ΑΕΡΙΑ ΙΔΑΝΙΚΑ ΚΑΙ ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΑ ΑΕΡΙΑ

ΝΟΜΟΣ ΤΕΛΕΙΩΝ ΑΕΡΙΩΝ O νόμος των τελείων αερίων συνδέει τις ιδιότητες ενός τελείου αερίου σε μια συγκεκριμένη κατάσταση (καταστατική εξίσωση) P V = n R T P: Απόλυτη πίεση V: Όγκος Τ: Απόλυτη θερμοκρασία n: Αριθμός mol Άλλες μορφές της καταστατικής εξίσωσης P V = ṅ R T P v = R T v = L/mol=22.4 P ΜΒ = d R Τ d: πυκνότητα R: παγκόσμια σταθερά αερίων 1.987 cal/(mol)( o K) 8.314 J/(mol)( o K) Κανονικές συνθήκες (ΚΣ-STP) 0.08206 (L)(atm)/(mol)( o K) T = 0 o C (ή 273 ο Κ) 1.987 Btu/(lb mol)( o R) P = 1 atm 10.73 (psi)(ft 3 )/(lb mol)( o R)

ΙΔΑΝΙΚΑ ΑΕΡΙΑ 3

ΙΔΑΝΙΚΑ ΑΕΡΙΑ 4

5 Ε. Παυλάτου, 2018 ΙΔΑΝΙΚΑ ΑΕΡΙΑ F 5.2.5 Υγρή ακετόνη (C 3 H 6 O) τροφοδοτείται με ρυθμό 400 L/min σε ένα δοχείο όπου εξατμίζεται σε ρεύμα Ν2. Το αέριο που απομακρύνεται από το δοχείο ανακατεύεται με ένα άλλο ρεύμα N2με ροή 419 m 3 /min σε Κ.Σ. Tα αέρια στη συνέχεια συμπιέζονται σε συνολική πίεση 6.3 atm σε θερμοκρασία 325 o C. H μερική πίεση της ακετόνης είναι pa=501 mmhg. H ατμοσφαιρική πίεση είναι 763 mm Hg. Ποια είναι η μολαρική σύσταση του ρεύματος που εξέρχεται από το συμπιεστή; Ποια είναι η ογκομετρική παροχή του αζώτου εισόδου στον εξατμιστήρα αν η σχετική (μανομετρική) πίεση και η θερμοκρασία του είναι 475 mmhg και 27 ο C αντίστοιχα; (πυκνότητα ακετόνης 0.791 g/cm 3 )

6 Ε. Παυλάτου, 2016 ΙΔΑΝΙΚΑ ΑΕΡΙΑ F 5.2.5 1 m 3 /min N 2 ṅ 1 mol/min N 2 27 o C, 475 mm Hg μαν. 400 L/min C 3 H 6 O (l) ṅ 2 mol/min C 3 H 6 O ΕΞΑΤΜΙΣΤΗΡΑΣ ΣΥΜΠΙΕΣΤΗΣ ṅ 4 mol/min y 4 mol C 3 H 6 O/mol (1-y 4 ) mol N 2 /mol 325 o C, 6.3 atm gauge P ac =501 mm Hg 419 m 3 (STP)/min N 2 ṅ 3 mol/min N 2 n4, n1, n2, n3, y4, V1=??? ρ ακετόνης=0.791g/cm 3, Mr=58.08 ΥΠΟΘΕΣΗ ΙΔΑΝΙΚΑ ΑΕΡΙΑ ΜΟΛΑΡΙΚΕΣ ΡΟΕΣ V1=550 m 3 /min N 2 HIM 7.4-7.5

7 550 m 3 /min N 2 36200 mol/min N 2 27 o C, 475 mm Hg μαν. 400 L/min C 3 H 6 O (l) 5450 mol/min C 3 H 6 O ΕΞΑΤΜΙΣΤΗΡΑΣ ΣΥΜΠΙΕΣΤΗΣ 60400 mol/min 0.0903 mol C 3 H 6 O/mol 0.9097 mol N 2 /mol 325 o C, 6.3 atm μαν. P ac =501 mm Hg 419 m 3 (STP)/min N 2 18700 mol/min N 2

ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΑ ΑΕΡΙΑ 8

10 Ε. Παυλάτου, 2018 ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΑ ΑΕΡΙΑ-ΚΡΙΣΙΜΗ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ

12 Ε. Παυλάτου, 2018 ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΑ ΑΕΡΙΑ-ΚΡΙΣΙΜΗ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ Ως κρίσιμη κατάσταση για μια ουσία ορίζεται η κατάσταση εκείνη στην οποία οι ιδιότητες (και κυρίως η πυκνότητα) της υγρής και της αέριας φάσης είναι ίδιες.

ΚΡΙΣΙΜΗ Τ ΚΑΙ P 13

14 Αρχή αντίστοιχων καταστάσεων-γενικευμένα διαγράμματα συμπιεστότητας Αρχή των αντίστοιχων καταστάσεων: όσο πλησιάζουμε την κρίσιμη κατάσταση οι φυσικές ιδιότητες των αερίων γίνονται παρόμοιες, ανεξάρτητα από τις ουσίες z = f (Tr, Pr)

ΚΡΙΣΙΜΗ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ Ως κρίσιμη κατάσταση για μια ουσία ορίζεται η κατάσταση εκείνη στην οποία οι ιδιότητες (και κυρίως η πυκνότητα) της υγρής και της αέριας φάσης είναι ίδιες. Για κάποια ουσία, ως κρίσιμη θερμοκρασία (Τ c ) ορίζεται η μέγιστη θερμοκρασία στην οποία μπορούν να συνυπάρξουν οι δύο φάσεις (υγρό, αέριο). Ως κρίσιμη πίεση (P c ) ορίζεται η αντίστοιχη πίεση. Οι P c και Τ c για τις σημαντικότερες ουσίες υπάρχουν σε πίνακες (παράρτημα Ζ, Πίνακας Ζ1, σ.712, Himmelblau & Riggs, 8 η έκδοση) πχ: CO 2, P c =72.9 atm, Τ c =304 Κ. Για H 2 και Ηe: Τ c = T c + 8 K και P c = P c + 8 atm (διορθώσεις Newton). Ανηγμένη πίεση (P r ): P r = P / P c Ανηγμένη θερμοκρασία(t r ): Τ r = T / T c Ανηγμένος γραμμομοριακός όγκος v r =v/v c, όπου v c =RT c /P c

ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΑ ΑΕΡΙΑ-ΚΡΙΣΙΜΗ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ 16

18 Ε. Παυλάτου, 2016 ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΑ ΑΕΡΙΑ-ΣΥΜΠΙΕΣΤΟΤΗΤΑ

19 Ε. Παυλάτου, 2016 ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΑ ΑΕΡΙΑ-ΚΡΙΣΙΜΗ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ-ΜΙΓΜΑΤΑ

20 ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΑ ΑΕΡΙΑ-ΚΡΙΣΙΜΗ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΜΕΣΑΙΕΣ ΠΙΕΣΕΙΣ

21 ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΑ ΑΕΡΙΑ-ΚΡΙΣΙΜΗ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΜΕΓΑΛΕΣ ΠΙΕΣΕΙΣ

Μέθοδος Kay ΑΕΡΙΑ ΜΙΓΜΑΤΑ Υπολογίζονται οι ψευδοκρίσιμες συνθήκες του μίγματος (Pc, Tc ) ως οι σταθμισμένοι (σύμφωνα με τα μοριακά κλάσματα) μέσοι όροι των αντίστοιχων κρίσιμων μεγεθών των επιμέρους συστατικών: Έστω μίγμα των αερίων Α, Β και Γ, μοριακής σύστασης y A, y B και y Γ και κρίσιμης πίεσης και θερμοκρασίας P cα, P cβ, P cγ και T cα, T cβ, T cγ αντίστοιχα. Ισχύει: P c = y A P ca + y B P cb + y Γ P cγ T c = y A T ca + y B T cb + y Γ T cγ Εφαρμόζεται κανονικά η μεθοδολογία με το γενικευμένο συντελεστή συμπιεστότητας και υπολογίζεται ο συντελεστής συμπιεστότητας του μίγματος z m.

ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΑ ΑΕΡΙΑ-ΜΙΓΜΑΤΑ ΑΕΡΙΩΝ 23

24 100 gmoles N 2 βρίσκονται σε θερμοκρασία -20.6 ο C και καταλαμβάνουν όγκο δοχείου 5L. Ποια είναι η πίεσή του? Παράτημα Ζ, ΠΙΝΑΚΑΣ ΣΕΛ 712 Him. 7.4.4 Him. 7.4.5

25 ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΑ ΑΕΡΙΑ-ΜΙΓΜΑΤΑ ΑΕΡΙΩΝ F 5.78 Μεθανόλη παράγεται από αντίδραση CO Και Η2 στους 644 Κ με χρήση καταλύτη ZnO-Cr2O3. Μίγμα H2/CO = 2/1 συμπιέζεται και τροφοδοτείται σε καταλυτική κλίνη στους 644 Κ και σε απόλυτη πίεση 34.5 MPa, όπου επιτυγχάνεται μετατροπή 25% (απλό πέρασμα). Ο λόγος της ογκομετρικής παροχής της τροφοδοσίας προς τον όγκο του καταλύτη είναι 25,000 m 3 /h ανά 1 m 3 καταλύτη. Τα προϊόντα διοχετεύονται σε συμπυκνωτή όπου η μεθανόλη υγροποιείται. και διαχωρίζεται πλήρως από τα υπόλοιπα αέρια (α) Να προσδιορίσετε την ογκομετρική παροχή στην είσοδο του συμπυκνωτή και τον όγκο του καταλύτη, αν ο αντιδραστήρας έχει σχεδιαστεί για παραγωγή 54.5 Kmol /h μεθανόλης. (β) Αν τα αέρια του συμπυκνωτή ανακυκλώνονται προς τον αντιδραστήρα, τότε στον συμπυκνωτή εισέρχεται η νέα τροφοδοσία. Προσδιορίστε την ογκομετρική παροχή στον συμπυκνωτή υποθέτοντας ότι όλη η μεθανόλη που παράγεται παραλαμβάνεται από τον συμπυκνωτή.

26 Ε. Παυλάτου, 2016 ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΑ ΑΕΡΙΑ-ΜΙΓΜΑΤΑ ΑΕΡΙΩΝ F 5.78 m 3 /h (CO+H 2 ) ṅ 1 kmol/h CO 2ṅ 1 kmol/h H 2 644 Κ, 34.5 ΜPa ΑΝΤΙΔΡΑΣΤΗΡΑΣ 0.0048 m 3 catal. ΣΥΜΠΙΕΣΤΗΣ 54.5 kmol/h CH 3 OH (l) ṅ 2 mol/min CO 2ṅ 2 mol/min H 2 ΚΛΑΣΜΑ ΜΕΤΑΤΡΟΠΗΣ ΣΕ ΕΝΑ ΠΕΡΑΣΜΑ=25%

27 120 m 3 /h (CO+H 2 ) 218 kmol/h CO 436 kmol/h H 2 644 Κ, 34.5 MPa ΑΝΤΙΔΡΑΣΤΗΡΑΣ 0.0048 m 3 catal. ΣΥΜΠΙΕΣΤΗΣ 54.5 kmol/h CH 3 OH (l) 163.5 mol/min CO 327.0 mol/min H 2

28 29.9 m 3 /h (CO+H 2 ) 54.5 kmol/h CO 109.0 kmol/h H 2 644 Κ, 34.5 atm ΑΝΤΙΔΡΑΣΤΗΡΑΣ 0.0048 m 3 catal. ΣΥΜΠΙΕΣΤΗΣ 54.5 kmol/h CH 3 OH (l) 163.5 mol/min CO 327.0 mol/min H 2