2015 03 E

Principi di chimica industriale – Compito scritto 2 – Parte A - 25/03/2015
Considerare un serbatoio in flusso, agitato e riscaldato come nello schema seguente:
Il serbatoio viene riscaldato con vapore surriscaldato ad una temperatura Ts che fluisce in un
serpentino. L'agitazione viene effettuata mediante un agitatore azionato da un motore elettrico.
Scrivere il bilancio termico relativo al sistema in esame e calcolare quanto tempo è necessario per
riscaldare il fluido a 90°C e la temperatura
temperatura massima raggiunta dal fluido. Tracciare un grafico che
riporti l'andamento della temperatura del fluido in funzione del tempo.
Nota: il calore trasferito dal vapore al fluido può essere valutato come q=h*(Ts-T)
q=h*(Ts
Dati per il calcolo
m=5000;
mdot=1000;
h=300;
tref=60;
tin=60;
cp=0.5;
ts=250;
W=1900;
%
%
%
%
%
%
%
%
massa iniziale nel serbatoio
portata massica in ingresso
coefficiente scambio termico
temp. di riferimento
temp. fluido ingresso
calore specifico fluido
temp. del vapore di riscald.
input energia meccanica
kg
kg/h
cal/(h °C)
°C
°C
cal/(kg °C)
°C
cal/h
Soluzione:
Il bilancio termico è costituito dai seguenti termini:
dT
dt
accumulo:
m * cp *
entalpia in ingresso:
mdot * c p (Tin − Tref )
entalpia in uscita:
mdot * c p (T − Tref )
calore fornito dal serpentino:
h * (Ts − T )
input energia meccanica:
W
L'equazione generale di bilancio è quindi:
dT
m * cp *
= mdot * c p (Tin − Tref ) − mdot * c p (T − Tref ) + h * (Ts − T ) + W
dt
Output:
t90 = 1.6400
tmax = 133.6200
140
130
Temperatura (°C)
120
110
100
90
80
70
60
0
5
10
15
Tempo (h)
20
25
30
Principi di chimica industriale – Compito scritto 2 – 25/03/2015 - PARTE B
Esercizio 1
Parte 1
Una miscela binaria ha la composizione del 75% in peso di etanolo, 5% di propanolo e acqua a
bilancio. La sua densità è di 0.877 kg/L. Questa prima soluzione viene miscelata con una seconda
avente composizione 40% in etanolo, 60% acqua con densità 0.952 kg/L.
Si vuole produrre una miscela con il 60% di etanolo.
Risolvere i bilanci di materia necessari per determinare il rapporto volumetrico tra le due correnti
che si devono alimentare al mixer per ottenere la soluzione a concentrazione voluta.
Parte 2
Si vogliono ottenere 500 L/h di un miscela al 50% di etanolo utilizzando le due correnti definite al
punto 1 in ingresso ad un mixer. Calcolare le portate volumetriche e massiche ed il rapporto
volumetrico.
Esercizio 2
Parte 1
Il metanolo viene prodotto dal gas di sintesi (miscela CO e H2) in un reattore continuo che è
alimentato con una miscela dei reagenti con una portata di 20 m3/h a 50 atm e 25°C.
L'alimentazione ha composizione molare: 20% CO, 5% metanolo e idrogeno a bilancio. Il reattore è
raffreddato con una dissipazione termica di 45.5 kW. L'effluente del reattore ha le condizioni di 45
atm e 127 °C. Tenendo conto che le entalpie specifiche dei singoli componenti all'uscita sono,
rispettivamente, CO: 2.99 kJ/mol, H2: 2.943 kJ/mol, metanolo: 5.009 kJ/mol, calcolare la
conversione del CO e la portata volumetrica della corrente uscente.
Parte 2
La corrente effluente viene sottoposta a flash isotermo producendo una corrente di liquido e di
vapore. Considerando che le k di equilibrio liquido vapore valgono, rispettivamente, CO: 8, H2: 12,
metanolo: 0.1, calcolare composizione e portata molare delle due correnti uscenti dal flash.
Esercizio 1
Soluzione:
Parte 1: Rapporto volumetrico V75/V40=1.447 L/L
Parte 2: Rapporto volumetrico V75/V40=0.434 L/L
Esercizio 2
Soluzione
Parte 1: conversione 0.354, portata uscente 21.9 m3/h
Parte 2: V/F=0.912, L=2654 mol/h, V=27382 mol/h