Probleme anul III

1. Sa se calculeze fora motoare n faza gazoasa la varful coloanei pentru absorbia amoniacului n apa la temperatura t=20oC. Se dau:

- presiunea parial a amoniacului n faza gazoasa: pA,g=0.04 atm; - concentraia amoniacului n apa n care are loc absorbia xA=0.001; - constanta lui Hendry: H=2.74 atm.

2. ntr-o coloan pentru absorbia n apa a SO2 din aer concentraia fazei gazoase care parasete un taler teoretic oarecare este: y=10% vol SO2. Absorbia se face la temperatur constant (t=50oC) i presiunea atmosferic. Coeficientul total la transfer de masa raportat la faza gazoas este Kg=1 kmol/m

2hatm. tiind c 47% din rezistena total la transfer este localizat n faza gazoas s se determine coeficienii pariali de transfer de mas n cele dou filme.

3) Sa se calculeze coeficienii totali de transfer de masa Kg i Kl pentru absorbia SO2 n apa. Se dau: coeficientul parial de transfer de mas n filmul gazos, kg=83.2 kg/m

2h atm;

coeficientul paial de film lichid, kl=0.438 kg/m2h kg/m

3; panta liniei de echilibru

m=3.1510-4atm/kg/m3. Rezolvare

kg

m2h

kg

m3

atm

kg

m3

kg 83.2kg

m2h atm

kl 0.438m 3.1510

4

Ky1

1

kg

m

kl

kg

m2h atm

Ky 78.503

kg

m2h

kg

m3

Kl

1

1

kg m

1

kl

Kl 0.025

Se observa ca rezistenta cea mai mare la transferul de masa este in faza l ichida

4) Sa se calculeze debitul de ap necesar pentru absorbia amoniacului dintr-un amestec NH3-aer, coninnd y1=0.072 amoniac. Gradul de absorbie al amoniacului n coloana este de =98%. Debitul gazelor este Gv=6100 Nm

3/h. Concentraia amoniacului n ap la ieirea din coloan este 82.6% din concentraia de echilibru corespunatoare (X1

*). Se da

ecuaia curbei de echilibru: Y*=11.568 X1.546 n care Y*, X reprezinta rapoartele molare ale amoniacului n faza gazoasa i respectiv, lichida.

5) Intr-o coloan de absorbie cu talere se reine acetona din aer utiliznd ca lichid de absorbie apa. Se dau:

- debitul de gaze: G=1000 Nm3/h; - fracia molar a acetone la intrarea n coloan : y1=0.05; - concentraia acetonei n ap la baza coloanei: c1=5% (greutate); - concentraia acetonei n ap la intrarea n coloan: c2=0.2% (greutate); - ecuaia curbei de echilibru: Y= 1.68X.

S se determine numrul de talere teoretice i reale considernd eficacitatea talerului =0.4.

6) O cantitate de 100 kmol amestec benzen-toluen coninnd 70% mol benzen este supus distilrii simple pn cnd concentraia amestecului ajunge la 20% mol benzen. Se cere s se determine cantitatea final Lf de amestec i concentraia distilatului obinut. Volatilitatea relativa a amestecului este =2.4.

Rezolvare: Se aplica ecuatia:

0

00

1

1lglg

1

1lg

x

x

x

x

L

L f

ff

Se calculeaza termenul din dreapta:

2.4 xo 0.7 xf 0.2 Lo 100

A1

1log

xo

xf

log1 xf

1 xo

A 1.119

LfLo

10A

Lf 7.606 kmol

7) Un amestec benzen- toluen- fierbe la temperatura de 950C si la presiunea de 760 mm

col de Hg. La aceasta temperatura presiunile vaporilor saturanti ai benzenului si

toluenului sunt Pb=1167 mm Hg si Pt=480 mm col Hg. Sa se calculeze compozitia

amestecului de fierbere, considerand ca acesta are o comportare ideala.

Rezolvare: Se aplica conditia pentru punctul de fierbere a unui amestec, considerand

amestecul ideal.

btbb xPxPp 1 Cum toate presiunile sunt date in mm col Hg nu se mai fac alte transformari.

Din inlocuire rezulta xb=0.408, iar xt=1-0.408=0.592. Amestecul care fierbe in conditiile

date contine 40.8% benzen (procente molare) si 59.2% toluen (procente molare).

8) Sa se calculeze compozitiile la echilibru ale lichidului si vaporilor, pentru amestecul

alcool metilic apa la temperatura de 500C: a) la presiunea de 300 mm Hg; b) la presiunea

de 320 mmHg considerand ca amestecul respecta legea lui Raoult. Constantele Antoine

pentru cele doua substante sunt: pentru metanol: A= 8.07246, B=1574.99, C=233.86, iar

pentru apa A= 8.07131 B= 1730.63 C= 233.426

)1(*2*1 11 xPxPp

21

21

PP

Ppx

A1 8.07246 B1 1574.99 C1 233.96t 50

A2 8.07131 B2 1730.63 C2 233.426 p1 300 p2 320

P1 10

A1B1

C1 t

P1 335.691 mm col Hg

P2 10

A2B2

C2 t

P2 92.3 mm col Hg

x1p1 P2

P1 P2

x1 0.853

x2 1 x1 x2 0.147

x11p2 P2

P1 P2 x11 0.936

x22 1 x11 x22 0.064

9) 1000 kmol de amestec binar benzen-toluen continand 30% procente molare benzen se

supune distilarii simple la presiunea atmosferica. Sa se determine cantitatea si compozitia

distilatului, daca reziduul contine 18% benzen. Volatilitatea relativa a amestecului este

=2.5.

10) Pe unul din talerele unei coloane de rectificare din zona de concentrare se afla un

lichid care contine 65% procente molare de compus usor volatil. Sa se determine

compozitia vaporilor si lichidului care vin si pleaca de pe taler, daca acesta este un taler

ideal. Volatilitatea relativa a amestecului este =2. Coloana lucreaza cu o ratie de reflux L=2.5 kmol reflux/kmol distilat. Compozitia distilatului este 98% compus usor volatil

(procente masice).

11) Intr-o coloana de rectificare cu functionare continua xd=0.9 si xf=0.3. Ratia de reflux

este L=8. Sa se determine compozitia vaporilor care vin pe talerul pe care lichidul contine

0.75 compus usor volatil. Volatilitatea relativa a amestecului este =2.5.

12) Un amestec echimolecular de heptan A i octan B la temperatura de 27oC este supus distilrii la echilibru la presiunea de 1 atm n scopul vaporizrii a 60% din amestecul iniial. Volatilitatea relative aa mestecului este =2. Se cere s se determine: compoziia lichidului i vaporilor obinui.

13) O cantitate de 10000 kg de aceton-ap coninnd 35% greutate aceton se supune distilrii simple pn cnd reziduul conine 5% greutate aceton. S se calculeze cantitatea de reziduu obinut i compoziia final a distilatului. Volatilitatea relative a amestecului este =3.

14) Intr-o coloan de rectificare cu funcionare continu se rectific la presiunea atmosferic 100 kmol/h amestec benzen-toluen coninnd 44% mol benzen i restul toluen: distilatul trebuie s conin 96.5% mol benzen, iar reziduul 97.7% mol toluen. Se cere s se determine:

1. debitele produselor de distilare; 2. concentratia lichidului si vaporilor pe talerul theoretic n=3, pentru un reflux de

lucru L=2.5 Lm;

3. numrul talerelor reale considernd eficacitatea E=0.6 si cunoscand numarul talerelor teoretica ca fiind egal cu 12.

4. debitul apei de rcire n condensator, cunoscandu-se caldura de vaporizare a distilatului 3.10

7 J/mol.

15) O coloan de rectificare separ un amestec etanol-ap cu compozitia xf=0.174 mol C2H2OH. Coloana are 9 talere. Compozitia distilatului obtinut este xD=0.78, iar a

reziduului xw=0.02. S se determine eficiena global a talerelor coloanei, precum i numrul talerului de alimentare. Refluxul coloanei este L=3.55 kmol/kmol de distilat. Volatilitatea relativa a amestecului este =3.5. Starea termica a limentarii este q=1.

16) Sa se determine densitatea unui m3 de aer umed la 20

0C si 102 kN/m

3 avand un

continut de umiditate de 0.0152 kg umiditate/kg de aer uscat.

17) Se da un amestec echimolecular format din doi acizi grasi saturati. Sa se determine:

compozitia in faza de vapori, daca presiunea de lucru este 1.33 kN/m3. Amestecul se

considera ideal. Se va considera volatilitatea relativea =2.4.

18) Un amestec de CO2 si aer contine 15% CO2 in volume. Sa se determine continutul de

CO2 din amestec in procente de masa, ca raport masic si presiunea partiala a dioxidului

de carbon din amestec, daca presiunea totala este de 500 kN/m2.

19) Un amestec F=120 kmol/h a doi componenti cu volatilitatea relativa =3 si care contine xf=0.4 mol de compos usor volatil este supus operatiei de rectificare. Distilatul

obtinut are o compozitie xd=0.998 de compus usor volatil, iar reziduul are xw=0.015

fractie molara a compusului usor volatil. Refluxul coloanei este cu 10% mai mare decat

refluxul minim. Sa se calculeze refluxul minim daca starea termica alimentarii este q=1.

Sa se calculeze refluxul de lucru si concentratia lichidului si vaporilor pe talerul theoretic

3 al coloanei.

20) O cantitate de 1200 kg de material umed cu umiditatea intiala u1=0.5 kg de

umiditate/kg de material umed se usuca intr-un uscator pina la umiditatea finala u2= 0.1

kg de umiditate/kg de material umed. Sa se afle cantitatea de umiditate indepartata din

material.

21) ntr-un utilaj de transfer de masa cu contactare in trepte (coloana cu talere) se realizeaza un proces de absorbtie. Contactarea gaz-lichid se face la temperatur constant (t=50

oC) i presiunea de 3 atm fizice. Coeficientul total de transfer de masa raportat la faza gazoas este Ky=1 kmol/m

2hy. tiind c 47% din rezistena total la transfer este localizat n faza gazoas s se determine coeficienii pariali de transfer de mas n cele dou filme. Relatia de echilibru intre cele doua faze este de forma pA=HxA, unde p este presiunea partiala a componentului in faza gazoasa in echilibru cu gazul din lichid, xA

este fractia molara a componentului A in lichid. Constanta H la temperatura de lucru are

valoarea 0.566x106 mmcolHg.

Rezolvare: Rezistenta in faza gazoasa este data de rg=1/ky, iar rezistenta totala raportata

la faza gazoasa este Rg=1/Ky. Cum rg reprezinta 0.47 din Rg, rezulta ky=Ky/0.47.

ky=2.128 kmol/m2hy

Se aduce relatia de echilibru sub forma y=mx

xxP

py 246.248

3760

10566.0 6**

Din formula generala a coeficientului de transfer raportat la faza gazoasa:

xyy k

m

kK

11

Se poate determina kx

kmol

m2h x

kx 468.388