CHALMERS TEKNISKA HÖGSKOLA. Institutionen för kemi- och bioteknik

Relevanta dokument
CHALMERS TEKNISKA HÖGSKOLA. Institutionen för kemi- och bioteknik

CHALMERS TEKNISKA HÖGSKOLA. Institutionen för kemi- och bioteknik

CHALMERS TEKNISKA HÖGSKOLA Institutionen för kemi- och bioteknik

CHALMERS TEKNISKA HÖGSKOLA. Institutionen för kemi- och bioteknik

CHALMERS TEKNISKA HÖGSKOLA. Institutionen för kemi- och bioteknik

CHALMERS TEKNISKA HÖGSKOLA. Institutionen för kemi- och bioteknik

CHALMERS TEKNISKA HÖGSKOLA Institutionen för kemi- och bioteknik

CHALMERS TEKNISKA HÖGSKOLA. Institutionen för kemi- och bioteknik

CHALMERS TEKNISKA HÖGSKOLA. Institutionen för kemi- och bioteknik

Tentamen i Kemisk reaktionsteknik för Kf3, K3 (KKR 100) Fredagen den 31 augusti 2007 kl 8:30-12:30 i M. Man får svara på svenska eller engelska!

Tentamen i Kemisk reaktionsteknik för Kf3, K3 (KKR 100) Fredagen den 13 april 2007 kl 8:30-12:30 i V. Man får svara på svenska eller engelska!

Provmoment: Tentamen Ladokkod: A116TG Tentamen ges för: TGKEB16h. Tentamensdatum: Tid: 09:00 13:00

Tentamen i Kemisk reaktionsteknik för Kf3, K3 (KKR 100) Lördagen den 20 december 2008 kl 8:30-13:30 i V. Examinator: Docent Louise Olsson

CHALMERS TEKNISKA HÖGSKOLA. Institutionen för kemi- och bioteknik

Louise Olsson ( ) kommer att besöka tentamenslokalen på förmiddagen.

Tentamen i Kemisk reaktionsteknik för Kf3, K3 (KKR 100) Lördagen den 19 december 2009 kl 8:30-13:30 i Hörsalar på hörsalsvägen

CHALMERS TEKNISKA HÖGSKOLA. Institutionen för kemi- och bioteknik

Tentamen i Kemisk reaktionsteknik för Kf3, K3 (KKR 100) Fredagen den 22 december 2006 kl 8:30-12:30 i V. Man får svara på svenska eller engelska!

Det material Du lämnar in för rättning ska vara väl läsligt och förståeligt.

CHALMERS TEKNISKA HÖGSKOLA Institutionen för kemi- och bioteknik

Louise Olsson ( ) kommer att besöka tentamenslokalen på förmiddagen.

Louise Olsson ( ) kommer att besöka tentamenslokalen på förmiddagen.

CHALMERS TEKNISKA HÖGSKOLA Institutionen för kemi- och bioteknik

Tentamen i Kemisk reaktionsteknik för Kf3, K3 (KKR 100) Onsdag den 22 augusti 2012 kl 8:30-13:30 i V. Examinator: Bitr. Prof.

TENTAMEN I TERMODYNAMIK för K2 och Kf2 (KVM090) kl i V

Godkänt-del. Hypotetisk tentamen för Termodynamik och ytkemi, KFKA10

Tentamen i Kemisk Termodynamik kl 14-19

Tentamen i Termodynamik och Statistisk fysik för F3(FTF140)

Godkänt-del A (uppgift 1 10) Endast svar krävs, svara direkt på provbladet.

TENTAMEN I ENERGITEKNIK OCH MILJÖ (KVM033) i M-huset.

CHALMERS TEKNISKA HÖGSKOLA Institutionen för kemi- och bioteknik. Separations- och apparatteknik, KAA095

Tentamen i Kemisk Termodynamik kl 13-18

Lösningsförslag. Tentamen i KE1160 Termodynamik den 13 januari 2015 kl Ulf Gedde - Magnus Bergström - Per Alvfors

Bestäm brombutans normala kokpunkt samt beräkna förångningsentalpin H vap och förångningsentropin

Hur förändras den ideala gasens inre energi? Beräkna också q. (3p)

Energiteknik I Energiteknik Provmoment: Tentamen Ladokkod: 41K02B/41ET07 Tentamen ges för: En1, Bt1, Pu2, Pu3. 7,5 högskolepoäng

7,5 högskolepoäng. Industriell energihushållning Provmoment: Ladokkod: Tentamen ges för: 41N11C En3. TentamensKod:

Tentamen i KFK080 Termodynamik kl 08-13

Energibalans och temperatur. Oorganisk Kemi I Föreläsning

Övningstentamen i KFK080 för B

Tentamensskrivning i FYSIKALISK KEMI Bt (Kurskod: KFK 162) den 19/ kl

Tentamen i Termodynamik och Statistisk fysik för F3(FTF140)

Innehåll. Energibalans och temperatur. Termer och begrepp. Mål. Squad task 1. Förbränning av fasta bränslen

Tentamen i Termodynamik och Statistisk fysik för F3(FTF140)

Innehåll. Energibalans och temperatur. Termer och begrepp. Mål. Hur mycket energi. Förbränning av fasta bränslen

Tentamen i FTF140 Termodynamik och statistisk fysik för F3

TENTAMEN I TERMODYNAMIK för K2 och Kf2 (KVM091 och KVM090) kl

jämvikt (där båda faserna samexisterar)? Härled Clapeyrons ekvation utgående från sambandet

Tentamen i FTF140 Termodynamik och statistisk mekanik för F3

Wilma kommer ut från sitt luftkonditionerade hotellrum bildas genast kondens (imma) på hennes glasögon. Uppskatta

Tentamen i Kemisk Termodynamik kl 14-19

Kemisk Dynamik för K2, I och Bio2

TENTAMEN I TERMODYNAMIK för K2, Kf2 och TM (KVM091 och KVM090) kl och lösningsförslag

Viktigt! Glöm inte att skriva Tentamenskod på alla blad du lämnar in.

Tentamen KFK080 för B,

Repetition F11. Molär Gibbs fri energi, G m, som funktion av P o Vätska/fasta ämne G m G m (oberoende av P) o Ideal gas: P P. G m. + RT ln.

Tentamen i Allmän kemi 7,5 hp 5 november 2014 ( poäng)

Tentamen i Termodynamik för K och B kl 8-13

Bindelinjer gäller för bestämd temp. Hävstångsregeln gäller.

TENTAMEN I TERMODYNAMIK för K2, Kf2 och TM2 (KVM091 och KVM090) kl

Systemkonstruktion Z2

TENTAMEN I TERMODYNAMIK för K2, Kf2 och TM2 (KVM091 och KVM090) kl

Bränsleanalys och rökgaskalkyl. Oorganisk Kemi I Föreläsning

Tentamen i termodynamik. 7,5 högskolepoäng. Namn: (Ifylles av student) Personnummer: (Ifylles av student)

Tentamen KFKA05 och nya KFK080,

50p. Rättningstiden är i normalfall 15 arbetsdagar, annars är det detta datum som gäller:

Tentamen i kemisk termodynamik den 17 januari 2014, kl

TENTAMEN I TERMODYNAMIK för K2, Kf2 och TM2 (KVM091 och KVM090) kl

TENTAMEN. Material- och energibalans, KE1100/KE1120 Inledande kemiteknik, KE1010/KE1050 och 3C kl 08:00 13:00 LYCKA TILL!

ENERGIPROCESSER, 15 Hp

Repetition F12. Lunds universitet / Naturvetenskapliga fakulteten / Kemiska institutionen / KEMA00

Tentamen Elektromagnetism

Fysikalisk kemi KEM040. Clausius-Clapeyronekvationen Bestämning av ångtryck och ångbildningsentalpi för en ren vätska (Lab2)

TYP-TENTAMEN I TURBOMASKINERNAS TEORI

Valfri miniräknare, Formelsamling: Energiteknik-Formler och tabeller (S O Elovsson och H Alvarez, Studentlitteratur) 60p

Gaser: ett av tre aggregationstillstånd hos ämnen. Flytande fas Gasfas

Innehåll. Bilagor 1-8

4. Kemisk jämvikt när motsatta reaktioner balanserar varandra

Gaser: ett av tre aggregationstillstånd hos ämnen. Fast fas Flytande fas Gasfas

CHALMERS TEKNISKA HÖGSKOLA Institutionen för kemi- och bioteknik

Föreläsning 2.3. Fysikaliska reaktioner. Kemi och biokemi för K, Kf och Bt S = k lnw

Tentamen i Kemisk Termodynamik kl 14-19

TENTAMEN I ENERGITEKNIK OCH MILJÖ (KVM033) för K2 och Kf2 i V-huset.

T / C +17. c) När man andas utomhus en kall dag ser man sin andedräkt som rök ur munnen. Vad beror det på?

Valfri miniräknare, Formelsamling: Energiteknik-Formler och tabeller (S O Elovsson och H Alvarez, Studentlitteratur)

Kinetik. Föreläsning 1

Linköpings tekniska högskola IEI / Mekanisk värmeteori och strömningslära. Exempeltentamen 8. strömningslära, miniräknare.

Industriella Reaktorer 2005

Kapitel 6. Termokemi. Kapaciteten att utföra arbete eller producera värme. Storhet: E = F s (kraft sträcka) = P t (effekt tid) Enhet: J = Nm = Ws

Destillationskolonn. kylvatten. magnetventil. 8st Pt100-givare. Enhet för temperaturgivare. Värmemantel

Välkommen till kursen. Termodynamik HT- 15

Matematisk statistik TMS064/TMS063 Tentamen

Kapitel 5. Gaser. är kompressibel, är helt löslig i andra gaser, upptar jämt fördelat volymen av en behållare, och utövar tryck på sin omgivning.

Tentamen i Beräkningsvetenskap I (nya versionen), 5.0 hp, Del A

Varje uppgift ger maximalt 3 poäng. För godkänt krävs minst 8,5 poäng och

Tentamen KFKA05,

Lösningar till tentamen i Kemisk termodynamik

CHALMERS TEKNISKA HÖGSKOLA Institutionen för kemi- och bioteknik Kemisk apparatteknik

FUKTIG LUFT. Fuktig luft = torr luft + vatten m = m a + m v Fuktighetsgrad ω anger massan vatten per kg torr luft. ω = m v /m a m = m a (1 + ω)


Transkript:

CHALMERS TEKNISKA HÖGSKOLA Institutionen för kemi- och bioteknik KURSNAMN Grundläggande kemiteknik, KAA 146 Förslag till lösningar av beräkningsuppgifter PROGRAM: namn åk / läsperiod EXAMINATOR Civilingenjörsprogram kemiteknik Civilingenjörsprogram kemiteknik med fysik årskurs läsperiod 3 & 4 Krister Ström TID FÖR TENTAMEN LOKAL Onsdag 16 jauari 013, kl 14.00-18.00 V HJÄLPMEDEL ANSV LÄRARE: namn besöker tentamen telnr DATUM FÖR ANSLAG av resultat samt av tid och plats för granskning ÖVRIG INFORM. Valfri räknedosa/kalkylator med tömt minne. Egna anteckningar och kursmaterial är ej godkänt hjälpmedel. "Data och Diagram" av Sven-Erik Mörtstedt/Gunnar Hellsten Tabeller och Diagram av Gunnar Hellsten "Physics Handbook" av Carl Nordling/Jonny Österman "BETA " av Lennart Råde/Bertil Westergren Formelblad (vilket bifogats tentamenstesen) Derek Creaser 77 303 ca. kl. 15.00 Per Abrahamsson 77 936 ca. kl. 15.30 Lennart Vamling 77 301 ca. kl. 16.00 Svar till beräkningsuppgifter anslås torsdag 17 januari på studieportalens kurshemsida. Resultat på tentamen anslås tidigast 4 februari efter kl 1.00. Granskning 5 respektive 11 februari kl. 1.30-13.00 i seminarierummet forskarhus II plan. Tentamen består av teoriproblem till ca 40 % och resten beräkningsuppgifter. Åtta uppgifter totalt på tentamen. Poäng på respektive uppgift finns noterat i tentamenstesen. För godkänd tentamen fordras 50% av tentamens totalpoäng. Till genomförd tentamens totalpoäng adderas bonuspoäng som erhållits inom ramen för kursens miniprojekt. Dessa tillgodoräknas endast vid de tentamenstillfällen under det år studenten är förstagångsregistrerad på kursen. Samtliga diagram och bilagor skall bifogas lösningen av tentamensuppgiften. Diagram och bilagor kan ej kompletteras med vid senare tillfälle. Det är Ditt ansvar att Du besitter nödvändiga kunskaper och färdigheter. Det material som Du lämnar in för rättning skall vara väl läsligt och förståeligt. Material som inte uppfyller detta kommer att utelämnas vid bedömningen. Betyg 3 30-39p, betyg 4 40-49p, betyg 5 50-60p.

Uppgift 1 Keten (CH =CO) framställes genom katalytisk krackning av aceton (CH 3 COCH 3 ): 1) CH 3 COCH 3 CH 4 + CH =CO ΔH R = 80.5 kj mol -1 Samtidigt sker följande bireaktioner: ) CH =CO C H 4 + CO ΔH R = -44.5 kj mol -1 3) CH 3 COCH 3 3 H + CO + C ΔH R = 106.5 kj mol -1 Det bildade kolet (C) i reaktion 3 fälls ut på katalysatorns yta. Inflödet till en katalytisk reaktor består av ren aceton vid 600ºC och en partiell analys av utgående gas ger följande sammansättning: CH 3 COCH 3 CH =CO CH 4 CO mol%.3 18.6 30.9 14.7 Eten och väte påvisas också, men i alltför små koncentrationer för att mätas noggrannt. Keten (CH =CO) och eten (C H 4 ) skall återvinnas från denna process och säljas med en renhet överstigande 95%, medan metan (CH 4 ), väte och kolmonoxid skall användas antingen i processen eller säljas som bränsle. Data: (a) Beräkna temperaturen på gasen i utflödet om reaktorn kan anses vara adiabatisk. (b) Föreslå en lämplig processdesign, baserad på information om reaktionerna och nedan givna fysikaliska data för komponenterna, och presentera den i form av ett processflödesschema. Ange approximativa driftsvillkor för varje enhetsoperation. CH 3 COCH 3 CH =CO CH 4 C H 4 H CO Kokpunkt (ºC) vid 1 atm 56-41 -164-104 -53-191 Smältpunkt (ºC) vid 1 atm -95-134 -169-59 -05 C P (J mol -1 K -1 ) 1 71 53 71 9 30 Observera att molvärmen (C P ) och reaktionsentalpier (ΔH R ) som ges ovan kan anses konstanta vid de processbetingelser som används. (1p) Tentamen i Grundläggande kemiteknik 013-01-16

Uppgift Acetaldehyd (CH 3 CHO) sönderfaller till metan (CH 4 ) och kolmonoxid (CO) enligt formeln CH 3 CHO CH 4 + CO Reaktionen skall genomföras i en flödesreaktor med pluggflöde. Inflödeshastigheten till reaktorn är 0.1 kg s -1 acetaldehyd och 0.04 kg s -1 kväve (N ) som är inert. Reaktionen utföres isotermt vid 50ºC och isobart vid 10 5 Pa. Vid dessa betingelser är reaktionen ett andra ordningens förlopp med avseende på koncentrationen av acetaldehyd. Hastighetskonstanten vid dessa betingelser är k = 0.43 m 3 kmol -1 s -1. Vad blir koncentrationen av metan i utflödet om man skall nå en omsättningsgrad av 35%? Molmasssor: M(CH 3 CHO) = 44 kg kmol -1 M(N ) = 8 kg kmol -1 (6p) Uppgift 3 En ny processanläggning har konstruerats av Worldchem AB och är nu i drift. Tyvärr finner man att reaktorn är kraftigt underdimensionerad på grund av dåliga designbeslut. En ung ambitiös processingenjör vid fabriken har beslutat att en del av reaktorproduktströmmen helt enkelt skulle återföras och blandas med färska inflödet till reaktorn för att ge reaktanterna en extra chans att reagera. Denna enkla processmodifiering skulle öka omsättningen över reaktorn och förbättra processens lönsamhet. a) Diskutera framtida karriärutsikter för ingenjören vid Worldchem, om flödet i den ursprungliga reaktorn är mycket nära idealt pluggflöde. b) Är de bättre eller sämre om nästan fullständig omblandning föreligger i den ursprungliga reaktorn? Din diskussion under del (a) och (b) skall vara väl grundad i reaktionsteknisk teori. (8p) Uppgift 4 En destillationskolonn, utrustad med återkokare och totalkondensor, ska separera en blandning av bensen och toluen vid atmosfärstryck. Blandningen håller 40 mol-% bensen och 60 mol-% toluen. Tillflödet till kolonnen ska vara 100 kmol/h. Man önskar erhålla två produkter, en hållande 90 mol-% toluen och en hållande 95 mol-% bensen. Beräkna; a) produktflödena från kolonnen! b) med Sorels metod antalet ideala steg som fordras för separationen när det yttre återflödesförhållandet är 3.7 och tillflödet är kokvarmt! c) tillflödets q-värde då tillflödets temperatur är 0 C! Vänd! Tentamen i Grundläggande kemiteknik 013-01-16 3

Givna data: Systemet bensen-toluen antas uppträda idealt! Antoines ekvation: logp i o (mmhg)=a i - Antoinekonstanter: B i C i +T( o C) Komponent i A i B i C i Bensen 6.90565 111.033 0.790 Toluen 6.95464 1344.800 19.48 Övriga data: Ångbildningsvärmet för blandningen 31714 kj/kmol Värmekapacitet för ångformig blandning 5.98 cal/molˑk Värmekapacitet för vätskeformig blandning 189.45 kj/kmolˑk Kokpunkten för bensen 80.17 C Kokpunkten för toluen 110.65 C Molmassa för bensen 78.114 kg/kmol Molmassa för toluen 9.141 kg/kmol (1p) Uppgift 5 Para ihop rätt kolonnfiguration med jämviktsdiagram där driftlinje/driftlinjer samt q-linje är inritade! Tillflödet, F, i samtliga fall är mättad vätska! (3p) Tentamen i Grundläggande kemiteknik 013-01-16 4

Uppgift 6 Visa schematiskt i ett diagram temperaturen som funktion av bottennummer för en destillationskolonn, i vilken ett binärt system separeras! Ange i diagrammet vilken botten som är längst ned respektive högst upp i kolonnen! Visa schematiskt i ett diagram sammansättningsprofilen (molbråk) i vätskeoch ångfas för den lättflyktiga komponenten som funktion av botten-nummer! Ange i diagrammet vilken botten som är längst ned respektive högst upp i kolonnen! Vad är det som gör att det ibland går att skilja två ämnen i en homogen vätske-blandning med hjälp av destillation? Vilka är förutsättningarna för antagandet om konstanta molära flöden vid destillation ska vara gällande? (7p) Uppgift 7 I samband med dimensionering av värmeväxlare mha NTU-metoden kan följande uttryck vara användbart: d K A U A U ( TH TC tdrift d ) 1 Cmin a) Vad står K A, t drift och β för? Ange även någon lämplig enhet för var och en av dem. b) Förklara bakgrunden till ekvationen och vad den innebär. Vad för grundantagande bygger ekvationen på? Det räcker att beskriva i ord, formell härledning krävs ej. Illustrera med hjälp av diagram hur olika i grundantagandet ingående delstorheter varierar som funktion av UA/C min. (4p) Uppgift 8 En pump skall normalt användas för att transportera 0,1 m 3 /s vatten från en öppen tank med skarpkantat inlopp (dvs ζ=0,5) till en högre belägen öppen tank. Pumpen är inkopplad i en rörledning med diametern 0,15 m och längden 50 m. Friktionsfaktorn λ är 0,030. Inverkan av eventuella rörkrökar försummas. Höjdskillnaden mellan vattenytorna är 30 m. Ett pumpdiagram från en troligtvis lämplig pump ges nedan. a) Vilket varvtal behöver normalt användas för att klara uppgiften och vad blir pumpeffekten?. Vänd! Tentamen i Grundläggande kemiteknik 013-01-16 5

b) Pumpen drivs av en motor som kan varvtalsstyras +- 0 %. Om varvtalet höjs med 0 %, hur många procent ökar då flödet resp. pumpeffekten? Noggrannhetsmässigt räcker det att hitta ett intervall på 10 l/s inom vilket resulterande flöde ligger. (8p) Göteborg 013-01-10 Krister Ström Derek Creaser Lennart Vamling Tentamen i Grundläggande kemiteknik 013-01-16 6

Formelblad Grundläggande kemiteknik Reaktionsteknik Omsättningsgraden: NA N 0 A X A (satsreaktor) N X F A0 F A0 A A (kontinuerlig reaktor) FA 0 Arrhenius ekvation: EA k Aexp RT E 1 1 och ( ) 1( 1)exp A kt k T ( ) R T1 T Energiteknik Värmeväxlare: T lm T T T ln T 1 1 C min 1 exp NTU 1 Cmax C min C min 1 exp NTU 1 Cmax Cmax (motström) C 1 exp NTU 1 C Cmin 1 C max min max (medström) UA NTU C min Tentamen i Grundläggande kemiteknik 013-01-16 7

Temperaturverkningsgrad för motströmsvämeväxlare,4 stråk (pass) på tubsidan Y T Y T C H1 T T C1 C1 Y Tryckförlust i rörledningar: p f l d c Tentamen i Grundläggande kemiteknik 013-01-16 8

p f c Separationsteknik Antoines ekvation: log P o i A i Bi t C i Wilsonuttrycket för beräkning av aktivitetsfaktor för binärt system: ln 1 ln x 1 1 x x x 1 1 1 x 1 1 x x 1 ln ln 1 1 x 1x1 x1 x1 1 x 1x1 x Relativ flyktighet: 1, där y x y x 1 1 x anger vätskefassammansättning y anger ångfassammansättning 1 anger lättflyktig komponent anger tung komponent Binär destillation: Materialbalanser: n D, x D D, x D Vyn+1 = Lxn + DxD F, x F F, x F n+1 Vym+1 = Lxm BxB m m+1 B, x B W, x W q-linje: q y 1-q x xf 1 q Tentamen i Grundläggande kemiteknik 013-01-16 9