Examen juny 2008 (0)

Examen Catalán
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Ciencias Ambientales - 2º curso
Asignatura Enginyeria ambiental
Año del apunte 0
Páginas 5
Fecha de subida 14/06/2014
Descargas 0

Vista previa del texto

Departament d’Enginyeria Química Edifici Q 08193 Bellaterra (Barcelona). Spain Tel: 93 581 10 18 Fax: 93 581 20 13 Universitat Autònoma de Barcelona INTRODUCCIÓ A L’ENGINYERIA AMBIENTAL Curs 2007-08 1a Convocatòria 9 de juny de 2008 Teoria (30 % nota) 1 hora. No es pot consultar cap tipus de material.
1. Calculeu les propietats del corrent resultant de la mescla de tres corrents d’aigua residual a partir de les propietats dels corrents individuals exposades a la taula següent: Corrent Cabal volumètric Densitat 3 (kg/m ) (m3/d) Cabal Tempe- Calor DQO màssic ratura específic (mg O2/l) (kg/d) (ºC) (kJ/ kg·ºC) A. Residual 1 75 1040 30 4500 2100 A. Residual 2 15 1026 60 3931 5480 A. Residual 3 120 1005 22 4200 400 Cor. mescla 2.
3.
4.
5.
1019 4290 Departament d’Enginyeria Química Edifici Q 08193 Bellaterra (Barcelona). Spain Tel: 93 581 10 18 Fax: 93 581 20 13 Universitat Autònoma de Barcelona INTRODUCCIÓ A L’ENGINYERIA AMBIENTAL Curs 2007-08 1a Convocatòria 9 de juny de 2008 Problema 1 ( 25 % nota) 1h 15 min. No es pot consultar la col·lecció de problemes.
De la neteja de la superfície d’una benzinera es genera un corrent de 200 l/dia d’aigua residual contaminada amb BTEX . Els components són benzè, toluè, etilbenzè i xilè amb concentracions de 115, 220, 80 i 30 mg/l, respectivament. Per depurar aquesta aigua s’ha instal·lat un reactor continu de tanc agitat de 50 litres i l’oxidació química d’aquests compostos es farà afegint H2O2 i irradiant amb llum ultraviolada. Les reaccions d’oxidació segueixen totes una cinètica de primer ordre (k C).
Les reaccions que tenen lloc i la seva constant cinètica es recullen a la taula següent: Component Reacció k (d-1) Benzè (C6H6) C6H6 + 15 H2O2 Æ 6 CO2 + 18 H2O 46 Toluè (C6H5CH3) C7H8 + 18 H2O2 Æ 7 CO2 + 22 H2O 17 Etilbenzè (C6H5CH2CH3) C8H10 + 21 H2O2 Æ 8 CO2 + 26 H2O 8.5 Xilè (C6H4(CH3)2 ) C8H10 + 21 H2O2 Æ 8 CO2 + 26 H2O 3.3 Calcula: a) El cabal molar de cada component en el corrent d’entrada al reactor.
b) El cabal molar de peròxid d’hidrogen que cal addicionar al reactor si s’afegeix un 10 % en excés respecte a l’estequiomètric.
c) El grau de conversió que s’assolirà per cada contaminant.
d) El cabal molar de cada contaminant i del reactiu en el corrent de sortida.
e) La DQO teòrica del corrent de sortida. Creus que es podria abocar a llera pública? Nota: Es pot suposar que no hi ha variacions significatives en els cabals volumètrics, ni del corrent d’entrada per l’addició del peròxid, ni del de sortida per la formació de diòxid de carboni, per tant són constants i iguals a 200 l/dia.
Departament d’Enginyeria Química Edifici Q 08193 Bellaterra (Barcelona). Spain Tel: 93 581 10 18 Fax: 93 581 20 13 Universitat Autònoma de Barcelona INTRODUCCIÓ A L’ENGINYERIA AMBIENTAL Curs 2007-08 1a Convocatòria 9 de juny de 2008 Problema 2 (1h, 20% de la nota) Per poder recuperar l’energia del biogàs cal eliminar-ne el sulfur d’hidrogen (H2S) ja que és un gas tòxic, corrosiu i que produeix òxids de sofre (SOx) en combustionar.
Una opció és la utilització de microorganismes que poden convertir aquest H2S en sofre elemental (S0).
Per fer-ho s’utilitza un reactor anomenat biofiltre percolador a través del qual es fa passar el gas a tractar i dins del qual es troben aquests microorganismes (figura 1). En aquest equip, es té una fase líquida en continua recirculació la qual es va renovant lentament amb un petit cabal de purga i aigua de renovació (nutrients essencials).
Biogàs tractat Aigua renovació 1,5 m 3m Biogàs fresc Purga En una depuradora han instal·lat un biofiltre com el de la figura, de 0,75 m de radi i 3m d’alçada de rebliment (volum útil del reactor).
El biogàs que produeixen, 100m3/dia, conté de mitjana 2500 ppm volumètriques (mesurades a 1 atm i 25 ºC) d’H2S.
Els de l’enginyeria que ha instal·lat l’equip han garantit que eliminaran el 99 % de la massa de sofre alimentat com H2S i que d’aquests kg de sofre entrats al reactor només un 25 % formarà sofre elemental (sòlid que s’acumularà).
També els han dit que en aquestes condicions, i necessitant només un mínim cabal d’aigua de renovació, el temps que trigaran a haver de parar l’equip per netejar el sofre elemental acumulat és superior als 10 anys, temps d’amortització de l’equip.
Al cap d’uns dos mesos de posar en marxa el reactor, l’encarregat de l’equip diu al seu cap de planta que han assolit el rendiment del 100% però que el període de garantia de 10 anys és fals.
a) Trobeu l’expressió que dóna la variació de la concentració de sofre (dins el reactor) en el temps, en g de S/m3 de reactor i determineu els kg de sofre que s’hauran acumulat al cap d’un any. Considereu que inicialment la concentració de sofre en el reactor correspon a 5 kg de S distribuïts homogèniament en tot el volum útil del reactor, i que el sofre elemental que surt amb el cabal de líquid és menyspreable degut al cabal de purga tan petit utilitzat.
b) Calculeu el temps real de vida útil del rebliment sabent que el pes màxim que pot suportar el material és de 25 kg de S/m3.
Dades: Pesos Moleculars H2S = 34; S0 = 32 Departament d’Enginyeria Química Edifici Q 08193 Bellaterra (Barcelona). Spain Tel: 93 581 10 18 Fax: 93 581 20 13 Universitat Autònoma de Barcelona INTRODUCCIÓ A L’ENGINYERIA AMBIENTAL Curs 2007-08 1a Convocatòria 9 de juny de 2008 Problema 3 (1h, 25% de la nota) Es volen transvasar 8 m3/h d’aigua a temperatura ambient des d’un dipòsit de subministrament (A) fins a la xarxa de distribució d’un municipi. Quina ha de ser l’alçada h d’aigua en el dipòsit si el sistema estudiat es representa segons l’esquema següent on el punt B representa la xarxa de distribució d’aigua? (considereu la descàrrega de la xarxa a pressió atmosfèrica) A h Vàlvula de comporta 10 m D= 3” 25 m 2m 2m B Vàlvula de seient D= 1.5” 25 m 13 m 4m 15 m Dades i notes: - Les propietats de l’aigua a temperatura ambient són: densitat:1000 kg/m3; viscositat: 1 cP.
- Els diferents diàmetres de canonada i llargada dels trams s’especifiquen a l’esquema anterior.
- Considereu que tots els colzes són de 90º.
- Per al càlcul de les pèrdues per fricció utilitzeu les dades de la taula següent: Trams rectes (diàmetre canonada) 3 polzades 1.5 polzades Accidents Colze 90º Reducció a 1.5 polzades Vàlvula comporta Vàlvula seient Factor fricció (f) 6·10-3 5.75·10-3 K 0.75 0.56 0.17 9 ...