Ασκηση 1. Λύση. Ισοζύγιο CO 2 : Ισοζύγιο Άλλα :

Transcript

1 Ασκηση 1 Σας ζητείται να μετρήσετε το ρυθμό εκπομπής απαερίων από μια καμινάδα. Τα απαέρια εισέρχονται στη βάση της καμινάδας με περιεκτικότητα CO :.1%. Καθαρό CO διοχετεύεται επίσης στη βάση της καμινάδας με ρυθμό 4 kg/min. Εσείς μετράτε τη συγκέντρωση CO στην έξοδο της καμινάδας και τη βρίσκετε 3.%. Υπολογίστε το ρυθμό εισόδου και εξόδου (σε kg/min) των απαερίων στην καμινάδα. Ισοζύγιο CO : Ισοζύγιο Άλλα : 0.01 F = P F = P P = 8,10Kg mole / min F = 8,01Kg mole / min

2 Ασκηση Ένα αυτοκίνητο με μάζα 500 lb που τρέχει με 55 μίλια/hr εφαρμόζει τα φρένα και σταματά. Τα φρένα ψύχονται μεταφέροντας τη θερμότητα που ανέπτυξαν στο περιβάλλον. Υπολογίστε αυτή τη θερμότητα σε Btu. Q = K K = 0 = K K ( 500lb ) K1 = mu = m Βάση: Αυτοκίνητο 55mile hr 500 lbm 1hr 580 ft 3600sec 1mile Q = 0 35 = 35Btu φεύγει θερμότητα από το σύστημα The British thermal unit (symbol Btu) is a traditional unit of energy equal to about 1055 joules. It is approximately the amount of energy needed to heat one pound of water by one degree Fahrenheit. The unit is most often used as a measure of power (as Btu/h) in the power, steam generation, heating and air conditioning industries, and also as a measure of agricultural energy production (Btu/kg).

3 Ασκηση 3 Ένα ατσάλινο δοχείο έχει όγκο 00 m3 και είναι γεμάτο με άζωτο στους ο C και σε κανονική ατμοσφαιρική πίεση. Αν αφεθεί ανοικτό το δοχείο και θερμανθεί στους 00 ο C υπολογίστε το κλάσμα από το αρχικό άζωτο που μένει στο δοχείο. Αρχική συνθήκη Τελική συνθήκη T 0 1 = C = 95K T 00 0 = C = 473K P = 1 1atm P = 1atm 3 3 V 1 = 00m V = 00m n 1 n P1 V = = = 8, 6Kg mole R T 0, = = 5, 15Kg mole 0, ,15 Το κλάσμα N που μένει είναι: = 6% μένει 8,6

4 Άσκηση 4 Ένα µίγµα CH 4 C 3 H % κ.β. χρησιµοποιείται ως εναλλακτικό «καθαρό» καύσιµο σε µηχανές εσωτερικής καύσης. Υποθέτοντας ότι η βενζίνη είναι καθαρό υγρό C 8 H 18 και µη λαµβάνοντας υπόψη άλλες τεχνικές αδυναµίες, τεκµηριώστε ποιό από τα δύο καύσιµα υπερτερεί ενεργειακά. ίνονται: Η f 98 (CH 4 ) (g) = - 75 KJ/g-mole Η f 98 (C 3 H 8 ) (g) = KJ/g-mole Η f 98 (C 8 H 18 ) (l) = - 69 KJ/g-mole CH 4 (g) + O (g) CO (g) + H O (l) 0 0 [ H f ( CO ) + H f ( H Ol )] [ H f ( CH )]= [ ( 86) ] [ 75] = 891KJ = 55 KJ CH 4 0 H = 4 = g mole g C 3 H 8 (g) + 5O (g) 3CO (g) + 4H O (l) H 0 = KJ = 50,5 KJ C3H g mole g 8 C 8 H 18 (l) + 5O (g) 16CO (g) + 18H O (l) 0 H = KJ = 47, 7 KJ g mole g βενζίνης ,5 > 47,7 άρα το μίγμα υπερτερεί της βενζίνης

5 Άσκηση 5 Σε μια βιομηχανική διεργασία κρυσταλλοποίησης 6500kg υδατικού διαλύματος άνυδρου θειϊκού νατρίου (Na SO 4 ) συγκέντρωσης 30% κβ ψύχονται από τους C στους 0 ο C για να κρυσταλλωθούν στο επιθυμητό προϊόν (κρυστάλλους ένυδρου θειϊκού νατρίου, Na SO 4 10H O). Μετά την κρυσταλλοποίηση η συγκέντρωση του Na SO 4 στο τελικό διάλυμα που προκύπτει είναι 0% κβ. Πόση είναι η μάζα αυτού του διαλύματος; Ολικό ισοζύγιο : Ισοζύγιο Na SO 4 : F = 6500 = M + P (A) 0, = 0, M + 0, 441 P (B) (A), (B) P =.697Kg M = 3,803Kg

6 Άσκηση 6 Μια διάταξη αφύγρανσης με χρήση silica gel απομακρύνει 1000Kg H O/hr. Στη διάταξη εισάγεται «υγρός» αέρας 55 ο C με σημείο δρόσου 6,5 ο C. Ο «ξηρός» αέρας εξέρχεται της διάταξης με θερμοκρασία 3 ο C και σημείο δρόσου 7, ο C. Η πίεση του συστήματος διατηρείται σταθερή στα 100kPa. Υπολογίστε τον όγκο του «υγρού» αέρα που εισάγεται στη διάταξη. P * HO (6,5 o C)=3,50kPa P * HO (7, o C)=1,0kPa Ισοζύγιο Air: 0,965 F = 0, 9898 P H O: 0,035 F = P 0, , 5 F = 14 Kg mole hr nrt 14 8, V = = P 100 V 3 3 = 6,04 10 m σε 55 0 C και 100kPa

7 Άσκηση 7 Ατσάλινο δοχείο χωρητικότητας 5m3 περιέχει CO στους 30 ο C με πίεση 1,6atm. Υπολογίστε τη μάζα του εμπεριεχόμενου CO. nrt PV = 1,6 5 = n 0, n =1, 61 m = 70, 8Kg CO

8 Άσκηση 8 0m 3 Ν σε 300 atm και 100 o C και 30m 3 Ο σε 00 atm και 00 o C συμπιέζονται σε δοχείο 15m 3. Το δοχείο ψύχεται στους 70 o C. Βρείτε τις μερικές πιέσεις του Ν και του Ο στο νέο δοχείο. (Υποθέστε ότι τα αέρια συμπεριφέρονται ως ιδανικά αέρια) n N PV = = = 196, Kg mole RT 0, n O PV = = = 154, 7Kg mole RT 0, n total = n + n = 350, 9Kg mole N O nt R T 350,9 0, Ptotal = = P total = 658atm V 15 moles moles (%) Μερικές πιέσεις 196, 55,9 367,8 154,7 44,1 90, 350,9 100,0 658

9 Άσκηση 9 Ένα είδος συνθετικού καυσίμου που παράγεται από άνθρακα έχει την ακόλουθη σύσταση: CO : 7,%, CO: 4,3%, H : 14,1%, CH 4 : 3,5%, N : 50,9% Υπολογίστε την απαραίτητη ποσότητα αέρα για την πλήρη καύση 1m 3 αυτού του συνθετικού καυσίμου. Συστατικό m 3 ή mole Αντίδραση Απαιτούμενα mole O ή m 3 CO 7, CO 4,3 CO + 1 O 1,15 H 14,1 + 1 O H O 7,15 Άρα για H 4 O CO + CH 4 3,5 CH + H O 7,0 N 50,9 Total 100,0 6,30 mole O 100 ή 6,3 ή 15, mole αέρα m καυσίμου 1, 5 m αέρα

10 Άσκηση 10 Η βασική αντίδραση για την παραγωγή ασβέστη είναι η παρακάτω: CaCO 3 (s) CaO (s) + CO (g) Να διευκρινιστεί αν η αντίδραση είναι εξώθερµη ή ενδόθερµη και να υπολογιστεί ο θερµοτονισµός της. CaCO 3 (s) CaO (s) + CO (g) H 0 = H f ( CaO) + H f ( CO ) H f ( CaCO3 ) ( 635) + 1( 394) 1( 107) = KJ g mole = (άρα ενδόθερμη)

11 Άσκηση 11 Για να αφυγρανθεί το βαµβάκι που έµεινε σε υπαίθριο χώρο αποθήκευσης, το «υγρό» βαµβάκι µε υγρασία 10% εισάγεται σε ξηραντήρα µε ρυθµό 50 t/h και εξέρχεται µε υγρασία 1%. Υπολογίστε: α) το ρυθµό εξόδου του «ξηρού» βαµβακιού, β) το βάρος του νερού που αποµακρύνεται ανά ώρα. 0,9 A = 0,99 Γ 0,9 50 = 0,99 Γ Γ = 45,45 A = B + Γ 50 = B + 45,45 B = 4,55 t h t h

12 Άσκηση 1 Σε µια βιοµηχανική διεργασία ξηρός αέρας περνά πάνω από ένα λεπτό στρώμα νερού προσπαθώντας να το εξατµίσει. Αν η παροχή του ρεύματος ξηρού αέρα είναι 100m 3 /min, πόσα λεπτά απαιτούνται για την εξάτµιση 10kg νερού; Η θερµοκρασία και η πίεση των ρευµάτων ξηρού και υγρού αέρα είναι 0 ο C και 760 mmhg αντίστοιχα. P P P * H O 0 0 C αέρα V H O αέρα = 17,5mmHg n έ n έ = α ρα ,5 = α ρα nαέ ρα = 3, 57Kg mole n 10 H O 17, ( ΚΣ 760mmHg,0 C) = 3,57,4 = 58m V ( 760mmHg,0 C) t = 5,67 min αέρα = 567m 3

13 Άσκηση 13 Μια διάταξη αφύγρανσης απομακρύνει 1 τόνο H 0/hr. Στη διάταξη εισάγεται «υγρός» αέρας 60 ο C με σημείο δρόσου 30 ο C. Ο «ξηρός» αέρας εξέρχεται της διάταξης με θερμοκρασία 0 ο C σημείο δρόσου 6 ο C. Η πίεση του συστήματος διατηρείται σταθερή στα 100kPa. Υπολογίστε τον όγκο του «υγρού» αέρα που εισέρχεται στη διάταξη. P* HΟ (30 C)=3,0kPa P* HΟ (6 C)=0,95kPa Ισοζύγιο Air: F 0,968 = P 0, 9905 (1) H O: F 0,03 = P 0, , 5 () Ολικό: F = P + 55, 5 (3) Από (1) και (3) F = 444, 93 Kg mole hr nrt 444,9 8, V = P = = m σε 0 C 60 και 100 kpa

14 Άσκηση 14 Ένα είδος συνθετικού καυσίμου έχει την παρακάτω σύσταση: C0 : 8%, CO: 5%, H : 0%, CH 4 : 5%, N : 4% Υπολογίστε την απαραίτητη αναλογία αέρα για την πλήρη καύση του συγκεκριμένου καυσίμου. Συστατικό m 3 ή mole Αντίδραση Απαιτούμενα mole O ή m 3 CO 8 CO 5 CO + 1 O 1,5 H O H O 10 H 4 O CO + CH 4 5 CH + H O 10 N 4 3,5 mole O ή 3,5 ή 154, 8 mole αέρα Άρα για 1m καυσίμου 1, 548 m αέρα

15 Άσκηση 15 Αν εισαγάγουµε επαρκή ποσότητα νερού σε δοχείο που περιέχει ξηρό αέρα στους 17 ο C και KPa, υπολογίστε την πίεση στο δοχείο µετά τον κορεσµό του αέρα σε νερό. Ptotal = Pair + PH O = 100,5 + 1,7 10, kpa =

16 Άσκηση 16 Στη σχηµατοποιηµένη βιοµηχανική διεργασία που παρατίθεται, υπολογίστε τα kg ανακύκλωσης / Kg τροφοδοσίας αν το ποσό των αποβλήτων(w) είναι 60 Kg A. Ισοζύγιο Β : F 0,8 = 0, 95 Ισοζύγιο A : 0,05 P + 60 F 0, = P 0, F = () 0, P = 30 Από (1), () προκύπτει F = 380 Κόμβος F/R/G : F F 0,8 = 0, + G 0,6 R = G 0,4 G = 506,6 R = 16,6

17 Άσκηση 17 Έχετε ένα πλυντήριο αυτοκινήτων και αγοράζετε απορρυπαντικό διάλυµα που περιέχει 30% wt νερό µε 7 /kg. Ο ίδιος προµηθευτής λόγω αλλαγών στην παραγωγική του διαδικασία σας προσφέρει εναλλακτικά το ίδιο απορρυπαντικό διάλυµα αλλά µε 5% wt νερό ενώ τα µεταφορικά που σας χρέωνε και θα συνεχίζει να σας χρεώνει είναι επιπλέον 6 /100 Kg. Η τιµή που σας δίνει για το νέο προϊόν είναι 11 /kg. Σας συµφέρει να προµηθεύεστε το νέου τύπου απορρυπαντικό διάλυµα? Βάση: 100Kg καθαρού απορρυπαντικού Σενάριο 1: 95% απορ. Σενάριο : 70% απορ. α /kg 7 /kg Τα 95 kg απορ. σε 100 kg διαλύτη 100 kg απορ. σε 105,6 kg διαλύτη άρα η μεταφορά 6,3 /kg Συνολικό κόστος: 105,6 a + 6, 3 (1) Τα 70 kg απορ. σε 100 kg διαλύτη 14,9 100 kg απορ. σε 14,9 kg διαλύτη άρα η μεταφορά 6 = 8, 57 /kg 100 Συνολικό κόστος: 14, , 57 () (1) = () α = 9,5 /kg

18 Άσκηση 18 Έχετε µια βιοτεχνία παρασκευής αντιπαγωτικού υγρού για ψυγεία αυτοκινήτων. Στην τελευταία παραγγελία σας ζητήθηκε η παρασκευή 3000 kg αντιπαγωτικού υγρού µε αναλογία διαλύτη:αλκοόλης= 87:13 wt%. Εσείς έχετε διαθέσιµες3 δεξαµενές µε: (1) 500 Kg αντιπαγωτικού υγρού αλλά µε10% wt αλκοόλη, () Μια πολύ µεγάλη ποσότητα αντιπαγωτικού υγρού αλλά µε0% wt αλκοόλη, (3) Σκέτο διαλύτη µόνο Υπολογίστε πως πρέπει να αναµιχθούν τα 3 αυτά ρεύµατα για να επιτευχθεί η ζητούµενη ποιότητα. Πρέπει να χρησιµοποιήσετε όλη την ποσότητα της δεξαµενής (1) B + C ( ) + 0,( B) = 0,13( 3000) 0,1 500 = 3000 B = 1700Kg C = 800Kg

19 Άσκηση 19 Το σηµείο τήξης του χρυσού (Au) σε πίεση Κpa είναι K ή: α) C, β) R, γ) F, δ) τα α, γ ταυτόχρονα. Για ποια θερµοκρασία ταυτίζονται οι ενδείξεις θερµοκρασίας μετρηµένες σε κλίµακα 0 C και F Το δ) 0 ; T 9 F = T c (για TF = Tc = T ) T = 9 T + 3 T = 40 5

20 Άσκηση 0 Θέλουµε να αφυγράνουµε ρεύµα αέρα παροχής5m 3 / hµε 80% σχετική υγρασία στους 0 0 C και σε πίεση 760mmHg, µε χρήση silica gel. Αν η silica gel κατακρατεί το15% του βάρους της, τι ποσότητα χρειαζόµαστε για 4-ωρη λειτουργία; (για 0 0 * C P H 0 17, 5 mmhg = ) H O από 18.7m 3 υγρού αέρα Θα αφαιρεθούν 5Kg Δηλαδή 1,65Kg H O 4 m 10 Δηλαδή απαιτούνται 1,65 = 11Kg silicon 1,5 3 5 = 10 την ημέρα

21 Άσκηση 1 Σε µια βιοµηχανική διεργασία λαµβάνει χώρα η παρακάτω αντίδραση: 4 HCl (g) + O (g) H O (g) + Cl (g) ιευκρινίστε αν παράγεται ή απαιτείται θερµότητα και υπολογίστε την ποσοτικά. (Σηµείωση. Να χρησιµοποιηθούν µόνο τα παρακάτω δεδοµένα: Η f 98 HCl(g) = KJ/g-mole, Η f 98 (g)= KJ/g-mole) O H 1 1 H Cl HCl( ) + g H f = 9, 3 4HCl ( g) H + Cl H = 9,3 4 1 H + O H O( g) H f = 91, 8 H + O H O( ) H = ( 91,8) g Άρα 4HCl + O H O + Cl H = 114, 4 εξώθερμη

22 Άσκηση Κατά τη διεργασία τήξης του χαλκού απαιτείται η διοχέτευση σε συνεχή βάση συµπυκνώµατος χαλκού απαλλαγµένου από υψηλή υγρασία διότι η υγρασία σε επαφή µε το ρευστοποιηµένο µέταλλο µπορεί να προκαλέσει έκρηξη. Για την αφύγρανση λοιπόν του χαλκούχου συµπυκνώµατος το «υγρό» συµπύκνωµα µε υγρασία 7% εισάγεται σε ξηραντήρα µε ρυθµό 30 t/h και εξέρχεται µε υγρασία 0.5%. Υπολογίστε: α) το ρυθµό εξόδου του «ξηρού» συµπυκνώµατος, β) το βάρος του νερού που αποµακρύνεται ανά ώρα. Ολικό Ισοζύγιο: Συμπύκνωμα: Βάση: 1 hr Α = Β + Γ Β + Γ = 30 0,93 Α = 0, 995 Γ 0,93 30 = 0, 995 Γ Γ = 8,04 Β = 1,96