KONTINUASJONSEKSAMEN I FAG TKP SEPARASJONSTEKNIKK

Like dokumenter
EKSAMENSOPPGAVE I FAG TKP 4105

(b) Tegn xy-diagrammet og skisser Txy-diagrammet for propan-butan ved 1 atm.

Oppgave / Oppgåve 1: Destillasjon (30%)

Oppgave. føden)? i tråd med

Eksamensoppgave i TKP4105 Separasjonsteknologi

Eksamensoppgave i TKP 4105 SEPARASJONSTEKNIKK

MID-TERM EXAM IN TEP4125 THERMODYNAMICS 2 Friday 28 March 2014 Time: 10:30 11:30

EKSAMENSOPPGAVE I FAG TKP 4105

Oppgave/ Oppgåve 1:Absorpsjon av aceton i et motstrøms etasjetårn (30%)

Eksamensoppgave i TKP4105 Separasjonsteknologi

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

TKP 4105 SEPARASJONSTEKNIKK EKSAMEN DESEMBER Oppgave 1/Oppgåve 1: DIFFUSJON MEMBRAN DIALYSE 25% vekt

(a) Beregn mengde og sammensetninger av strømmene V (dampføde), D (topp-produkt) og B (bunnprodukt).

a) Bestem den innkomne lufts prosentvise relative fuktighetsinnhold (H R )

TKP 4105 Separasjonsteknikk (eksamen) 05. desember 2006

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITY OF OSLO DEPARTMENT OF ECONOMICS

EKSAMENSOPPGAVE I SØK 1002 INNFØRING I MIKROØKONOMISK ANALYSE

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

Slope-Intercept Formula

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

(a) Beregn alle strømmene i kolonnen (D, B, L, LM, etc. [mol/s].), se figuren L T L M L B V

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

EKSAMENSOPPGAVE I FAG TKP 4105

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

GEF2200 Atmosfærefysikk 2017

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

Eksamen 15. august SOLUTIONS TO PROBLEMS 1 and 3. Oppgave / Oppgåve 1: Tørking av naturgass ved absorpsjon (35%) V T, y T L T, x T TEG solution

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

EKSAMENSOPPGAVE I BI2014 MOLEKYLÆRBIOLOGI

The exam consists of 2 problems. Both must be answered. English

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

Unit Relational Algebra 1 1. Relational Algebra 1. Unit 3.3

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

5 E Lesson: Solving Monohybrid Punnett Squares with Coding

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

EXAM TTM4128 SERVICE AND RESOURCE MANAGEMENT EKSAM I TTM4128 TJENESTE- OG RESSURSADMINISTRASJON

NORGES TEKNISK-NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET Side 1 av 5 INSTITUTT FOR ENERGI- OG PROSESSTEKNIKK

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

UNIVERSITY OF OSLO DEPARTMENT OF ECONOMICS

Eksamensoppgave i GEOG1005 Jordas naturmiljø

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

UNIVERSITETET I OSLO

Eksamen ENG1002/1003 Engelsk fellesfag Elevar og privatistar/elever og privatister. Nynorsk/Bokmål

Eksamensoppgave i GEOG1004 Geografi i praksis Tall, kart og bilder

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

Oppgavesett kap. 6 (3 av..) GEF2200

d) Tørketiden for hver batch ; dvs. tørketiden for I) konstant + II) fallende tørkerate:

(a) Beregn alle strømmene i kolonnen (D, B, L, LM, etc. [mol/s].), se figuren L T L M L B V

UNIVERSITY OF OSLO DEPARTMENT OF ECONOMICS

Eksamen i TFY4230 STATISTISK FYSIKK Onsdag 21. desember, :00 19:00

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

EKSAMENSOPPGAVE I BI2034 Samfunnsøkologi EXAMINATION IN: BI Community ecology

Side 1 av 10 NORGES TEKNISK-NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET (NTNU) - TRONDHEIM INSTITUTT FOR ENERGI OG PROSESSTEKNIKK

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

0:7 0:2 0:1 0:3 0:5 0:2 0:1 0:4 0:5 P = 0:56 0:28 0:16 0:38 0:39 0:23

Neural Network. Sensors Sorter

Universitetet i Bergen Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet Eksamen i emnet Mat131 - Differensiallikningar I Onsdag 25. mai 2016, kl.

Eksamensoppgave i SØK1002 Mikroøkonomisk analyse

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

Eksamensoppgave i SANT2100 Etnografisk metode

Trigonometric Substitution

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

KROPPEN LEDER STRØM. Sett en finger på hvert av kontaktpunktene på modellen. Da får du et lydsignal.

TDT4117 Information Retrieval - Autumn 2014

Semesteroppgave. Gassturbinprosess

Exercise 1: Phase Splitter DC Operation

Eksamensoppgave i SØK2008 Offentlig økonomi

NO X -chemistry modeling for coal/biomass CFD

NTNU, TRONDHEIM Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet Institutt for sosiologi og statsvitenskap

MID-TERM EXAM TDT4258 MICROCONTROLLER SYSTEM DESIGN. Wednesday 3 th Mars Time:

Oppgave 1a Definer følgende begreper: Nøkkel, supernøkkel og funksjonell avhengighet.

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

melting ECMI Modelling week 2008 Modelling and simulation of ice/snow melting Sabrina Wandl - University of Linz Tuomo Mäki-Marttunen - Tampere UT

Siste seminar: Foreslåtte oppgaver basert på ønsker.

Den som gjør godt, er av Gud (Multilingual Edition)

UNIVERSITETET I OSLO

Han Ola of Han Per: A Norwegian-American Comic Strip/En Norsk-amerikansk tegneserie (Skrifter. Serie B, LXIX)

Side 1 av 3/nyn. Kontakt under eksamen: Ivar S. Ertesvåg, tel. (735) EKSAMEN I FAG TEP4125 TERMODYNAMIKK 2 Onsdag 22. mai 2013 Tid:

NTNU, TRONDHEIM Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet Institutt for sosiologi og statsvitenskap

Besvar tre 3 av følgende fire 4 oppgaver.

Mathematics 114Q Integration Practice Problems SOLUTIONS. = 1 8 (x2 +5x) 8 + C. [u = x 2 +5x] = 1 11 (3 x)11 + C. [u =3 x] = 2 (7x + 9)3/2

Eksamensoppgave i AFR1000 Innføring i Afrikastudier

EKSAMENSOPPGAVE I TTM4135 INFORMASJONSSIKKERHET

EN Skriving for kommunikasjon og tenkning

Andrew Gendreau, Olga Rosenbaum, Anthony Taylor, Kenneth Wong, Karl Dusen

1. Explain the language model, what are the weaknesses and strengths of this model?

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

Høgskoleni Østfold UTSATT EKSAMEN. Emnekode: Course: Mikroøkonomi med anvendelser ( 10 ECTS) SFB 10804

HØGSKOLEN I NARVIK - SIVILINGENIØRUTDANNINGEN

Eksamensoppgave i GEOG Geografi i praksis - Tall, kart og bilder

UNIVERSITETET I OSLO

Eksamensoppgave i GEOG1005 Jordas naturmiljø

EKSAMENSOPPGAVE I SØK2007 UTVIKLINGSØKONOMI DEVELOPMENT ECONOMICS

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

Transkript:

Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet Institutt for kjemisk prosessteknologi KONTINUASJONSEKSAMEN I FAG TKP 4105 - SEPARASJONSTEKNIKK Faglig kontakt under eksamen: May-Britt Hägg Tlf: 930 80834 Eksamensdato: 10.08.2010 Eksamenstid: 09:00 13:00 7,5 studiepoeng Tillatte hjelpemidler: Ingen trykte eller håndskrevne hjelpemidler tillatt. Bestemt enkel kalkulator tillatt (kode D) Språkform: Antall sider bokmål/nynorsk/engelsk: 6 + forside Antall sider vedlegg: 4 (2 vedlegg) Sensurdato: Merk! Studentene må primært gjøre seg kjent med sensur ved å oppsøke sensuroppslagene. Evnt. telefoner om sensur må rettes til instituttet eller sensurtelefonene. Eksamenskontoret vil ikke kunne svare på slike telefoner.

Oppgave / Oppgåve 1: Ett-trinns flash (20%) (a) Den relative flyktigheten mellom komponentene 1-2 er definert som α = (y 1 /x 1 ) / (y 2 /x 2 ). (a1) Bruke dataene under til å bestemme α for propan-butan (bruk α = 6 hvis du ikke får det til). (a2) Utled sammenhengen mellom y 1 og x 1 (molfraksjon lett komponent) for en binær blanding med konstant relative flyktighet. (b) ) Tegn xy-diagrammet og skissèr Txy-diagrammet for propan-butan ved 1 atm. (c) Flash. Følgende to strømmer blandes: Strøm F a : 80 mol/s. Mettet damp ved 1 atm. 50% propan. 50% n-butan Strøm F b : 70 mol/s. Mettet væske ved 1 atm. 50% propan. 50% n-butan Den blandede strømmen separates in adiabatisk flashtank ved 1 atm og gir er væskeprodukt L and gassprodukt V (i likevekt). Bestem mengde og sammensetning av strømmene L og V. Anta konstant relativ flyktighet α. Energibalanse: Anta konstante molare strømmer. (d) Gi en rangering av temperaturene til strømmene F a, F b, L og V (grunngi svaret ditt). Damp/væske-likeveltsdata: Kokepunkt (1 atm) Damptrykk ved 240K Propan (1) 231.14K 1109 mmhg Butan (2) 272.98K 180.6 mmhg Oppgave / Oppgåve 2. Destillasjon (10%) En væskeføde med to komponenter (50% A og 50%B) med relativ flyktighet 6 skal separeres ved kontinuerlig destillasjon i et topp-produkt og bunnprodukt. Hva er minimum antall teoretiske trinn som trenges for å få produkter 0.1% A (bunn) og 1% B (topp). Hvor mange teoretiske trinn (omtrentlig) vil du anbefale i en virkelig kolonne? Oppgave / Oppgåve 3. Formel (10%) Gitt formelen z ya2 V dy KaS y y * y ya1 AG A (a) Definer alle variablene og gi enheter for dem. Lag et flytskjema som illustrerer betydningen av variablene (b) Hva brukes formelen for og hvilke antagelser er den basert på? Hvordan kan den løses? (c) Hva er N A uttrykt ved variablene i formelen? Hva er HTU, NTU, H OG og N OG? Oppgave / Oppgåve 4. Regulering (10%) Tegn et flytskjema av en kontinuerlig destillasjonskolonne. Varmetilførselen (oppkok V) er på sin maksimalverdi (for å få til best mulig separasjon). Foreslå en reguleringsstruktur basert på tilbakekobling (med to LC er, en PC og en TC). Fødestrømmen er gitt ( forstyrrelse ).

Oppgave / Oppgåve 5 Membranseparasjon gasser (30%) En alternativ miljøvennlig metode under utvikling for å fjerne CO 2 fra en gasstrøm på, er å benytte skreddersydde membraner der CO 2 permeerer hurtigst gjennom membranen og andre gasser holdes tilbake i gasstrømmen. Utfordringene er forskjellig alt etter type gasstrøm som skal behandles. For å illustrere dette, ser vi på tre forskjellige tilfeller hvor CO 2 skal fjernes. For enkelhets skyld, betrakter vi gassblandingene som kun bestående av to komponenter; dette er illustrert i parentes under. Prosessbetingelsene er gitt i hvert enkelt tilfelle. 1. CO 2 fra forbrenningsgass (5 mol% CO 2 i blanding med 95 mol% N 2 ) Fødetrykk: 4 bar, permeattrykk: 0,1 bar, massestrøm: 50 kg/s 2. CO 2 for oppgradering av biogass (40 mol% CO 2 i blanding med 60 mol% CH 4 ) Fødetrykk: 7bar, permeattrykk: 1 bar, volumstrøm: 75 m 3 (STP)/time 3. CO 2 fra naturgass (10 mol% CO 2 i blanding med 90 mol% CH 4 ) Fødetrykk: 70 bar, permeattrykk: 1 bar, volumstrøm: 10 4 m 3 (STP)/ time Det er ønskelig å benytte en bestemt type polymer membran som er svært permeabel for CO 2 i alle tre tilfellene. Membranen er 2 m tykk, og har følgende permeabiliteter, P : P CO2 = 6. 10-7 m 3 (STP). m/m 2. bar. h P N2 = 3. 10-9 m 3 (STP). m/m 2. bar. h P CH4 = 1,2. 10-8 m 3 (STP). m/m 2. bar. h a) Beregn minimum konsentrasjon av CO 2 i retentatstrømmen for de tre tilfellene over b) Utfør beregninger som indikert under for tilfellet 3) ved å benytte ideell blandemodell når kravene er som følger: Fraksjonen av CO 2 i den rensede naturgassen før den selges til Europa er 2,5 vol% For å minske tapet av CH 4 settes permeatkuttet ( ) lik 0,1. Beregn nødvendig membranareal. c) Redegjør for hva slags konfigurasjon du vil velge på membranmodulen (flate, spiralrullet, hulfiber) og om det bør være medstrøm, motstrøm eller kryss-strøm. Gitt: Likninger og informasjon i vedlegg 1

Oppgave / Oppgåve 6 Tørking (20 %) a) Ved tørking av et materiale har vi behov for å kjenne tørkeluftas temperatur og fuktighetsinnhold. Definer følgende parametre som er viktige i denne sammenheng: -våtkuletemperatur, tørrkuletemperatur -adiabatisk metningstemperatur -prosentvis fuktighet, prosentvis relativ fuktighet b) Benytt vedlagte diagram og tabeller (Vedlegg 2) og bestem damptrykk, fuktighetsinnhold (absolutt og %-vis), og adiabatisk metningstemperatur for en luftstrøm med temperatur 75 C, duggpunktstemperatur 30 C og 10% relativ fuktighet. Den fuktige luftas totaltrykk er 1 bar. Gitt: Vedlegg 2 med diagram og tabeller. Diagrammet skal benyttes for å tegne inn løsning og leveres med besvarelsen.

English version Problem 1: Single-stage flash (20%) (a) The relative volatility between components 1-2 is defined as α = (y 1 /x 1 ) / (y 2 /x 2 ). (a1) Use the data below to find α for propane-butane (use α = 6 if you cannot find it). (a2) Derive the relationship between y 1 and x 1 (mole fractions light component) for a binary mixture with constant relative volatility. (b) Plot the xy-diagram and sketch the Txy-diagram for the system propane-butane at 1 atm. (c) Flash. The following two streams are mixed Stream F a : 80 mol/s. Saturated vapour at 1 atm. 50% propane. 50% n-butane Stream F b : 70 mol/s. Saturated liquid at 1 atm. 50% propane. 50% n-butane The mixed stream is separated in an adiabatic flash unit operating at 1 atm into a liquid product L and vapour product V (in equilibrium). Find the amount and compositions of the streams L and V. Assume constant relative volatility α. Energy balance: Assume constant molar flows. (d) Rank the temperatures of the streams F a, F b, L and V (justify your answer). Vapor-liquid equilibrium data: Boiling point (1 atm) Vapor pressure at 240K Propane (1) 231.14K 1109 mmhg Butane (2) 272.98K 180.6 mmhg Problem 2: Distillation (10%) Consider the separation of a liquid feed with two components (50% A and 50%B) with a relative volatility of 6 into a distillate and bottoms product. What is the minimum number of distillation stages required to get products with 0.1% A (bottoms) and 1% B (top). What would you recommend as the actual number of stages (approximately)? Problem 3. Formula (10%) Consider the formula ya2 V dy z KaS y y * y ya1 AG A (a) Define all the variables, including giving their units. Make a flowsheet with the variables. (b) What is this formula used for and what assumptions are required? How can it be solved? (c) What is N A in terms of the variables in the formula? What is HTU, NTU, H OG and N OG? Problem 4. Control (10%) Make a flowsheet of continuous distillation column. The heat input (boilup V) is set at its maximum (to maximize separation). Suggest a feedback control structure (involving two LC s, one PC and one TC). The feed stream to the column is given ( disturbance ).

Problem 5. Membrane separation Gases (30%) An alternative environmentally friendly way of removing CO 2 from gas streams is under development this method is using tailormade membranes where CO 2 is permeating very fast through the material and other gases are being retained on the feed side. The challenges are different depending on type of gas mixture. In order to illustrate this, three different gas streams containing CO 2 are given below. For sake of simplicity, only two components are considered. Process conditions are given for each case. 1) CO 2 from flue gas (5 mole% CO 2 in mixture with 95 mole% N 2 ) Feed pressure: 4 bar, permeate pressure 0,1 bar. Mass flow 50 kg/s 2) CO 2 from biogas (40 mole% CO 2 in mixture with 60 mole% CH 4 ) Feed pressure: 7 bar, permeate pressure: 1 bar. Volume stream: 75 m 3 (STP)/hour 3) CO 2 from natural gas (10 mole% CO 2 in mixture with 90 mole% CH 4 ) Feed pressure: 70 bar, permeate pressure: 1 bar. Volume stream: 10 4 m 3 (STP)/hour membrane with high permeation for CO 2 is chosen for all three cases. The membrane is 2 µm thick, and has the following permeabilities, P : P CO2 = 6. 10-7 m 3 (STP). m/m 2. bar. h P N2 = 3. 10-9 m 3 (STP). m/m 2. bar. h P CH4 = 1,2. 10-8 m 3 (STP). m/m 2. bar. h a. Calculate the minimum concentration of CO 2 which can be obtained in the retentate stream for all three cases b. Calculate the necessarry membrane area for case 3) by using the given equations and the following information: The fraction of CO 2 in the purified natural gas must be no higher than 2,5 vol% when it is sold to Europe. In order to minimize the loss of CH 4 in the permeate stream, the permeate cut ( ) is set to 0,1. c. Explain which kind of configuration you will choose for the membrane module and why (flat sheets, spiral-wound, hollow fibres), and whether it should be cocurrent, counter current or cross flow. Given: Equations and information in Attahcment 1

Problem 6. Drying (20%) a. When a material is being dried, we need to know the temperature of the air used for drying and the humidity content. Define the following parameters which are very important in this context: -wet bulb temperature, dry bulb temperature -adiabatic saturation temperature -percentage humidity, percentage relative humidity b. Use the attached diagram and table (Attachment 2) to find vapour pressure, humidity content (absolute and percentage) and adiabatic saturation temperature for an air stream of temperature 75 0 C, dew point temperature of 30 0 C and 10% relative humidity. The pressure of the air is 1 bar. Given: Humidity chart and table in Attachment 2. Plot how you find your answer in the diagram and turn it in with the other exam papers.

ATTACHMENT 1 Please note that the units given here for P and q can be neglected. Use the units given in the problem

ATTACHMENT 2

If needed; molecular weight of H 2 O is 18 g/mole and of air is 29 g/mole