Appunti Chimica Industriale - Modulo 1

IN EQ

6 6−− = ?

6 14

13

13 = ?

2 13 − +

6 14

6 = 90% ′

1

−

6 14

6 +

=

6

− −

2

−

2

19 19 − 2 1

0 6

( ) ∙

∆

6 14 2

= exp (− )=

1

1 6

∙ ( )

2 13

(13 − + )

0 2

∙ ∙ (19

∆ − 2)

6

2 2 2 2

= exp (− )= = = ∙

2

(19 (6

∙ ∙ − 2) − − )( − )

2

2 2

1

6

= =

1

6 14 +

[6 (6

− − − )]

6 1 1

6

= =

1

6 14 6

6∙6 23

7.4. Gassificazione del Carbone = 0.9

= 0.8

2

Reattore all’equilibrio

+ ⇄ + → ℎ

2 2

+ ⇄ + → ℎ

2 2 2

+ 3 ⇄ + → ℎ

2 4 2

IN EQ

100 100 −

300 300 − − +

2

− −−

− + − 3

2

−

4

−

2

400 400 − 2

−

= = 0.9 → = 90

ℎ

2

= = 0.8 → −0.2 = − 3

2 − + − 3 −−

0 ∙

∆ ∙ ∙ 300 − 2 + 300 − 2 +

2 2

−

= exp ( ) = = = = 5 ∙ ( )

300 − − +

2 2 300 − 2 +

.

e per trovare i parametri e Una volta fatto questo, bisogna verificare se i

Si mettono a sistema

2 =

parametri trovati rispettano le condizioni di equilibrio. Per fare ciò, si verificano le uguaglianze per

ogni reazione di equilibrio. 24

7.5. Produzione di Metanolo da Gas di Sintesi

= 0.95

2% 3 4 0.5% 3 4

2

+ 2 ⇄

2 3

Bilancio su tutto l’impianto:

4

= 100 − 95% 100 =5

ℎ ℎ ℎ

Bilancio sull’elemento carbonio:

4 4 4 4

1 4 4

= 100 → = + → = − = 95

ℎ ℎ

3 3

= = 95

3 3 ℎ

Bilancio sull’elemento idrogeno:

1

= 2 × 200 → 400 = 2 + 4 × 95 → = 10

ℎ ℎ

2

Bilacio sul separatore: 4

4

3 3 2

= =5 × 50 = 250 → = = 10 × 200 = 2000

0.02 ℎ ℎ 0.005 ℎ ℎ

2

5 3 4 5 3 4

= − = 245 → = − = 1990

ℎ ℎ

2 2 2

Bilancio sul mixer:

2 5 1

= + = 245

ℎ

Bilancio sul separatore: 2 3

−

5

= = 0.275

2

25

8. Reazioni con Calore

Il bilancio di energia ci occorre per individuare i calori e le temperature di tutte le correnti in ingresso e in

uscita. La prima cosa da fare è sempre individuare il volume di controllo.

Definiamo ed , rispettivamente, l’entalpia in ingresso e in uscita dal volume di controllo.

Imposto il primo principio della termodinamica: +=

−=

{

∆ = − → : +=

−=

Il primo principio della termodinamica vale sia in presenza che in assenza di reazione chimica all’interno del

volume di controllo.

Possiamo analizzare diversi casi:

• Sistema Adiabatico = 0 → ∆ = −

E se non ci sono organi meccanici in movimento:

∆ = 0

• Sistema con Lavoro Nullo = 0 → ∆ = 26

8.1. Steam Reforming di Gas Naturale = 1 /ℎ

4

= 4 /ℎ

2

= 0.8

4

= 70%

Nel reattore non sta avvenendo la sola reazione desiderata:

) + ⇄ + 3

4 2 2

) ⇄ () + 2

4 2

IN OUT

1 1−−

4

4 4−

2

3 − 2

2

5 5 + 2 +

:

Sfruttiamo le definizioni di conversione e selettività per individuare e

(1

1 − − − )

= = + = 0.8

= 0.56

4 1

{ {

→

= 0.24

= = = 0.7

(1

− − − ) +

Con questo abbiamo conluso i bilanci di materia, passiamo ora ai bilanci di energia.

Consideriamo un generico percorso termodinamico conoscendo la temperatura di riferimento (25°C):

∆ = ∆ + ∆ + ∆

1 2 3

∆ =

1

∆ = ̇ [∫ ] + ̇ [∫ ]

1

4 4 2 2

∆ =

2 0 0

∆ = ∆ + ∆

2 25° 25°

∆ =

3

∆ = ̇ [∫ ] + ̇ [∫ ] + ̇ [∫ ]

3

2 2

27

8.2. Idrodesolforazione dell’ Etantiolo

) + ⇄ + ()

3 2 2 2 6 2

Solitamente questa reazione avviene in un reattore adiabatico; i dati per questo particolare caso sono

riportati di seguito:

= 2 ;

̇ = 1 /ℎ;

3 2

̇ = 1 /ℎ;

2

̇ = 98 /ℎ;

4

0

∆ < 0.

,150°

Quant’è il massimo grado di conversione dell’etantiolo? E quant’è la temperatura di uscita?

IN OUT

1 1−

3 2

1 1−

2

98 98

4

2 6

2

100 100

Il grado di conversione massimo sarà disponibile all’equilibrio:

0 2

∙

∆

2 6 2

= exp (− )= = =

(1

∙ − )(1 − )

2 5 2

∆ = − = 0

∆ = ∆ + ∆

1 2

0

∆ = ∆

1 ,150°

4

{

→

∆ = ∑ ̇ ∫

2

=1

{ =

Possiamo risolvere questo problema anche per via grafica: 28

8.3. Processo di Fischer-Tropsch del Petrolio

11 1

) + ⇄ +

2 5 12 2

5 5

) + ⇄ +

2 2 2

Dati: = 10 ;

̇ = 6 /ℎ;

̇ = 13 /ℎ;

2

= 200°.

IN OUT

6 6−−

13 13 − 11 +

2 1

5 12

5

−

2

2

19

Troviamo a e b dall’equilibrio termodinamico: 1/5

1/5

0 ∙

∆

2

5 12

= exp (− )=

11/5

1 11/5

∙

2

0 ∙

∆

2 2

= exp (− )=

2 ∙

2

A questo punto abbiamo 2 equazioni in tre incognite, manca il bilancio di energia:

∆ = ∆ + ∆ + ∆

1 2 3

Esplicitando i termini di questa equazione ottettiamo una terza equazione che ci permette di risolvere il

,

problema trovando e .

Fatto ciò, è possibile ricavare la selettivit&