Proiect Ingineria Proceselor Chimice

Proiect Ingineria Proceselor Chimice

Flux tehnologic

Calculul bilantului de masa

A)Cântarirea NiAc

NiAc 6,066g NiAc 6,066g

Cantitatea de NiAc2 necesara procesului, pentru

-ecuatia de reactie a procesului:

Ni(CH3COO)2 + 4 O2(g) NiO(s) + 4CO2(g) + 3H2O(v)

-masa de strat de NiO pentru o placuta si pentru 12 placute

Se cunoaste:-NiO = 6,67 g/

-grosime strat =cm

L= l = 15cm

A =15 15 =225 cm

V =Agrosime strat

V =225 cm10cm= 22510cm

m

-masa de strat de NiO pentru o placuta: m=0,150g NiO

-masa de strat de NiO pentru 12 placute: m=1,8g NiO

Masa totala de NiO: m==2,57g NiO

m=2,57g NiO

Masele moleculare ale reactantilor si a produsilor de reactie din ecuatia procesului:

M=NiAc

M=2O

M=59+16=75g/mol NiO

M=12+2=44g/mol CO

M=2+16=18g/mol

Masa de NiAcpentru un randament al procesului de 100%

177gNiAc........4........75gNiO................

XgNiAc..............Yg........1,8gNiO.............Zg...............Tg

X== 4,248g NiAc

-masa de NiAcintrodusa în pr 212h74c oces pentru =70%

m==

m=6,006g

-masele de O, NiO, CO si HO pentru =70%

177g NiAc..........432g O.............75g NiO............444g CO.............318g HO

6,066g NiAc..............Xg O...............Yg NiO..................Zg CO.......Tg HO

X== 4,38g O

Y== 2,57g NiO

Z== 6,03g CO

T== 1,85g HO

B) Dozarea HO distilata la prepararea solutiei de NiAcde 0,1mol/L

HOdist. HOdist

0,342Kg 0,342Kg

Se calculeaza volumul de HO distilata necesar prepararii solutiei de NiAcsi HO distilata cu NiAcde concentratie molara: C=0,1mol/L din formula de calcul a concentratiei molare: C=

V===0,342L HO

V=0,342L HO distilata

-masa de HO distilata necesara:

Se cunoaste: =1kg/L

V=0,342L HO distilata

=m==1kg/L0,342L

m=0,342kg HO distilata

C) Prepararea solutiei

NiAc6,066Kg sol.(NiAc+ HOdist.)

HOdist. 0,342 Kg 0,348 Kg

Se calculeaza masa de solutie (NiAc+HO)

m+HO= m+m=6,066kg +0,342 kg

m+HO=0,348 kg NiAc+HO

D) Taierea sticlei de TCO

Sticla TCO 12placute TCO

(60x120cm) (15x15cm

A=1515=225 cm

A=22512=2700 cm

A=60120=7200 cm

A=22532=7200 cm

Calculam numarul de placute ramase: 32-12=20 placute

A=22520=4500 cm

E) Spalarea placutelor TCO

Detergent 48 g HO uzata 4848g

HO 4800 g

Pentru spalarea unei singure placute:

-Se considera: V=400 mL folosit la spalare/placuta

-Se cunoaste: = 1 g/mL= 1 kg/L

-Se calculeaza masa de apa necesara pentru spalarea unei singure placute:

m 1 g/mL 400 mL= 400 g

m 400 g

Masa necesara pentru spalarea a 12 placute

m= 40012= 4800g/ 12 placute

m= 4800g/ 12 placute

Se calculeaza masa de apa uzata.

m=m+ m

Se considera masa de detergent utilizata:

m= 4g detergent / placuta

m= 124g = 48g detergent / 12 placute

m= 4g + 400g = 404g

m= 404g

m= m12= 40412= 4848g

m= 4848g

F) Clatire placute TCO

HOdist. HOdist. uzata

4800 g 4800g

Se considera volumul de apa distilata pentru o placuta TCO: V= 400mL

Se calculeaza masa de apa distilata necesara spalarii unei placute TCO

m=1g/mL400 mL=400g distilata

Calculam masa de apa distilata necesara pentru spalarea a 12 placute TCO

m m12= 40012 distilata

m 4800g distilata

G) Spalare placute TCO cu Et-OH

Et-OH 8,931 Kg Et-OH 8,931 Kg

Se considera dimensiunile unei placute: 15x15x0,5cm

Pentru spalarea placutelor se considera utilizarea unui aparat de Baie Ultrasonica, firma TRANSSONIC, cu doua frecvente, model TH-115. Placutele se vor spala in doua serii, câte 6 placute seria. Se calculeaza volumul ocupat de o singura placuta.

Se cunosc: A=225cm

h=0,5cm

V= Ah= 2250,5= 112,5cm

V= 112,510L

Se calculeaza volumul ocupat de 6 placute TCO

V= V6= 112,56= 675 cm

V= 67510L

Se calculeaza volumul de Et-OH folosit la spalarea placutelor.

Se considera dimensiunile aparatului: L= 60cm ; l= 50cm

Inaltimea pâna la care se doreste umplerea cu Et-OH: H= 4cm

Se calculeaza aria suprafetei baii ultrasonice:

A= Ll A= 6050= 3000cm

Se calculeza volumul baii ultrasonice:

V= AH= 3000 cm4cm=12000 cm

V= 12 L

V= V- V= 12 L- 67510L

V= 11 L Et-OH= 11320 cmEt-OH

= 0,789 g/cm

Temp. de fierbere= 78,37C

M= 212+6+16= 46g/moli Et-OH

Se calculeaza masa de Et-OH necesara spalarii placutelor de TCO

=

m= 0,789g/cm11320 cm= 8931,48g Et-OH

m= 8,931 kg Et-OH

H) Uscare placute TCO cu aer comprimat

Aer comprimat Aer comprimat

42,444Kg 42,444Kg

Aerul comprimat contine: -21% O

-79% N

Conditii de uscare cu aer comprimat:

t=

T= 273 + 25= 298,15 K

p= 1 atm.=1,5101325 N / m

pv = RT

Se calculeaza masele moleculare a copusilor aerului comprimat.

M= 216= 32 g/mol O= 32 Kg/Kmoli O

M= 214= 28 g/mol N= 28 Kg/Kmoli N

Se considera: R= 8,310 J / KmolK= 8310 Nm / KmolK

=1,429 g / cm

=1,2506 g / cm

Se considera volumul de aer pentru o placuta de TCO:

V= 2L

2L aer...............100%

xL O................21%

yL N................79%

x== 0,42L=0,4210mO

y== 1,58L=1,5810mN

Din relatia: pv = RT se calculeaza m si m

pv = RT pv =RTm=

m=

m=0,82410Kg O

m=0,8241012= 9,88810Kg O

m==

m=2,71310Kg N

m=2,7131012= 32,55610 Kg N

Se calculeaza masa de aer comprimat necesara uscarii pentru o placuta TCO.

m= m+ m=0,82410Kg+ 2,71310Kg

m=3,35710Kg aer comprimat

m=3,35710Kg12

m=42,44410Kg

I)Procesul de pulverizare

Aer comprimat utilizat la

pulverizare

18,699 Kg

Precursori(NiAc)

NiOreziduual 0,77

1 Kg 12 placute TCO pulverizate

NiO cu strat de NiO (1m)

Se calculeaza cantitatea de aer comprimat utilizata la pulverizare

Se cunosc: m= 4,38g O= 4,3810Kg O

p= 1,5atm.=1,5101325= 151987,5 N / m

t= =350+ 273,15= 623,15 K

R= 8,310

V=1,158

V=1,158

Cunoscând volumul de Ose calculeaza volumul de N

100%......................x maer comprimat

21%......................1,158

79%......................y m N

y= = 4,35610mN

Calculam masa de Ndin amestecul reziduual.

Se calculeaza masa de aer comprimat utilizata la pulverizare.

aer comprimat

Se calculeaza NiO reziduual.

=1,8Kg NiO

Kg NiO

2,5710-1,810Kg

0,7710Kg

Bilant total

Calculul bilantului de energie

aA+bB=cC+dD+eE

Q_necesar = Q_t + Q_reactie + Q_{vap H2O}

Unde: Q_t - este energia necesara pentru incalzirea precursorilor acceptata de sistem;

Q_reactie - energia de reactie;

Q_{vap H2O} - energia de vaporizare a produsilor volatili.

a)Calculul Q_t

Q_t= Σm_ic_iΔT=(m_Ac_A+m_Bc_B)ΔT

Unde : c_A, c_B - caldura specifica

c_{A, B}=

Unde: Cp_A,B - capacitatea calorica;

M_A,B - masa molara.

ΔT=T_dep-T_camera

m_a = 6,066 g

m_b = 4,38 g

T_dep = 350⁰C = 623,15 K

T_camera = 20⁰C = 293 K

ΔT = 623,15 - 293,15

ΔT = 330 K

Ni(CH₃COO)₂ + 4O₂ NiO +4CO₂ + 3H₂O

Tabel 1. Entalpiile de formare si caldurile specifice necesare studiului termodinamic.

C_NiAc2 =

= a + bT +

= 71,72J/mol∙K

=

= = 0 J/g∙K

= a + bT +

= 30 + 10 ∙10^-3∙623,15 +

= 36,75J/mol∙K

C_H2O =

= = 2 J/g∙K

Q_t = (mAcA+mBcB ∆T

Q_t = (6,066 0 + 4,382,04) 330

Q_t = 3749,328 J=3,749kJ

b)Calculul Q_r

Q_r H_{R, T} · n_prec

Unde: H_{R, T} - entalpia de reactie;

n_prec - numarul de moli de precursori.

= (∆

= (-961,5 - 4∙393,51 - 3∙241,84) - (-239,7 + 4∙0)

∆ = -3021,36 kJ

= -3021360 J

Determinarea dependentei entalpiei de reactie functie de temperatura

Pentru substante anorganice ∆C_P se calculeaza cu urmatoarea relatie:

∆C_P = ∆a + ∆bT +∆c^' (2)

Din ecuatiile (1) si (2) rezulta:

(3)

unde:

Δa = · a_prod - ∙ a_react

Δb = · b_prod - ∙ b_react

Δc^' = · c^' _prod - ∙ c^' _react

I_H este constanta de integrare

Δa = [-20,88 + (4∙44,14) + (3∙30)] - [38,7 + (4∙31,46)] = 81,14 J/mol∙K

∆b = [157,23 + (4∙9,04) + (3∙10,71)] - [53,56 + (4∙3,39)] = 158,4∙10^-3 J/mol∙K

∆c = [16,28 + (4∙-8,53) + (3∙0,33)] - [0 + (4∙-3,77)] = -1,77∙10⁵ J/mol∙K

Valoarea constantei de integrare se determina inlocuind in ecuatia (3) T=298 K

I_H = -3021360 - 81 ∙298 + 158,4∙10^-3∙ + ()

I_H = 3039100 J

∆H_R,T = 81,14∙623,15 +

∆H_R,T = - 2957499,3 J= -2957,499kJ

n_precursori = = =0,342 moli de NiAc

Q_r= -ΔH ∙ n_prec

Q_r = 2957499,30,342 = 1011464,76 J= 1011,464kJ

c)Calculul Q_{vap H2O}

Q_{vaporizare apa}= - H n_HO

H J

= =

= 0,102 moli H₂O

Q= -2,6768∙0,102 = -0,273 J

Q_necesar= Q_t+Q_reactie+Q_{vap H2O}

Q_necesar = 3,749 + - 0,273

Q_necesar = 1011468,24J = 1011,46 kJ