Calcolo della temperatura di uscita dal primo stadio del reattore di conversione del CO per abbattere il tenore di CO fino ad un valore fissato.

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1 Dpartmento d Energa Poltecnco d Mlano Pazza Leonardo da Vnc - MILAN Eserctazon del corso FNDAMENI DI PCESSI CHIMICI Prof. Ganpero Gropp ESECIAZINE Calcolo della temperatura d uscta dal prmo stado del reattore d conversone del C per abbattere l tenore d C fno ad un valore fssato. S facca rfermento a gas provenent dal eformng II con ara: ess vengono nvat al reattore d conversone del C (reattore a due stad, dove avvene la seguente reazone (Water Gas Shft, WGS: C + H C + H S consder l prmo stado della conversone d C e s supponga che all'uscta d tale stado gas sano n condzon d equlbro termodnamco alla temperatura d uscta ( u. S chede d determnare la temperatura d uscta affnché l tenore d C nella corrente uscente sa rdotto allo.9% volumetrco sul secco. DAI: Corrente : = 6 C P = ata Corrente : U =? P = ata C/ secco =.9% Ipotes: Equlbro chmco rspetto alla reazone d WGS, Gas Ideale

2 Composzone Portata (Nm /h % Vol. sul secco H 56.6 N. C.56 C 8.7 Ar.7 CH. H 7 secco 6. otale 9675

3 soluzone S scrve l blanco materale per ogn componente sul reattore d conversone. S scegle come base d calcolo mol/h d secco n ngresso. S defnsce po l grado d avanzamento della reazone e s scrve la composzone del sstema n uscta n funzone d Composzone Portata (Nm /h n n (mol/h n out (mol/h H N.. C C Ar.7.7 CH.. H secco otale La quanttà d H n ngresso è calcolata secondo: 7 H 6. 6 S mpone la specfca su tenore d C nella corrente d uscta dal reattore: C secco.56.9 da cu s ottene =.. Noto s può rsalre al la composzone del sstema n uscta dal reattore:

4 Composzone n out (mol/h % vol. n out sul secco % vol. n out H N C..9.7 C Ar.7..7 CH..7.9 secco. - H La composzone della corrente n uscta può essere messa n relazone con la sua temperatura medante l potes che essa sa all equlbro termodnamco rspetto alla reazone d WGS. In questo caso: G G (, P G ( ln k eq Da cu: G ( ln k eq Per la reazone d WGS, nelle condzon d operatve consderate, assumendo un comportamento da gas perfetto, s ottene: k P P y y n n 65.9 out out C H C H C H eq out out PC PH yc yh nc nh ln k.788 eq Il G (98K può essere calcolato da G F(98K de reagent e de prodott: G ( 98K G F, (98K Con coeffcente stechometrco della spece nella reazone. Analogamente, per l calcolo d H (98K:

5 H ( 98K H F, (98K Essendo G F(98K e H F(98K dsponbl nel database fornto. Il calcolo d G ( con dverso da 98K vene svolto a partre dalle legg d Van t Hoff e Krchoff, che esprmono la dpendenza d G e H dalla temperatura. o (ΔG (/ P ΔH ( Van t Hoff Δ H( p Cp ( Krchoff con Cp ( a b c d Integrando tra = temperatura d rfermento (98K e temperatura del sstema all uscta del reattore la legge d Krchoff, s ottene: ΔH ( ΔH (98K Cp ( d ΔH (98K ( a Δ b Δ c Δ d d dove Δ a a ΔH ( ΔH ( Δ a ( Δ b ( Δ c ( Δd ( G ( G(98 H ( d I dat relatv alle spece n consderazone sono rportat n tabella: Spece H F(98K G F(98K [cal/mol] [cal/mol] a b x c x 6 d x 9 H C C H

6 con Cp n cal/mol/k. Da cu s rcava: Cp ΔH ( ΔG ( ln L equazone rsolutva è pertanto: ln k eq G ( ln S tratta d un equazone algebrca mplcta n, del tpo f( =, che può essere rsolta con var metod numerc (per esempo l dmezzamento o grafc. S ottene: = 59 K = 66 C Una soluzone smle poteva essere rcavata utlzzando espresson lnea rzzate per G (98K e H (98K dsponbl su test. Per le reazone d WGS: ( G n cal/mol per < < 6K ( G n cal/mol per 6 < < 5K In questo caso, l equazone rsolutva dventa: Da cu = 5K = 69 C, dato =.987 cal/mol/k. 6