balanç de matèria i energia (2014)

Ejercicio Catalán
Universidad Universidad de Barcelona (UB)
Grado Biotecnología - 1º curso
Asignatura enginyeria química
Año del apunte 2014
Páginas 7
Fecha de subida 05/10/2014
Descargas 7
Subido por

Descripción

exercici

Vista previa del texto

BALANÇOS DE MATÈRIA I ENERGIA ENUNCIAT Un gas de síntesi que conté una petita quantitat de metà entra a 93ºC en una corrent amb una raó molar H2 a CO de 2,9 (corrent 1). Es pretén millorar el contingut de metà d'aquest gas i el resultat final és un augment del percentatge de meta que arriba a ser d'un 50% molar amb un 12% molar de CO a 93ºC ( corrent6) mitjançant la reacció: CO(g) + 3H2(g) -> CH4(g) + H2O(g) S'utilitza un sistema com el de la figura adjunta a pressió constant d'aproximadament 1atm, on el reactor opera adiabàticament amb una temperatura de sortida (corrent 3) de 538ºC i un primer intercanviador de calor (I.C.1) s'encarrega de baixar la temperatura del corrent fins 260ºC (corrent 4).
ENUNCIAT El separador opera de forma que s'obté un corrent de gas de recirculació amb un 1,33% molar de vapor d'aigua (corrent 9) i un corrent de 68kmol/h d'aigua liquida pura (corrent8), els dos corrents surten a 38ºC.
Per una producció de metà de 100kmol/h que forma part del corrent gasós 6, calcula: a) Els cabal i composicions dels corrents 1 i 6.
b) La pèrdua global de calor del sistema cap a l'exterior en kcal/h.
DADES: cp (cal/molºC) Tº(38-538ºC): CO(g)= 7,3 ; H2(g)= 7 ; CH4(g)= 12 ; H2O(g)= 8,7 ; H2O(l)= 18 ΔHr (25ºC i 1atm)= -49,3kcal/mol ; ΔH H2O (100ºC i 1atm) = 9,72kcal/mol 538ºC (1) 93ºC H2, CO (2) Q1 (3) REACTOR I.C.1 (4) (10) 1atm 1.C.2 38ºC (9) QS 260ºC (5) SEPARADOR (8) 38ºC (7) (6) 93ºC RESOLUCIÓ BASE DE CÀLCUL: w6CH4= 100kmol/h Balanços de matèria del sistema: (kmol/h) BMCH4: w1CH4 + R = w6CH4 -> w1CH4 = 100 – R En la corrent 6 és el 50% molar: w6 = 200kmol/h En aquesta corrent 6, el 12% molar correspon al CO: w6CO = 24kmol/h I en conseqüència: w6H2O + w6H2 = 76 BMCO: w1CO = w6CO + R -> w1CO = 24 + R BMH2: w1H2 = w6H2 + 3R -> w6H2 = w1H2 – 3R BMH2O: R = w6H2O + w8H2O -> w6 H2O = R – 68 R – 68 + w1H2 – 3R= 76 R= 82,67kmol/h w1H2 / w1CO = 2,9 w1CO = 106,67kmol/h w1H2 = 309,34 w1CO = 24 + R w1= w1CH4 + w1CO + w1H2 = 433,34kmol/h w1CH4 = 100 – R = 17,33kmol/h Els cabals de la corrent 6: w6CH4 = 100kmol/h w5CO = 24kmol/h w6H2O = R – 68 -> w6H2O = 14,67kmol/h w6H2 = w1H2 – 3R -> W6H2 = 61,22kmol/h w6 = 200kmol/h b) Càlcul del calor perdut en tot el sistema Balanç d’energia en el sistema Estat de referència: T*= 25ºC i estat gasos.
W1(H1 – H*) = w6(H6 – H*) + w8(H8 – H*) +RΔHr + Qp Per la corrent 1 (gas a 93ºC): W1(H1 – H*) = 214333,35kcal/h Per la corrent 6 (gas a 93ºC): W1(H1 – H*) = 131388,92kcal/h Per la corrent 8 (líquid a 38ºC): W1(H1 – H*) = w8[cpg · (100 – 25) + (ΔH*) + cpl · (38 – 100)] -> W1(H1 – H*) = -69478kcal/h Substituint els valors de les entalpies en el balanç d’energia del sistema, es pot obtenir el calor perdut pel sistema que, com pot comprovar-se, ha de ser necessàriament negatiu: 0 = 214333,35 – 131388,92 – (-692478) + Qp – 82,67(-49,3 · 1000) -> Qp = 4851053,43kcal/h ...