Calcolo della composizione e della temperatura di uscita da un reattore adiabatico di ossidazione parziale di CH 4.

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1 Dpartmeto d Eerga oltecco d Mlao azza Leoardo da Vc - MILANO Eserctazo del corso FONDAMENTI DI ROCESSI IMICI rof. Gapero Gropp ESERCITAZIONE 6 Calcolo della composzoe e della temperatura d uscta da u reattore adabatco d ossdazoe parzale d. S cosder u reattore adabatco cu vee codotta la reazoe d ossdazoe parzale d : + ½ O + S chede d determare la composzoe e la temperatura della correte uscta ell potes che uscta dal reattore vegao raggute le codzo d ulbro termodamco. S assuma che le spece preset uscta sao,, O e e che O sa assete. DATI e IOTESI: Correte : = ata T = 5 C Correte : = ata T =? Ipotes: Equlbro termodamco Mscela d gas deal Reattore adabatco Composzoe ortata (Nm /h) O.6 O

2 Rsoluzoe Le cogte del problema soo la composzoe e la temperatura T della correte uscete dal reattore. er determarle occorrerà scrvere blac materal sulle sgole spece e l blaco etalpco sul reattore, potzzado che vega ragguto l ulbro termodamco uscta e che l reattore sa adabatco. er la scrttura de blac materal, s scegle ua base d mol/h d. Cosderado l umero d spece reaget (NS = 6) e l umero d spece atomche (NA = ) preset, s ottee l umero d reazo dpedet che soo ecessare e suffcet per la defzoe del sstema reagete: NS NA 6 Soo qud ecessare reazo per la scrttura de blac d matera. er cascua vee defto u grado d avazameto. S scelgoo le seguet reazo: combustoe completa steam reformg WGS La scelta delle reazo è arbtrara purché tutte le spece reaget sao covolte e tutte le reazo sao learmete dpedet. er esempo, sarebbe stato possble sceglere la reazoe d dr reformg al posto della reazoe d steam reformg o d quella d WGS: s ota fatt che la stechometra del dr reformg è combazoe leare dello steam reformg e della reazoe d WGS versa. dr reformg La composzoe d uscta è determata fuzoe de grad d avazameto come segue:, co = umero delle reazo covolte, = umero d spece covolte e, coeffcete stechometrco della spece ella -esma reazoe.

3 Composzoe (mol/h) (mol/h) O O Totale Il problema del calcolo della composzoe vee qud rdotto alla determazoe d cogte, grad d avazameto. Cosderado che O è teramete cosumato ed è qud assete uscta, l grado d avazameto è determato da:.6. mol/h O O O La codzoe d ulbro d ulbro termodamco cosete la scrttura d due uazo, ua rguardate la reazoe d steam reformg, l altra quella d WGS. Cosderado l potes d mscela d gas deal, s ottee per la reazoe d WGS: WGS O O O dove: WGS T exp.987 T 8.85 exp.88 T er la reazoe d steam reformg: SR.6 O O O dove:

4 SR T exp.987 T 7. exp. T L ultma uazoe ecessara per rsolvere l sstema è otteuta dal blaco etalpco sul reattore, cosderato l vcolo d adabatctà. S scrve pertato: IN T T IN Se s assume come rfermeto l gas deale alla temperatura d rfermeto e a pressoe atmosferca, l etalpa specfca per cascua spece reagete al temperatura T è: T K Cp F, 98 T 98K dt L etalpa d ua mscela d gas deal è calcolable come sommatora delle etalpa specfche d cascu compoete della mscela per la portata molare del compoete stesso. T ( T ) Il blaco etalpco sul reattore può essere qud espresso come: T F, 98K 98K Cp dt 98K T, F, 98K Cp dt a (T R, b 98) 98K a (T (T 98 c ) b 98) (T (T d 98 ) (T 98 ) c d 98 ) (T 98 ) (T 98 ) a, a Sosttuedo valor rcavabl dal database, s ottee la seguete uazoe (Eq. ), fuzoe d T e de grad d avazameto:

5 6.8T T.5 T 6.5 T.5 T T.667 T.87 T.5 T T.8 T 8.6 T.55 T T.68 6 T.7 9 T Dal mometo che è oto, le cogte da determare soo :, e T. Il sstema da rsolvere comprede qud uazo, l uazoe d blaco etalpco (Eq. ) e le due uazo dervate dalla codzoe d ulbro termodamco sulle reazo d steam reformg (Eq. ) e d WGS (Eq. ). Il sstema può essere rsolto per terazo successve. er esempo, s assega u valore d prmo tetatvo a e T e s rcava dall uazoe. Co questo valore e co l valore d prmo tetatvo d, s rcava la temperatura d uscta T dall uazoe. Not T e, s rsolve l uazoe rspetto a, completado l prmo passo d terazoe. Co quest valor è possble rpartre co le terazo, fo a covergeza (5 terazo, cosderado ua varazoe d 5 C T rspetto al passo precedete). N terazoe T [K] S ota che l grado d avazameto della reazoe d WGS rsulta egatvo. Questo rsultato dca che el sstema reagete cosderato è attva la reazoe versa d WGS. 5