269621918.unknown
_1269622186.unknown
_1254909177.unknown
_1269621819.unknown
_1254893483.unknown
_1254895006.unknown
_1254908861.unknown
_1254909000.unknown
_1254907948.unknown
_1254894709.unknown
_1254894784.unknown
_1254893496.unknown
_1254815440.vsdD
d
_1254891775.unknown
_1254893471.unknown
_1254890011.unknown
_1254548672.unknown
_1254637417.unknown
_1254638887.unknown
_1254720513.unknown
_1254720602.unknown
_1254638153.unknown
_1254552412.unknown
_1254554125.unknown
_1254548684.unknown
_1254547834.unknown
_1254547890.unknown
_1254547686.unknown