ESERCITAZIONE 1. Esercitazioni del corso FONDAMENTI DI PROCESSI CHIMICI Prof. Luca Lietti. Dipartimento di Energia Politecnico di Milano = = 100 2

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1 Eserczo S scrve l blaco materale per og compoete. S scegle come base d calcolo /h d gresso. S desce l grado d avazameto λ per la reazoe d Sabater e λ per la reazoe d Reverse Water Gas Sht (RWGS). S può qud rcavare la composzoe della mscela uscta dal reattore uzoe d λ e λ, come segue: out NR j υ, λ j j omposzoe (/h) out (/h) Dpartmeto d Eerga oltecco d Mlao Va La Masa - 5 MILANO Eserctazo del corso FONDAMENI DI ROESSI HIMII ro. Luca Lett ESERIAZIONE - λ - λ H - λ - λ H λ HO λ λ alcolo della temperatura adabatca d combustoe del propao. S cosder u reattore adabatco al cu tero è codotta la reazoe d combustoe del propao co ara: λ otale λ H 8 5 O H O Le due specche soo relatve alla coversoe della e alla selettvtà a H χ σ F F λ λ F F H λ H F F λ λ.9.95 Sulla base de dat ort, s calcol la temperatura d uscta de gas dal reattore ( ) e tre cas seguet: ) almetazoe stechometrca de reaget ) ara almetata eccesso del % ) co rermeto al caso d eccesso d ara, s potzz che per u problema d cattva coduzoe della reazoe, vega prodotto uscta, co selettvtà del % rspetto alle d carboo covertte. S tratta d u sstema d due equazo due cogte, che può essere rsolto otteedo λ 85.5 /h e λ.5 /h. La composzoe uscta è rportata ella seguete tabella. omposzoe out [/h] x [%]. H 5.5. H HO otale 9 DAI: orrete H 8: 5 ata ΔH H 8 (5 ) - kj/ orrete Ara: 5 ata U.R. % orrete :? ata ΔH (5 ) -8 kj/ Ipotes: Reattore adabatco

2 Spece a b c N.8 5.9E- -.E E- -.57E5 H O.7.5E-.E O.9 5.E- -.7E E- -.E c Rgas a b J K K orrelazoe da J.M. Smth, H.. Va Ness, M. M. Abbott, Itroducto to hemcal Egeerg hermodamcs, 7th edto, McGraw Hll (5). Rsoluzoe aso S scrve l blaco materale per og compoete della reazoe e s scegle ua base d calcolo. La scelta della base è arbtrara. I questo caso, è coveete sceglere ua base d /s d propao gresso. La quattà d O gresso è rcavata dalla stechometra d reazoe ed è par a 5 /s. La quattà d N proveete all ara (.% O e.79% N su base are), è calcolata a partre dall ossgeo trodotto per la combustoe del propao:.79 N s. La quattà d H O gresso è calcolata a partre dal dato d umdtà relatva U.R. come segue: U. R. H O H O H O U. R. I ( ) ( 5 ) Ara H O H O ( 5 ) H O.877 H O H O Ara H O H O Ara H O H O.55 Noto che la reazoe d combustoe avvee co coversoe completa d propao, è possble calcolare luss ar uscta dal reattore e rsolvere l problema de blac materal al reattore. omposzoe (/s) x (%) out (/s) x out (%) H 8.9 O N H O otale.5.55 La quattà uscta d H O è data dalla somma della quattà d acqua trodotta dall ara attraverso l umdtà e dell acqua prodotta durate dalla reazoe. È mportate otare che la scelta d ua base d

3 calcolo derete camba l valore de luss ar al reattore gresso e uscta, ma o camba la composzoe delle mscele. È possble sceglere stat d rermeto deret per la scrttura del blaco etalpco del sstema reagete, perveedo a espresso equvalet. Adottado come stato d rermeto: S mposta l blaco etalpco al reattore. La codzoe d adabatctà mpoe: pressoe d rermeto RIF, temperatura d rermeto RIF, spece elemetar H H La valutazoe de luss etalpc rchede l adozoe d u opportuo stato d rermeto. S cosder per esempo l seguete stato d rermeto: pressoe, temperatura e composzoe a cu è oto l ΔH del combustble. Nel caso del propao ΔH (5, atm) - kj/. Adottado questo rermeto, è possble scrvere l blaco etalpco ella orma: rodott Reaget d H 98K 98K ( 98K ) d è possble rcavare attraverso opportu passagg la orma precedete. I etramb cas, l equazoe d blaco etalpco rappreseta u equazoe ell uca cogta temperatura adabatca d uscta, essedo ote le composzo da blac materal. Adottado come rermeto le spece elemetar a pressoe e temperatura d rermeto, l equazoe rsolutva prevede d mpostare la soluzoe a partre dalla dezoe d etalpa are specca h () della sgola spece a temperatura, come segue: h ( ) H ( ) rodott h F, ( ) h ( ) RIF RIF Reaget d I ΔH F, delle sgole spece soo tabulat all tero d database termodamc, cu, geeralmete, RIF 98K e RIF atm. Nell equazoe, corrspode al umero d d combustble covertte. S ota che la stessa equazoe può essere rscrtta acedo uso del cocetto d potere calorco erore (I), coeretemete allo stato d vapore dell acqua prodotta uscta al reattore. H 98 ( K ) I aso I questo caso, è assegato l valore dell ara eccesso. La procedura d rsoluzoe o camba, va scelta ua base e vao mpostat blac materal per cascu compoete della reazoe. Mateedo la base alterata ( /s H 8), s calcola la portata are d O almetazoe a partre dalla stechometra d reazoe e dalla dezoe d eccesso: Itegrado l espressoe de calor specc, s ottee u equazoe ella sola cogta della temperatura d uscta. α α α stech stech b c b c d a a K O O O Svolgedo calcol, s ottee la seguete equazoe rsolutva: Da cu s rcava: 9.85 K O O 5..5 / s ovee otare che la portata are d O uscta è: 5..5 out O stech O /, s 5

4 rocededo maera aaloga a quato vsto el caso, s rsolve l problema de blac materal al reattore d combustoe. omposzoe (/s) x (%) out (/s) x out (%) H 8.7 O N H O otale.5.5 Ache l blaco etalpco rmae alterato. Svolgedo calcol, s ottee la seguete equazoe rsolutva: aso artedo dal caso d almetazoe co ara eccesso, s aalzza l caso cu vee ormato e um d combustoe co selettvtà S del % rspetto alle d carboo covertte. È possble pesare al come prodotto della reazoe d composzoe della otteuta quattà stechometrca dalla combustoe del propao: / O Rchamado la dezoe d selettvtà, s ottee: S reagte covertte H Da cu s rcava: 98. K / s È qud possble calcolare la composzoe d uscta attraverso l applcazoe de blac atomc per cascu elemeto trodotto el sstema reagete, mpostado l sstema: L ara agguta eccesso rspetto allo stechometrco agsce come dluete termco abbassado sgcatvamete la temperatura adabatca d combustoe. bl bl O : : H8 O H O H8 O H O bl H : 8 H8 H O Da cu s rcavao le portate ar e le composzo d uscta dal reattore d combustoe. omposzoe (/s) x (%) out (/s) x out (%) H 8.7 O N H O ome e cas precedet, ella scrttura del blaco etalpco, è coveete adottare lo stato d rermeto che tee coto della pressoe, della temperatura e della composzoe a cu è oto l ΔH del combustble. I quest ottca, la reazoe d decomposzoe della a dare rappreseta ua pealzzazoe per l potere calorco rlascato durate la combustoe. A questa reazoe è d atto assocato l verso del ΔH 7

5 d combustoe della reazoe d ossdazoe del (ΔH -8 KJ/). Il blaco etalpco vee qud scrtto ella seguete orma: rodott Reaget d H, H8 98K 98K Svolgedo calcol, s ottee la seguete equazoe rsolutva: ( 98K ) H, ( 98K ) d Dpartmeto d Eerga oltecco d Mlao Va La Masa - 5 MILANO Eserctazo del corso FONDAMENI DI ROESSI HIMII ro. Luca Lett ESERIAZIONE Da cu s rcava: 9.88 K La combustoe completa lueza sa la composzoe che l coteuto etalpco de um. Quest ultmo camba due mod: uo, margale, dpede dalla modca del valore del calore sesble assocato alla varazoe d composzoe dovuta alla preseza d ; l altro, domate, assocato alla pealzzazoe del potere calorco dovuta alla macata combustoe d. La perdta etalpca assocata alla ormazoe d o è completa: a rote d ua selettvtà del %, s calcola u calo d calore sesble e um par al 5%. Questo eetto è dovuto al atto che o è u prodotto parzalmete ossdato che cotrbusce a u certo recupero eergetco. Aals d ua caldaa a polvero d carboe I ua cetrale termoelettrca, ua caldaa vee almetata co polvero d carboe avete la seguete composzoe poderale su base secca e prva d ceer: 85.5% H 5.5% N % S % O 7% Il carboe cotee ua percetuale poderale d umdtà e ceer rspettvamete del 8% e del %. Il carboe etra caldaa a 5 e bar e vee brucato co ara a 5 eccesso del %, a pressoe atmoserca, co u umdtà relatva del 5%. Dalla caldaa um escoo a 5 e vee prodotto vapore saturo a 8 bar e 8 a partre da acqua a 9 e 8 bar (trascurare l eetto della pressoe sul coteuto etalpco dell acqua). S chede d calcolare la quattà d vapore prodotto per kg d combustble e l redmeto della caldaa assumedo che l calore dsperso verso l estero sa par al % del potere calorco erore del combustble. 8