Chemical Engineering - Termodinamica dell'Ingegneria Chimica

Full exam

  T ERMODINAMICA DELL 'INGEGNERIA  CHIMICA    PROFF . M ASSIMO  M ORBIDELLI E  RENATO  ROTA   A PPELLO DEL  23/06/2022  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 200+10α [kmol/h] essendo α  l’ ULTIMA  cifra del proprio  Numero persona ‐ per esempio: Numero persona 10462523 → α=3 → n 1=200+3x10=230 [kmol/h]) a un  reattore chimico per produrre il composto C secondo la reazione (sufficiente a caratterizzare la stechiometria  del sistema) ������ E2������ →������. Allo stesso reattore viene alimentata una corrente liquida 2 contenente un solvente  S col compito di estrarre il prodotto C dalla miscela di reazione. Dal reattore escono due correnti liquide: la 4  contenente il solvente S e il composto C, e la 3 contenente i composti A, B e  C. La corrente 4 viene divisa in  due correnti 5 e 6 di pari portata molare; la corrente 5 viene riscaldata in uno scambiatore di calore che  fornisce la potenza termica ������6  e poi riciclata al reattore (corrente 7).   Le correnti 1 e 2 si trovano alla temperatura T 1=T 2=27 [°C], mentre le correnti 3 e 4 si trovano alla temperatura  T 3=T 4=127 [°C]. Tutte le correnti si trovano alla pressione di 2 [bar]. Si chiede di calcolare la portata di solvente  da alimentare al reattore affinché la frazione molare del composto C nella corrente 3 sia pari a 0.06.    IPOTESI E DATI    Il reattore è assimilabile a uno stadio di equilibrio.   Le miscele non sono ideali e i coefficienti di attività si possono calcolare con la relazione di Margules  per miscele ternarie (che si riduce al modello per miscele binarie ponendo x j=0):   22 ln iijjikk ijikjkjk Ax A x A A A x x     utilizzando i seguenti parametri  ik kiAA costanti con la  temperatura: ������ �� L1.0;  ������ �� L1.0;  ������ �� L2.75;  ������ �� L2.0 .   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: ������������������ 54 k�������4>������������������������? o L ������ � E � � � >�?>� �    A B C S ������������,������������ [J/(mol K)] 82.3 123.5 140.6 75.4 ������������ ������,������������������ :������������������������,������ ������������������; [cal/mol] -57040 -116200 -121700 -68320 ������������ ������,������������∗ :������������������.������������������,������ ������������������; [cal/mol]  -14000 -20000 -54000 -71000 ������������ 7.87863 7.18807 7.20211 8.10765 ������������ -1473.11 -1416.70 -1232.83 -1750.29 ������������ 230 211 228 235   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.