Impianti Chimici Esercizi

Una miscela di metanolo e etanolo, vaporizzata al 50%, deve essere separata per distillazione fino ad una

purezza in testa del 95%.

1. Calcolare il numero di stadi di equilibrio necessari per la separazione della miscela al 20% di metanolo

nell’ipotesi di utilizzare un rapporto di riflusso pari a 1.1 il minimo, con un recupero del 99% in testa.

2. Calcolare il diametro della colonna per una produzione di 300 kg h-1 di prodotto di testa nell’ipotesi di

utilizzare un riempimento strutturato e uno random delle caratteristiche negli allegati.

3. Verificare se, ed eventualmente in quali condizioni, l’apparecchiatura dimensionata è ancora utilizzabile

se la miscela in alimentazione risultasse al 15 % in metanolo e in condizioni di liquido saturo.

4. Verificare se il condensatore a fascio tubiero riportato di seguito e relativo al punto 2 può essere

utilizzato nelle condizioni del punto 3.

y-x diagram for METHANOL/ETHANOL

Liquid mole fraction, METHANOL

Va

po

r m

ole

fra

cti

on

, M

ET

HA

NO

L

0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 0.55 0.60 0.65 0.70 0.75 0.80 0.85 0.90 0.95 1.000.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

0.35

0.40

0.45

0.50

0.55

0.60

0.65

0.70

0.75

0.80

0.85

0.90

0.95

1.00

1.0133 bar

Impianti Chimici Esercizi

Impianti Chimici Esercizi

Properties of the fluids => see TEMA sheet

Shell side:

f

ff

fc

L

weR

44

tt

c

fNL

w

6

13

13/1

2Re5.1

r

vLL

Lc Ng

kh

Nt = total number of tubes in the bundle Nr = average number of tubes in a row (=2/3Nr,max)

Tube side: 33.08.0

PrRe23.0Nu

Impianti Chimici Esercizi

Una corrente di vapore saturo (3000 kg h-1) è composta da A (70%) e B e deve essere separata fino al 99%

del componente più volatile in una colonna di distillazione equipaggiata con condensatore totale e

ribollitore tipo kettle.

Calcolare il numero di stadi necessari alla separazione considerando un rapporto di riflusso pari a 1.3 volte il

minimo.

Dimensionare il ribollitore della colonna, considerando uno scambiatore tipo 1:2 con tubi a U lunghi 4 m,

con diametro esterno 25 mm e interno 20 mm.

Calcolare il diametro della colonna utilizzando piatti e riempimenti del tipo descritto di seguito.

Calcolare la purezza ottenibile dalla stessa colonna se la portata di alimentazione aumentasse del 25%.

Parameters Units

API

43.7 42.4

CHARGE

0 0

DGFORM kcal/mol -38.1915 -35.9941

DHFORM kcal/mol -60.8102 -65.7065

DHVLB kcal/mol 9.933195 10.26947

FREEZEPT C -126.2 -89.3

HCOM kcal/mol -440.432 -586.128

MUP debye 1.678841 1.669847

MW

60.09592 74.1228

OMEGA

0.6209 0.58828

PC bar 51.69 44.14

RKTZRA

0.25537 0.25802

S025E cal/mol-K 153.462 186.0455

SG

0.8077 0.8138

TB C 97.2 118.75

TC C 263.65 289.95

VB cum/kmol 0.082127 0.103356

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VC cum/kmol 0.219 0.273

VLSTD cum/kmol 0.074576 0.091302

ZC

0.254 0.258

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Impianti Chimici Esercizi

P = pressione operativa, bar

Pc = pressione critica del liquido, bar

q = hnb(Tw-Ts) = flusso di calore, W/m2

Piatti

Velocità di flooding (parametri di Fair) in m s-1 basata sull’area netta

Impianti Chimici Esercizi

VW e LW portate massiche di vapore (gas) e liquido

hW = 12 mm

Trascinamento ( < 0.1)

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Perdita di carico nel piatto

perdita di carico nel discendente

Lwd = portata di liquido nel discendente (kg s-1)

Am = la più piccola area di passaggio

del liquido nel discendente

(trasversale o longitudinale)

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Impianti Chimici Esercizi

Una corrente di aria in condizioni standard (1000 kg h-1) contiene un inquinante A (4%), che deve essere

rimosso del 90% per assorbimento in acqua a 30 °C (all’equilibrio, y = 0.7 x). La corrente ricca in acqua è

preriscaldata fino a liquido saturo e inviata a una colonna di distillazione per la rigenerazione.

1. Calcolare altezza e diametro della colonna di assorbimento, considerando un riempimento strutturato

Mellapak 252Y (Sulzer).

2. Progettare lo scambiatore a piastre (13X33in) per il preriscaldo (fluido caldo di proprietà assimilabili

all’acqua a 160 ° C), considerando la correlazione Nu = 0.414 Pr0.4 Re0.5

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Una colonna disitillazione, con condensatore a fascio tubiero e ribollitore kettle, è stata progettata per

separare 10 kmol h-1 di una miscela binaria propanolo/butanolo (70%) al punto di ebollizione. Il distillato è

puro al 98% e il recupero del leggero nel distillato è del 99%. La colonna è stata dimensionata con rapporto

di riflusso pari a 1.1 volte il minimo.

L’interno della colonna è costituito da anelli nutter #1.5 .

1. Dimensionare il ribollitore tipo kettle, considerando tubi da 19 mm OD, spessore 2 mm e lunghezza

1.35 m, con maglia triangolare. Il fluido caldo è vapore saturo a 212 °C. Il coefficiente massimo di

sporcamento è pari a 2 X 10-4 i.u. condizioni simili il coefficiente di scambio è stato stimato pari a

circa 1500 kcal h-1 m-2 °C -1.

2. Verificare se e in quali condizioni la colonna può essere utilizzata per separare 10 kmol h-1 di butanolo/propanolo al 50%, in condizioni di vapore saturo.

3. Se la colonna venisse utilizzata per abbattere del 90% un inquinante presente in un gas al 10% in volume, calcolare la massima portata trattabile considerando un rapporto L/Lmin = 1.3 e sapendo che l’equilibrio L/G è rappresentato dall’equazione y=1.2x

Impianti Chimici Esercizi

Impianti Chimici Esercizi

Una corrente di azoto in condizioni standard (20000 kg h-1) contiene un inquinante A (4%), che deve essere

rimosso all’80% per assorbimento in acqua in una colonna C1. La corrente ricca in inquinante è

preriscaldata e inviata a una colonna di distillazione C2 per la rigenerazione. La colonna C2 opera con un

rapporto di riflusso 1,3 volte il minimo.

1. Calcolare altezza e diametro della colonna di assorbimento C1, riempimento random costituito da anelli

Nutter #1.5.

2. Progettare lo scambiatore a piastre utilizzato per il preriscaldo, considerando il fondo colonna come

fluido caldo e una differenza minima di temperatura dello scambiatore di 15 °C

3. Calcolare il costo capitale della Colonna di assorbimento C1.

Equilibrium data:

Gas/liquid y = 0.55 x

Cost data

Packing PC = 900 € m-3

Tower = 1.2 PC

Equazioni dello scambiatore

Nu = 0.414 Pr0.4 Re0.5

f = 2.3 Re0.7