SIK2501 Prosessteknikk Konte-eksamen 6. august Løsningsforslag. = = p. Gassens volum er i utgangspunktet: F A. k A

Transkript

1 SIK Prosessteni Konte-esamen 6. august 999 Løsningsforslag Ogae. (%) Gassens olum er i utgangsuntet: RT En raftbalanse gir at ( l l) For l l er Pa. F 8. J mol K 98 K.78 m Pa a) Konstant olum. Fjæra strees. m mens stemelet holdes i ro. Det gir N m l l Pa l l. m 6.m V RT T 6 Pa T 98 K 79 K R R Pa ( ) ( ) Pa b) Konstant try. Da må l l, ds stemelet forsyer seg. m sli at olumet øer.. m.m.78 m Pa.78 m T R 8. J mol K c) Isoterm. 7 K

2 RT ( x) N m.m ( l l) ( x) ( x. m) ( x) N m ( x) N m. m.m x.79 m RT. m x. m.78 m.78 m.79 m.m.68 m 8. J mol K 98 K.68 m Pa.m 7.8 Pa. m N m x Ogae. (%) (a) Føde: Kjenner alt (OK) Reator: uahengig reasjon, ds. trenger olysning (NB!!) Searator: Gitt at det er erfet searasjon for og B. Også gitt data for hordan N fordeles (OK) Slitter: Gitt slittfrasjon (OK) Konlusjon: Trenger olysning og har gitt mengde strøm 7 så det sulle ære OK (b) Det må ære føden til reatoren (strøm ) som har mest fordi både føde og resirulert inneholder (c) Balanser oer hele rosessen (Inn Ut7 Ut).. Totalbalanse (mer at totalt antall mol er onserert) n n - n7-88 mol/s (totalt antall mol i strøm ). - Ds. nb.99* mol/s (B i strøm ). - Ds. nn.*88.88 mol/s (inert i strøm ).. Inertbalanse n7n nn - nn mol/s (inert i strøm 7) - Da er n7 n7 - n7n mol/s ( i strøm 7) (d) Strøm og 6 har samme sammensetning som strøm. Vi har n7. n n6.96 n ds. n6 (.96/.) n7 n7 88 mol/s

3 ds. n6 n7 7. mol/s ( i strøm 6) n6n n7n.88 mol/s (N i strøm 6) Strøm blir da: n mol/s nn mol/s n 88. mol/s ds. frasjonen inert i føden til reatoren er.88/88..89% Kommentar: Som estraogae an du gjerne regne ut omsetningsgraden og reasjonsomfanget for omonent. Ogae. (%) (a) Ved å brue de st\o iometrise oeffisienter får i da at standard reasjonsentali er (-9.).(-8.8).\cdot -.7\cdot - x - 7. Her er x er dannelsesarmen for etyla (l) ed 98 K som i finner er li -7. J/mol. I SI Chemical data finner i ed 98K at dannelsesarmen for etyla (g) er -6 J/mol og at fordamningsarmen er J/mol. Dette gir at dannelsesarmen for etyla (l) er J/mol (som aier en del fra erdien funnet oer; jeg ille no stole mest å SI Chemical Data). (b) Forbrenningsreasjonen er: HCOOCH(l) O_(g) CO_(g) H_ O(l) Dette gir dannelsesarme (-79. J/mol) mens SI Data gir (-87 J/mol). Ogae. (%) (a) (T/T) (/)^(R/C) ^..668 ds. T. K og Ws n C (T-T) n C T (T/T - ) *7.* (.668) 77. J/s (b) Trystigningen i hert trinn er ut/inn^(/).6. Det blir samme temeraturstigning i hert a de to trinnene T/T Tut/Tinn (ut/inn)^(r/c).6^..9 ds. T9. K og Ws * n C T (Tut/Tinn - ) **7.* (.9) 66.8 J/s (c) Trystigningen i hert trinn er ut/inn^(/).. Det blir samme temeraturstigning i hert a de trinnene og T/T Tut/Tinn (ut/inn)^(r/c).^.. og Ws * n C T (Tut/Tinn - ) **7.* (.) 9. J/s (d) For isoterm omresjon a ideell gass er Ws n RT ln (P/) *8.**ln() 79.8 J/s Kommentar: Som forentet ser i at adiabatis omresjon med mange trinn nærmer seg isoterm omresjon.

4 (e) Reell gass. Fra energibalansen er H-H Ws Q der for en reersibel isoterm rosess Q T(S-S). Ds. i har Ws H-H - Q H-H - T(S-S). Vi aleser fra diagrammet H6 J/g, S6.66 J/g K H J/g, S. J/g K Vi får da Ws -6 - *(.6) J/g Moleten a ammonia er ca. 7 g/mol, ds. massestrømmen er m mol/s * 7g/mol.7 g/s og i får da Ws.7*.8 e J/s 7 J/s som stemmer ganse bra med det i fant for ideell gass. (f) lternati rosess:. ajøle gassen og ondensere ed bar. ume æsen fra bar til bar. arme o og fordame ed bar Pumearbeidet er for inomressiblet fluid gitt som Ws V*() m*()/rho.7*(-9)e / 8.9 J/s som er ca. % a omresjonsarbeidet Ulemen med denne rosessen er at i må ondensere ammonia ed ca. -C (som er oeuntet for ammonia ed bar) og i må deretter fordame ammonia ed ca. C (oeunt ed bar). Sesielt il det ære ostbart (og ree mye arbeide) å få ta i jøling ed -C (Et unnta an ære Nordolen, men her er tilgangen å arme ed C et roblem) Ogae. (%) a) Molbalanseligningen for batch-reator (utledning : se omendium) gir at t N d d C r V r innfører hastighetsligningen t C C C t C Innsatt tall d C ( ), d C ( ) [ ] ln gir,7. Setter inn for, og finner tiden t: d

5 t ln gir t 9,7., ln(,7 ), b) Massebalansen for PFR (utledning: se om.) gir d V F r r C hor,7 Vi har (onstant tetthet) dm mol F C dm og V F r C m mol C ( ) mol Innfører tv/, (oholdstid) m τ, m nalogi med batch-reatoren (onstant olum i batch sarer til onstant tetthet i PFR) gir dermed τ ln ) τ ln τ e som gir at τ e τ e innsatt :,7 e,7 e,98 ( %)