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
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
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 56.6 56.6 + N.. C.56.56 - C 8.7 8.7 + Ar.7.7 CH.. H 7 6. 6. - secco 6.. + otale 9675 6. 6. 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:
Composzone n out (mol/h % vol. n out sul secco % vol. n out H 68.8 6.7.5 N. 9.8.8 C..9.7 C.9 8.9.66 Ar.7..7 CH..7.9 secco. - H 8.9 -.8 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:
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 - - 6.8.5 -.98.86 + C -6-8 7.7 -.7 6.66 -.7 - C -95-96.78 7.5 -.8.97 + H -578-56 7.7.595.5 -.859-5
con Cp n cal/mol/k. Da cu s rcava: Cp -.86.66-5.86 9.89 - -6-9 ΔH ( 96.5.86.8 8.6.55 6 9 ΔG ( 5. 76.58.9 ln 5.68.69-6.8 L equazone rsolutva è pertanto: ln k eq G (.788 5. 76.58.9ln 5.68.69.8-6 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: ( 98 9. 7 G n cal/mol per < < 6K ( 85 7. 7 G n cal/mol per 6 < < 5K In questo caso, l equazone rsolutva dventa: 98 9.7.788.987 Da cu = 5K = 69 C, dato =.987 cal/mol/k. 6