6 høgskolen i oslo. Emne: Emnekode: Kjem~knikk. Faglig veileder Sturla Rolfsen Eksamenstid: I Kl Antall vedlegg: 2. LO 406K Gruppe(r):

Transkript

1 I : F 6 høgsklen i sl Emne: Emnekde: Kemknikk LO 406K Gruppe(r): Dat: 2KA Eksamensppgaven Antall sider (inkl. Antall ppgaver: består av: frsidt 4 4 Tillatte helpemidler: Fnnelsamling g ntasn i Kemiteknikk Kalkulatr Faglig veileder Sturla Rlfsen Eksamenstid: I Kl Antall vedlegg: 2 Kandidaten må selv kntrllere at ppgavesettet er fullstendig. Ved eventuelle uklarheter i ppgaveteksten skal du redegøre fr de frutsetninger du legger til grunn fr løsningen. Studieleders/ agkrdinatrs Ḻ 1 Avdeling fr ingeniørutdanning. COrt Adelersgate Osk>. df: faks: iu@hi.n

2 Høgsklen i Osl Avd. fr ingeniørutdanning Eksamen i Kemiteknikk Oppgave 1 (15 /.) I en næringsrniddelbedrift skal en væskeblanding pumpes fra en lagertank til en brukstank. Lagertanken er åpen til atmsfær mens brukstanken er lukket g har et vertrykk på l bar (1 bar). Væskenivået i brukstanken ligger 7 m høyere enn væskenivået i lagertanken. Vlumstrørnmen av væsken skal være 30 m3/h. Rørledningen er 65 m lang, er laget av alminnelig stål (e = 0,05 mm), med innvendig diameter = 80 mm. På ledningen er det mntert 4 stykker 90 standard albuer, 1 fullt åpen sluseventil g l måleblende. Rør utgang fra lagertanken g rør inngang til brukstanken kan regnes sm henhldsvis skarpkantet tverrsnittsreduksn g skarpkantetverrsnittsøkning. Friksnstapet ver blenden er ppgitt til Pa. Væskens tetthet = 900 kg/m) g visksiteten er 1,19 P. Sett pp en enkel skisse av prsessen g vis hvr referansepunktene velges. Beregn den nødvendige løftehøyden til purnpen i meter væskesøyle (mvs). Oppgave 2 (30 %) 10 kg/h av en etanlvann blanding skal destilleres til et destillat på 90 vek/ etanl g et bunnprdukt på 5 vekt% etanl. Fødingen innehlder 25 vekt% etanl g har en temperatur inn på 30 C. Cp fr vann settes lik 4,19 kj/kg. K g fr etanl 3,17 kj/kg. K. Frdampningsentalpien fr vann g etanl i temperaturmrådet C kan settes lik 2300 kj/kg fr vann g lik 840 kj/kg fr etanl. Man skal køre med et tilbakeløpsfrhld R = 2,5. Mlmassen til etanl g vann er henhldsvis 46 kg/krnl g 18 kg/krnl. Likevektsdata fr etanvvann er gitt i vedlegg 1 g 2. Trykket i klnnen kan settes lik l bar g etanl vann dampen kan betraktes sm en ideell gass. Temperaturen i tppen av klnnen kan settes lik duggpunktet fr dampsammensetningen sm frlater det øverste trinn. a. Beregn antall teretiske separasnstrinn (antall trinn fra diagrammet etter MCabe Thieles metde) sm er nødvendig fr separasnen. b. Hvilket reelt trinn (plate) bør fødingen føres inn på dersm platevirkningsgraden 11 =0,7?. Beregn mengde destillat g bunnprdukt i kml/h. d. Beregn klnnens diameter når dampens hastighet øverst i klnnen skal være 0,10 mls. e. Beregn Rmin ut fra sammensetningen på 90 vekt% etanl i destillatet. 2

3 Høgsklen i Osl Avd. fr ingeniørutdanning Eksamen i Kemiteknikk Oppgave 3 (35 %) En væskeblanding A fia en prsess skal avkøles fia 98 C til 35 C i en mangerørs vamleveksler. Det benyttes vann sm kølemediwn. Vannet kmmer inn ved 14 C g går ut ved 20 C g det må benyttes en kølevannsmengde på 30,6 m3/h. Vannet går på rørsiden g i mtstrøm med væskeblandingen A. Den gennmsnittlige vannekapasitet fr væskeblandingen A, A) = 2000 J/kg K. Varmevergangstallet på kappesiden, hy, er 900 W I m2 K. Rørene er av syrefast stål med vamleledningskeffisient k = 20 W 1m K, ytre diameter er 28 mm g indre diameter 22 mm. Vannets lineære hastighet i rørene er 1.4 mls. Vannets varmekapasitet er 4.19 kj/kg K, tetthet 1000 kgl m3, visksitet 1 P g vamleledningskeffisient 0.59 W 1m. K. a. Beregn massestrømmen av væskeblandingen A i kg/h når det frutsettes at avgitt varme fra blandingen A er lik mttatt varme fra kølevannet g at det ikke er ne varmetap til mgivelsene. b. Hvr strt blir varmevergangstallet, hi, ved den indre rørverflaten?. Beregn varmegennmgangstallet, Vi, basert på rørenes indre verflate. d. Beregn det indre areal, Ai. e. Beregn antall rør vanneveksleren må ha. f. Hva blir lengden av hvert rør? 3

4 Høgsklen i Osl Avd. fr ingeniørutdanning Eksamen i Kemiteknikk Oppgave 4 (20 %) Svar på 6 av følgende 10 delspørsmål (a..): 8. Sett pp Bemullis ligning på 2 frmer fr væske sm pmnpes i et rørsystem sm gir de ulike leddene benevnelsen: il mvs (meter væskesøyle) Pa b. Hva benyttes en måleblende til?. Beskriv krt funksnsprinsippet fr en hydrsykln. d. Hvrfr gir mtstrømsvarmeveksling bedre varmetransprt i frhld til e. f. g. h medstrømsvarmeveksling ved en gitt temperatur av væskene inn i g ut av varmeveksleren? Hva er frskellen på ml fraksn g mlfrhld sm bl.a. benyttes ved beregninger i henhldsvis destillasn g absrpsn? Hvrdan skal qlinen trekkes ut fra diagnalen i et likevektsdiagram når fødingen fr en binær blanding kmmer inn sm væske ved kkepunktet. Begrunn svaret. I destillasnsppgaven på labratriet ble åt fr kølevannet beregnet ut fra antakelsen m at all energi fra kndenserende damp ble verført til kølevannet. Sett pp uttrykket fr denne energibalansen g vis betegnelse g benevning fr hver parameter sm inngår i uttrykket. Vis grafisk hvrdan man finner prsent abslutt fuktighet i luft ved bruk av et våtkuletennmeter hvr t temperaturer O. g Ohaft kan avleses. Tegn en skisse ver en prsess fr luftkndisnering g vis grafisk hvrdan prsessen vil fremgå i et fuktighetsdiagram (en enkel skisse er nk). Sett pp uttrykket fr beregning av både det praktiske g teretiske varmegennmgangstallet Vy fr rørvarmeveksleren på labratriet. Hvrdan vil det teretiske varmegennmgangstallet, Vy,frandre seg med økende væskehastighet fr varmt g kaldt vann i varmeveksleren. Begrunn svaret..1.

5 IO g r NQ).8"O Q). E izq). i " Q). Er.. ta W. a >. 'O a Q)....2 a a "C Q) > Q) :,: )( "i" "' 'O E. N O 02 0& 0"2 æ.2 tv. & G)..2 ø. æ & > < Ø) G. ei t:s

6 I()N gc) N Q)' Q)g. E > Q). 'O Q). EI' ru w O». 80 O. t.. a "". a > "O a a> '.2 E a ' O) a "C C O) O) "C. C a> CD O " It) > )( It) q.. ta = q "O E 10 Cf') O &O N " It) ' CtU "O 02 0& O '. 8, 4).g Il>. 00 & > :I: < 8ææm8m :)0 es le)