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.