Ispitni Zadatak Iz OHTS- Amina Sarvan

7/25/2019 Ispitni Zadatak Iz OHTS- Amina Sarvan

1/11

UNIVERZITET U TUZLITehnoloki fakultetHemijsko inenjerstvo

Ispitni zadatak

Predmet !snove hemijsko"tehnolokih sistemaProfesor dr#s$#%idhat &uljkanovi'( red#)rof#

&tudent&arvan *mina

Tu+la(maj(,-./#


2/11

Zadatak

Industrijski )ro$es hidrata$ije dietiletera u etilalkohol )rovodi se u kataliti0kom reaktoru )ri,1-23( i )ri )ritisku .#4 5ar( i u reaktoru )ored osnovne

(C2H5 )2 O+H2O2C2H5OH

)roti0e i s)oredna reak$ijaC

2H

5O H C

2H

4+H

2O

Pro$esni tok reaktanata je smjea eterskih )ara i vodene )are( sa molskim odnosom eter voda6. .#4#Pro$es u reaktoru i+vodi se u i+otermskom reimu )ri tem)eraturi ,1- -3 i )ritisku .#4 5ar# *koras)olaete slijede'im )oda$ima

" tem)eratura toka te0no7 etera( is)red is)ariva0a( ,--3" eterske )are se 7eneriu )ri )ritisku .#4 5ar" vodena )ara je na )ritisku .#4 5ar i tem)eraturi 44--3" )rinos alkohola u odnosu na uvedeni eter 84 kmol9kmol" sadraj etera u )ro$esnom toku )rodukata :#14 mol#;

utvrditi tem)eraturu toka reaktanata( is)red kataliti0ko7 sloja( to)linski tok koji se i+mijenii+mea)a$itet reaktora je .---- t97odina etanola#

RjeenjePro$esna ema


3/11

>om)onentama )ro$esnih tokova dodijeljene su sljede'e o+nake

." (C2H5 )2 O ? ,"H,!? =" C2H5OH ? :" C2H4

Pola+ni )oda$i

@A

.

uly

61

1+1.5=0.4

@A

,

uly

61.5

1.5+1=0.6

@A.izy6-#-:14

m6.---- t97od etanola6..:.#44 k79h B

=m

6M

=24.82 kmol /h

%A C2H5OH @6:/ k79kmol


4/11

C6-#84 kmol9kmol uvedeno7 etera

MATERIJALNI BILANS:

Dedna0ina materijalno7 5ilansa u odnosu na eter@A

..(

@A

.

iz

iz

I

R

ul

ul ymmym =

A.@

Dedna0ina materijalno7 5ilansa u odnosu na vodu@A

,=(.(

@A

,

iz

iz

II

R

I

R

ul

ul ymmmym =+

A,@

Dedna0ina materijalno7 5ilansa u odnosu na etanol@A

==(.(, iz

izIIR

IR ymmm =

A=@Dedna0ina materijalno7 5ilansa u odnosu na etilen

@A

:=(

iz

iz

II

R ymm =

A:@

Uku)ni materijalni 5ilans

ulm+

II

Rm =(

=izm

(5)

Prinos alkohola u odnosu na uvedeni eter

=

(6)

Broj stepeni slobode sistema jednaina


5/11

U sistemu jedna0ina od A.@ do A4@ fi7urie .. )romjenjivih

@A

:

@A

=

@A

,

@A

.

@A

,

@A

.

=(.(

(((((

((((

izizizizulul

II

R

I

Rizul

yyyyyy

mmmm

Pa )roi+la+i da je 5roj ste)eni slo5ode 6.."/64

Tekstom +adatka +adane su vrijednosti +a sljede'e varija5le

@A

.

ul

y (izm

F

@A

=

iz

y (

@A

.

@A

, (

izul

yy (

)aslijedi da je 5ilansni +adatak korektno s)e$ifi$iran #

*l7oritam +a rjeavanje sistema od 4 jedna0ina sa 4 ne)o+natih

I+ rela$ije A/@ se ra0unaulm

6G,#8= kmol9h

I+ rela$ija A.@ (A=@ i A4@ kao sistem od tri jedna0ina sa tri ne)o+nate se ra0una

I

Rm .(

6,8#8G4

kmol9h (

izm

6..=#// kmol9h i

II

Rm .(

6=-#1= kmol9h

I+ rela$ije A,@ ra0unamo

@A

,

izy

6-#:/=/

I+ rela$ije A=@ ra0unamo

@A

=

izy

6-#,.G:

I+ rela$ije A:@ ra0unamo

@A

:

izy

6-#,8,.

Parametri na ula+u u reaktor Parametri na i+la+u i+ reaktora

veli0ina vrijednost jedini$a veli0ina vrijednost jedini$aulm G,#8= kmol9h izm

..=#// kmol9h

@A

.

uly -#:

molskihudjela

I

Rm .( ,8#8G4 kmol9h

@A

,

uly -#/molskihudjela

II

Rm

=(

=-#1= kmol9h

@A

.

izy -#-:14molskihudjela

@A

,

izy -#:/=/ molskih udjela

@A

=

izy -#,.G: molskih udjela

@A

:

izy -#,8,. molskih udjela


6/11

2.ENERGETSKI BILANS:to se ti0e ener7etsko7 djela 5ilansa ( )ro$esne jedini$e 'emo )osmatrati )ojedina0no # Prvora0unamo ener7etski 5ilans is)ariva0a

>ako je is)aravanje etera na )ritisku od .#4 5ar i+ *noanove rela$ije ra0uno tem)eraturu #

lnp B t=46.05 !

Ta5ela.>onstante +a *ntoanovu rela$iju >om)onenta * 3

(C2H5 )2 O 1#:/,/ ,4..#,1 ":.#14

>ao referentne uslove u+imamo tem)eraturu te0no7 toka etera ( ,- 23 i te0no stanje i slijedi da jeHulaz=0 i ula+ni )rotok jednak je i+la+nom #

2."En#$%#tski &i'ans ispa$i(a)a'e 5iti sljede'i izm

FHulaz

JKtr6izm

FHizlaz

Ental)iju i+la+no7 toka ra0unamo na osnovu )olinomalne rela$ije H

izlaz=CPGA+CPGBT+CPGC T

2+CPGD T

3

# Vrijednosti 3P*(3P(3P3 i3PM )reu+eli smo i+ inenjerske literatureATa5ela ,#@Ta'a2:>onstante +a )olinomalnu rela$iju(+a ra0unanje ental)ije

>!%P!NENT*

3P* 3P 3P3 3PM 3PL* 3PL 3PL3 3PLM

(C2H5 )2 O ,.#:,: =#=4G10

1".#-=4

104

"1#=48F10

9=1#=G8 G#G=,

101

",#G=:10

3:#.G-

10

H,! =,#,:= .#1,=10

3.#-44

105

"=#41/10

9.G#,1/ :#8,.

101

".#==110

3.#=.:

10

C2H5OH 1#-.: ,#.:-10

1 "G#=1-10

5 .#=8=10

9 " " " "

C2H

4 =#G-/ .#4/410

1"G#=:G

105

.#84410

8

" " " "


7/11

i sada moemo da ra+vijemo inte7ral

Hizlaz=+Tref

T

(CPGA+CPGBT+CPGCT2+CPGD T3 ) dT 6=:4==#/:., kD9kmol

kmolkJTT

TTHvHv

nvrC

refCTnvr 98:1.#==/G1G#=-88#://

.4#,1=8#://,/8.,

=G#-=G#-

.

,-

. =

=

=

T$"kriti0na tem)eratura etil eteraTnvr"Normalna vrelina tem)eratura etil etera

TnvrHv.

"Ental)ija is)ravanja na normalnoj vrelinoj tem)eraturi APreu+eto i+ knji7eProjektiranje )ro$esnih )ostrojenja( #ef i O#!luji'@

Ktr 6ulm

F

@A

.

uly

FHizlaz=82.7304 0.4 34533.6412=1142792.78kJ/h

Pm

6

3

Qtr

Ental)iju konde+a$ijeVH

o0itali smo i+ ta5ela +a vodu i vodenu )aru ( na )ritisku od = 5ara

kako je +adato u formula$iji +adatka #

2.2En#$%#tski &i'ans *+#,a)a :

.m

FH

1

J,m

FH

2

6=m

FH

3

k!m 9-1,./#==. =

k!m 9/=G,:#:1, =

Ktr je jednak nuli jer su adija5atski uslovi ( mjeanje se i+vodi u direktnom kontaktu #>ao referetni uslovi u+eti 'emo tem)eraturu eterskih )ara koje ula+e u mjea0 (:/#-4 23 i 7asno

stanje te slijedi da je H1=0 # Ental)iju toka vode i+ra0unati 'emo na sljede'i na0in i+

inenjerskih )riru0nika o0ita'emo vrijednosti +a vodu 3PL*(3PL#3PL3(3PLM Ata5ela#,@

i uvrstiti u rela$iju


8/11

CPGA+CPGBT+CPGCT2+CPGD T3

()dT+

H2=

Tref

T

te vrijednost ental)ije

H2=18250kJ/kmol

&ada nakon to smo i+ra0unali ental)iju toka vode sasvim jednostavno moemo i+ra0unati

ental)iju mjeano7 toka koji i+la+i i+ reaktora i ona i+nosi H3=10950 kD9kmol

En#$%#tski &i'ans $#akt-$a :

U formula$iji )ro5lema trai nam se tem)eratura toka koji ula+i u reaktor i nju 'emo do5iti i+

sljede'e rela$ije H3= yeterulaz

+ yodaulaz

( kako nam su nam udjeli ve' )o+nati i+ materijalno7

5ilansa te i+ )riru0nika u+memo vrijednosti 3P*(3P(3P3 i 3PM +a vodu i eterATa5ela,#=@i uvrstimo u )olinomalnu rela$iju +a ra0unanje ental)ije

Tref

T

(CPGA+CPGBT+CPGCT2+CPGD T3 ) d T s tim da ental)ija toka +a eter mnoi se sa

udjelom kao i ental)ija toka +a vodu ( i kako +namo ental)iju toka koji ula+i u reaktor sasvimjednostavno moemo do'i do adija5atske tem)erature reak$ije tj# tem)erature toka koji ula+i ureaktor #


9/11

Mo traene tem)erature do'i 'emo na sljede'i na0in ( u Polmath A u solver +a rjeavanjenelinearnih jednad5i @ uku$ati 'emo sljede'u rela$iju

f(T)= H- ((0.4* h1)+ (0.6* h2))h1= 21.424* (T- 319.2)+ 0.3358/ 2* (T^ 2- 319.2^ 2)- 1.035e-4/ 3* (T^ 3- 319.2^ 3)- 9.537e-9/ 4

* (T^ 4- 319.2^ 4)h2= 32.243* (T- 319.2)+ 1.923e-3/ 2* (T^ 2- 319.2^ 2)+ 1.055e-5/ 3* (T^ 3- 319.2^ 3)- 3.596e-9/ 4* (T^ 4- 319.2^ 4)

T(max)= 10000T(min)= 273.15

H= 10950

Re+ultat Calculated values of NLE variablesSolution #1 of 2

Variable Value f(x) Initial Guess

1 T 464.8141 -1.091E-11 5136.575 ( 273.15 < T < 10000. )

Variable Value

1 h1 1.986E+04

2 h2 5010.96

3 H 1.095E+04

Traena tem)eratura je .1.#//:. 23Ener7etski 5ilans reaktora

H3

:H"r"tr =++

Ma 5i smo i+ra0unali transferirani to)linski tok )otre5no je )o+navati ental)ije nastajanja

kom)onenti u )arovitoj fa+iATa5ela,#:@ kao i to)linu reak$ije Kr # Prvo ra0unamo to)linu

reak$iju kao sumu to)line )o )rvoj i dru7oj reak$iji )a na osnovu te vrijednosti i ental)ije

ula+no7 toka koju smo i+ra0unali i+ ener7etsko7 5ilansa mjea0a i na osnovu ula+no7 )rotokara0unamo trasnferirani to)linski tok #


10/11

Ta'a2.4:Enta'pi+# nasta+an+a k-*p-n#nti:

.(QfH

AkD9mol@eter

,(QfH

AkD9mol@voda

=(QfH

AkD9mol@etanol

:(QfH

AkD9mol@eten

",4.#/ ",8=#8 ",=:#: 4,#.8

I

RHQ

6,F

=(

QfH .(

QA fH

J,(

QfH

@64/#4kD9kmolII

RHQ

=

:(QfH

/

@Q,(fH =(

QfH

6.,#G8kD9kmol&)e$ifi0ni to)linski efekti u odnosu na metanol )roi+ila+e i+ rela$ija +a )romjenu ental)ija

sistema usljed )roti$anja hemijske reak$ije# A.=I,

II

=1)

I

I

RI H

#

Q

.

=

II

II

RII H#

Q.

=

kD9kmol4#4/. =I#

mol".,#G8kD9k6.II#

=R" kJ#m#m IIII

R

II

R 91,./#.1/8..(..( =+

Ental)iju toka )rodukata ra0unamo tako to u Polmath Anelinearni rjeava0@ uku$amo

H4= y1* h1+ y2* h2+ y3* h3+ y4* h4y1= 0.0495y2= 0.4636y3= 0.2184y4= 0.2721h1= 21.424* (563.15- 464.8141)+ 0.3358/ 2* (563.15^ 2- 464.8141^ 2)- 1.035e-4/ 3* (563.15^ 3-464.8141^ 3)- 9.537e-9/ 4* (563.15^ 4- 464.8141^ 4)h2= 32.243* (563.15- 464.8141)+ 1.923e-3/ 2* (563.15^ 2- 464.8141^ 2)+ 1.055e-5/ 3* (563.15^ 3- 464.8141^ 3)- 3.596e-9/ 4* (563.15^ 4- 464.8141^ 4)h3= 9.014* (563.15- 464.8141)+ 0.2140/ 2* (563.15^ 2- 464.8141^ 2)- 8.390e-5/ 3* (563.15^ 3-464.8141^ 3)+ 1.373e-9/ 4* (563.15^ 4- 464.8141^ 4)h4= 3.806* (563.15- 464.8141)+ 0.1565/ 2* (563.15^ 2- 464.8141^ 2)- 8.348e-5/ 3* (563.15^ 3-464.8141^ 3)+ 1.755e-8/ 4* (563.15^ 4- 464.8141^ 4)


11/11

e!"#$a$%

Calculated values of explicit variables

Variable Value

1 h4 6345.436

2 y1 0.0495

3 y2 0.4636

4 y3 0.2184

5 y4 0.2721

6 h1 1.625E+04

7 h2 3494.29

8 h3 9534.864

9 H4 6233.513

Traena ental)ija i+nosi/,==#4.= kD9kmol

>ako se to)lina odvodi u okolinu vijednost Ktr 'e 5iti u minusu # t$ =120".346kJ=122.27

Documents

Ispitni Zadatak Iz OHTS- Amina Sarvan