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1 Vapor mole fraction, METHANOL Una miscela di metanolo e etanolo, vaporizzata al 50%, deve essere separata per distillazione fino ad una purezza in testa del 95%. 1. Calcolare il numero di stadi di equilibrio necessari per la separazione della miscela al 20% di metanolo nell ipotesi di utilizzare un rapporto di riflusso pari a 1.1 il minimo, con un recupero del 99% in testa. 2. Calcolare il diametro della colonna per una produzione di 300 kg h -1 di prodotto di testa nell ipotesi di utilizzare un riempimento strutturato e uno random delle caratteristiche negli allegati. 3. Verificare se, ed eventualmente in quali condizioni, l apparecchiatura dimensionata è ancora utilizzabile se la miscela in alimentazione risultasse al 15 % in metanolo e in condizioni di liquido saturo. 4. Verificare se il condensatore a fascio tubiero riportato di seguito e relativo al punto 2 può essere utilizzato nelle condizioni del punto y-x diagram for METHANOL/ETHANOL bar Liquid mole fraction, METHANOL

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3 Properties of the fluids => see TEMA sheet Shell side: Re h c f 4 w c L wc L N t 1.5k t L f f f L 4 f 1/ 3 L v g Re N 1 6 r Nt = total number of tubes in the bundle Nr = average number of tubes in a row (=2/3Nr,max) Tube side: Nu 0.23Re 0.8 Pr 0.33

4 Una corrente di vapore saturo (3000 kg h -1 ) è composta da A (70%) e B e deve essere separata fino al 99% del componente più volatile in una colonna di distillazione equipaggiata con condensatore totale e ribollitore tipo kettle. Calcolare il numero di stadi necessari alla separazione considerando un rapporto di riflusso pari a 1.3 volte il minimo. Dimensionare il ribollitore della colonna, considerando uno scambiatore tipo 1:2 con tubi a U lunghi 4 m, con diametro esterno 25 mm e interno 20 mm. Calcolare il diametro della colonna utilizzando piatti e riempimenti del tipo descritto di seguito. Calcolare la purezza ottenibile dalla stessa colonna se la portata di alimentazione aumentasse del 25%. Parameters Units API CHARGE 0 0 DGFORM kcal/mol DHFORM kcal/mol DHVLB kcal/mol FREEZEPT C HCOM kcal/mol MUP debye MW OMEGA PC bar RKTZRA S025E cal/mol-k SG TB C TC C VB cum/kmol

5 VC cum/kmol VLSTD cum/kmol ZC

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7 P = pressione operativa, bar Pc = pressione critica del liquido, bar q = hnb(tw-ts) = flusso di calore, W/m 2 Piatti Velocità di flooding (parametri di Fair) in m s -1 basata sull area netta

8 VW e LW portate massiche di vapore (gas) e liquido hw = 12 mm Trascinamento ( < 0.1)

9 Perdita di carico nel piatto perdita di carico nel discendente Lwd = portata di liquido nel discendente (kg s -1 ) Am = la più piccola area di passaggio del liquido nel discendente (trasversale o longitudinale)

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11 Una corrente di aria in condizioni standard (1000 kg h -1 ) contiene un inquinante A (4%), che deve essere rimosso del 90% per assorbimento in acqua a 30 C (all equilibrio, y = 0.7 x). La corrente ricca in acqua è preriscaldata fino a liquido saturo e inviata a una colonna di distillazione per la rigenerazione. 1. Calcolare altezza e diametro della colonna di assorbimento, considerando un riempimento strutturato Mellapak 252Y (Sulzer). 2. Progettare lo scambiatore a piastre (13X33in) per il preriscaldo (fluido caldo di proprietà assimilabili all acqua a 160 C), considerando la correlazione Nu = Pr 0.4 Re 0.5

12 Una colonna disitillazione, con condensatore a fascio tubiero e ribollitore kettle, è stata progettata per separare 10 kmol h -1 di una miscela binaria propanolo/butanolo (70%) al punto di ebollizione. Il distillato è puro al 98% e il recupero del leggero nel distillato è del 99%. La colonna è stata dimensionata con rapporto di riflusso pari a 1.1 volte il minimo. L interno della colonna è costituito da anelli nutter # Dimensionare il ribollitore tipo kettle, considerando tubi da 19 mm OD, spessore 2 mm e lunghezza 1.35 m, con maglia triangolare. Il fluido caldo è vapore saturo a 212 C. Il coefficiente massimo di sporcamento è pari a 2 X 10-4 i.u. condizioni simili il coefficiente di scambio è stato stimato pari a circa 1500 kcal h -1 m -2 C Verificare se e in quali condizioni la colonna può essere utilizzata per separare 10 kmol h -1 di butanolo/propanolo al 50%, in condizioni di vapore saturo. 3. Se la colonna venisse utilizzata per abbattere del 90% un inquinante presente in un gas al 10% in volume, calcolare la massima portata trattabile considerando un rapporto L/Lmin = 1.3 e sapendo che l equilibrio L/G è rappresentato dall equazione y=1.2x

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14 Una corrente di azoto in condizioni standard (20000 kg h -1 ) contiene un inquinante A (4%), che deve essere rimosso all 80% per assorbimento in acqua in una colonna C1. La corrente ricca in inquinante è preriscaldata e inviata a una colonna di distillazione C2 per la rigenerazione. La colonna C2 opera con un rapporto di riflusso 1,3 volte il minimo. 1. Calcolare altezza e diametro della colonna di assorbimento C1, riempimento random costituito da anelli Nutter # Progettare lo scambiatore a piastre utilizzato per il preriscaldo, considerando il fondo colonna come fluido caldo e una differenza minima di temperatura dello scambiatore di 15 C 3. Calcolare il costo capitale della Colonna di assorbimento C1. Equilibrium data: Gas/liquid y = 0.55 x Cost data Packing PC = 900 m -3 Tower = 1.2 PC Equazioni dello scambiatore Nu = Pr 0.4 Re 0.5 f = 2.3 Re 0.7