Oefeningenexamen CIT2

Oefeningenexamen C.I.T. - Eerste zit 2000-2001
Lijst 1
8. Gasabsorptie
Het effluent van een chemische reactor bevat 25 mol% ammoniak en voor de rest draaggas. Het
totaaldebiet bedraagt 181,4 kmol/u. Deze gasfase wordt behandeld in een absorptiekolom bij 303 K
en 1 atm. Als scrubbervloeistof wordt water met een molfractie aan ammoniak gelijk aan 0,005
gebruikt. De effluentconcentratie aan ammoniak in het gas mag maximaal 2 mol% ammoniak
bedragen. De (dimensieloze) constante van Henry bedraagt 1,39. De moleculaire gewichten van
ammoniak, water en lucht bedragen resp. 17 g/mol ; 18 g/mol en 29 g/mol.
- Bereken het minimale vloeistofdebiet.
Men wenst deze scheiding uit te voeren in een bestaande kolom met een doorsnede van 0,1 m 2.
Figuur 8 geeft informatie omtrent flooding-omstandigheden in absorptiekolommen. De waarde van
 in de ordinaat van de figuur bedraagt 6,57.10-4 m4.s2/kg2. De dichtheid van de vloeistoffase
bedraagt 1000 kg/m3 (en dit onafhankelijk van de samenstelling).
- Bij welk vloeistofdebiet treedt er flooding op (flooding-omstandigheden worden het eerst bereikt
aan de bodem van de kolom)?
14. Chemische reactoren
Men wenst propyleenglycol te produceren, vertrekkende van propyleenoxide en water:
zwavelzuur
propyleeno xide  water    propyleeng lycol
Men beschikt over een batch-reactor van 10 gallon. Deze reactor wordt gevuld met 0,5 gallon
methanol (c = 24,99 kmol/m3), 0,5 gallon propyleenoxide (c = 14,96 kmol/m3) en 5 gallon water
(c = 55,56 kmol/m3, in deze stroom zit er 0,1 gew% zwavelzuur dat dienst doet als katalysator). De
reactie gedraagt zich als een eerste-orde-reactie in propyleenoxide met als reactiesnelheidsconstante:
12

9059
T
k  16,96.10 .e
met k in 1/u en T in K
Initieel staat de reactor op 58 °F. De warmtecapaciteit van de reactorinhoud wordt constant
ondersteld en is gelijk aan 14767 J/K. De reactie-enthalpie bedraagt -38402 J/mol.
- Wat is de temperatuur in een adiabatische reactor bij een conversie van 0,75?
- Hoelang duurt het vooraleer deze conversie bereikt wordt in een isotherme reactor op 58 °F?
- Bereken de hoeveelheid warmte die moet afgevoerd worden indien de reactortemperatuur niet
boven de 52 °C mag komen (terug bij een conversie van 0,75).
Examen C.I.T.2 - eerste zit 2000-2001
4CH + 4SCHC
Oef. Lijst 1 p.1
1. Destillatie
Een (ideaal ondersteld) benzeen-tolueen-mengsel op kooktemperatuur (dit is 182,8 °C) en met
62 mol% benzeen en 38 mol% tolueen wordt gerectificeerd bij 6290 mm Hg. De ganse installatie
(kolom én condensor én reboiler) werkt isobaar. De bodemstroom dient minstens 99,9 mol%
tolueen te bevatten en is een kokende vloeistof (afkomstig van een partiële reboiler) op een
temperatuur van 206,6 °C. Daarenboven vereist men dat 95 % van het tolueen in de voeding in het
residu teruggevonden wordt. Het destillaat is een kokende vloeistof (afkomstig van een totale
condensor). De vergelijkingen van Antoine bevatten voor deze twee componenten de volgende
constanten:
Antoine-constanten
A
B
C
6,9057
1211,03
220,79
Benzeen
6,9533
1343,94
219,38
Tolueen
In de vergelijking van Antoine staat de dampspanning in mm Hg en de temperatuur in °C. De
volatiliteit in het midden van de kolom en de bodem van de kolom bedraagt resp.1,965 en 1,878.
- Bereken hoeveel destillaat en residu er gevormd wordt per 100 mol voeding alsook de
destillaatsamenstelling.
- Toon aan dat de temperatuur van het destillaat circa 169,8 °C bedraagt.
- Toon aan dat de volatiliteit aan de top van de kolom 2,019 bedraagt.
- Bepaal met behulp van de methode van Fenske het minimum aantal benodigde theoretische
schotels in de kolom.
Examen C.I.T.2 - eerste zit 2000-2001
4CH + 4SCHC
Oef. Lijst 1 p.2
Dimensies : V en G in de abscis uitgedrukt in m3/(m2.s) ; G in de ordinaat uitgedrukt in kg/(m2.s)
Figuur 8 : omstandigheden voor flooding
Examen C.I.T.2 - eerste zit 2000-2001
4CH + 4SCHC
Oef. Lijst 1 p.3
Oefeningenexamen C.I.T. - Eerste zit 2000-2001
Lijst 2
5. Destillatie
Een rectificatiekolom met twee voedingen (mengsels van ethanol en water) wordt gebruikt om een
destillaat en een residu met resp. 78 en 0,4 mol% ethanol aan te maken. Men maakt gebruik van een
totale condensor. De twee voedingsstromen zijn de volgende :
- stroom A : 2035 lb/h ; 61 mol% ethanol
- stroom B : 7965 lb/hr ; 28 mol% ethanol
Beide voedingen zijn kokende vloeistoffen die op de meest geschikte schotel gevoed worden. Waar
nodig mag ondersteld worden dat de vloeistoffase ideaal is. Verder is gegeven dat:
- moleculaire gewichten : ethanol 46 g/mol ; water : 18 g/mol
- verdampingsenthalpieën : ethanol 18,66 kJ/mol ; water 40,6 kJ/mol.
- Bereken het destillaat- en het residudebiet.
- Bepaal het aantal theoretische schotels in de aanrijkingssectie als Ru = 1,55 (met aanrijkingssectie
wordt hier de sectie boven de bovenste voeding bedoeld).
- Bereken het vermogen dat vrijkomt aan de condensor.
6. Gasabsorptie
Aceton moet door zuiver water geabsorbeerd worden in een pakkingskolom met een
dwarsdoorsnede van 0,186 m2 en dit bij 293 K en 1 atm. De te behandelen gasfase is een met aceton
beladen lucht. Aan de inlaat van de kolom bedraagt het acetongehalte 2,6 mol%, na de kolom
0,5 mol%. Het luchtdebiet bedraagt 13,65 kmol aceton-vrije lucht/uur. Het waterdebiet aan de top
van de kolom bedraagt 45,36 kmol/uur. De volgende massa-overdrachtscoëfficiënten zijn gegeven:
- volumetrische partiële massa-overdrachtscoëfficiënt in de gasfase : kx,g.a = 3,78.10-2 kmol/(m3.s)
- volumetrische partiële massa-overdrachtscoëfficiënt in de vloeistoffase :
kx,vl.a = 6,16.10-2 kmol/(m3.s)
De constante van Henry bedraagt 1,77.105 Pa. 1  vloeistof bevat onafhankelijk van de
samenstelling steeds 55,56 mol (ctot = 55,56 mol/).
- Bereken de samenstelling van de vloeistoffase aan de bodem van de kolom.
- Bereken de hoogte van de kolom (werk hierbij met gemiddelde debieten over de kolom).
Examen C.I.T.2 - eerste zit 2000-2001
4CH + 4SCHC
Oef. Lijst 2 p.1
15. Chemische reactoren
Hydrodenitrogenatie is een chemische reactie waarbij stikstof uit een organische molecule wordt
verwijderd met behulp van waterstofgas. De eerste reactiestap voor dit type proces bij
5,6-benzoquinoline is als volgt:
Deze reactie grijpt plaats in de vloeistoffase bij 100 °C. De oplossing wordt bij 170 atm verzadigd
aan waterstofgas. Als katalysator wordt ingezwaveld CoMo gebruikt met een concentratie van
20 g/dm3. De reactie is een pseudo-eerste-orde in 5,6 benzoquinoline. De reactiesnelheidsconstante
bedraagt onder de gegeven omstandigheden 0,0704 1/min.
- Bereken de tijd die nodig is om in een isotherme batchreactor op 100 °C een conversie van 0,95 te
bereiken.
Men wenst nu met behulp van isotherme continue reactoren een voedingsdebiet van 1 /min
5,6-benzoquinoline te verwerken waarbij de conversie minimaal 0,95 moet zijn. Als
reactortemperatuur wordt 100 °C gekozen.
- Wat is het benodigde reactorvolume indien men wil gebruik maken van een propstromingsreactor?
- Hoeveel isotherme volkomen vermengde reactoren van 20  moet men in serie plaatsen om het
gestelde doel te bereiken?
Examen C.I.T.2 - eerste zit 2000-2001
4CH + 4SCHC
Oef. Lijst 2 p.2
Figuur 5 : evenwichtsdiagram van ethanol-water bij 1 atm (abscis en ordinaat: molfracties aan
ethanol).
Examen C.I.T.2 - eerste zit 2000-2001
4CH + 4SCHC
Oef. Lijst 2 p.3
Oefeningenexamen C.I.T. - Eerste zit 2000-2001
Lijst 3
2. Destillatie
Een rectificatiekolom op 1 atm wordt gebruikt om 18000 lb/h van een azijnzuur-aceton-mengsel
bevattende 47,5 gew% aceton te scheiden. De kolom werkt met een partiële condensor zodat het
destillaat een damp op condensatietemperatuur is. De reflux is een kokende vloeistof. De reboiler is
eveneens partieel. De voeding is een kokende vloeistof.
Voeding
47,5
Aceton (gew%)
- Bereken het destillaat- en het residudebiet in mol/u.
Destillaat
91,2
Residu
1
- Bepaal de minimale reflux.
- Bepaal het aantal theoretische schotels in de kolom als Ru = 3,5.Ru,min
Figuur 2 geeft het evenwichts- en kookdiagram van azijnzuur-aceton bij 1 atm. Het moleculair
gewicht van azijnzuur en aceton bedraagt resp. 60 en 58 g/mol.
9. Gasabsorptie
Een niet-vluchtige organische olie bevat 2 mol% propaan. Deze propaan wordt eruit gestript met
behulp van (propaanvrije) oververhitte stoom in een platenkolom. Het propaangehalte in de
vloeistof valt hierbij terug op 0,2 mol%. De kolom werkt op 422 K en 2 atm. 11,42 kmol stoom
wordt gebruikt voor elke 300 kmol vloeistof die binnenkomt. Het gas-vloeistof-evenwicht kan
voorgesteld worden door xpropaan,gas = 25.xpropaan,vloeistof (beide x-waarden zijn molfracties). De stoom
condenseert niet in de kolom en gedraagt zich dus als een draaggas.
- Bepaal de minimale draaggashoeveelheid per 100 kmol vloeistof die binnenkomt bij een
tegenstroomkolom.
- Bepaal de minimale draaggashoeveelheid per 100 kmol vloeistof die binnenkomt bij een
gelijkstroomkolom.
De druk van de kolom wordt opgevoerd naar 3 atm.
- Herbereken de minimale draaggashoeveelheid per 100 kmol vloeistof die binnenkomt bij een
tegenstroomkolom.
Examen C.I.T.2 - eerste zit 2000-2001
4CH + 4SCHC
Oef. Lijst 3 p.1
11. Chemische reactoren
Men wenst 200 miljoen pond ethyleenglycol per jaar te produceren in een isotherme volkomen
vermengde reactor. Aan de reactor wordt een oplossing van 16207 mol/m3 ethyleenoxide in water
gevoed alsook een even groot volumetrisch debiet van een oplossing van 0,9 gew% zwavelzuur in
water. De volgende reactie treedt op:
zwavelzuur
ethyleenox ide  water    ethyleengl ycol
Deze reactie gedraagt zich als een pseudo-eerste orde reactie in ethyleenoxide. Bij de
reactortemperatuur bedraagt de reactiesnelheidsconstante 0,311 1/min. Het moleculair gewicht van
ethyleenglycol is 62 g/mol.
- Bepaal het benodigde reactorvolume als men een minimale conversie van 80% beoogd
- De volkomen vermengde reactoren worden standaard geleverd met een volume van 800 gallon.
Hoeveel van dergelijke reactoren moet men minimaal in parallel plaatsen om minimaal een
conversie van 80 % te halen? Wat is de conversie op dat moment?
- Hoeveel van dergelijke 800 gallon-reactoren moet men in serie plaatsen om minimaal een
conversie van 80 % te halen? Wat is de conversie op dat moment?
100
120
Totaaldruk 1 atm
90
110
100
70
60
90
50
80
40
30
70
Temperatuur (°c)
Mol% aceton in gas
80
20
60
10
0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
50
100
Mol% aceton in vloeistof
Figuur 2 : evenwichts- en kookdiagram van aceton-azijnzuur.
Examen C.I.T.2 - eerste zit 2000-2001
4CH + 4SCHC
Oef. Lijst 3 p.2
Oefeningenexamen C.I.T. - Eerste zit 2000-2001
Lijst 4
3. Destillatie
Men wenst 3500000 Nft3/dag lucht (in dit geval is dit een debiet bij 60 °F en 1 atm) te scheiden in
stikstof en zuurstof met behulp van een Linde-dubbel-kolom (cfr. Figuur 3-1). Beide produkten
moeten 99 mol% zuiver zijn. Onderstel dat lucht een binair mengsel is dat 21 mol% zuurstof bevat.
De voeding is een kokende vloeistof. Zowel het finale destillaat als het finale residu worden
afgetapt als een kokende vloeistof, afkomstig van resp. een inwendige totale condensor in de hogedruk-kolom en een inwendige partiële reboiler in de lage-druk-kolom. Figuren 3-2 en 3-3 zijn de
kook- en evenwichtsdiagramma voor de hoge-druk-kolom (5 atm) en de lage-druk-kolom (1 atm).
- Bereken het debiet aan destillaat en residu.
- Wat is de temperatuur aan de top van de hoge-druk-kolom?
- Wat is de temperatuur aan de bodem van de lage-druk-kolom?
- Bepaal het minimum aantal theoretische schotels in de aanrijkingssectie van de hoge-druk-kolom.
7. Gasabsorptie
Men wenst een absorptiekolom te ontwerpen om SO2 bij 293 K en 1 atm uit een gasfase te halen
met behulp van zuiver water. Als pakking wordt gekozen voor keramische ringen die 22,4 mm groot
zijn. De te behandelen gasfase bevat 20 mol% SO2 (rest is lucht). Na behandeling mag er nog 2
mol% SO2 in de gasfase aanwezig zijn. Het draaggasdebiet bedraagt 6,53.10-4 kmol lucht/s, terwijl
er 4,20.10-2 kmol water/s wordt gevoed. De doorsnede van de kolom is 0,0929 m2. De massaoverdrachtscoëfficiënten worden gegeven door de formules
k x,g .a  0,0594.G 0,7 .V 0,25
en
k x, vl .a  0,152.V 0,82
Hierbij zijn : kx,g.a en kx,vl.a de volumetrische massa-overdrachtscoëfficiënten in kmol/(m3.s) ; G het
totale gasdebiet in kg gas/(m2.s) en V het totale vloeistofdebiet in kg vloeistof/(m2.s). Voor de
berekening van massa-overdrachtscoëfficiënten én de hoogte van de kolom mogen gemiddelde
debieten gebruikt worden. De (dimensieloze) constante van Henry bedraagt 40. 1  vloeistof bevat
onafhankelijk van de samenstelling steeds 55,56 mol (ctot = 55,56 mol/). Moleculaire gewichten:
SO2 64 g/mol ; lucht 29 g/mol ; water 18 g/mol.
- Bereken de samenstelling van de vloeistoffase aan de bodem van de kolom.
- Bereken de hoogte van deze kolom.
Examen C.I.T.2 - eerste zit 2000-2001
4CH + 4SCHC
Oef. Lijst 4 p.1
12. Chemische reactoren
Dibutylphtalaat (DBP) wordt aangemaakt door n-butanol te laten reageren met monobutylphtalaat
(MBP):
zwavelzuur
MBP  n - butanol  DBP  water
De reactie is eerste orde in MBP en eerste orde in n-butanol. De reactortemperatuur is 100 °F. Bij
deze temperatuur bedraagt de reactiesnelheidsconstante 2,057.10-8 m3/(mol.s). De reagentia en de
katalysator worden net voor de reactor gemengd. Aan de inlaat van de reactor bevat de stroom
3241 mol/m3 MBP. Het molair debiet aan n-butanol in deze stroom is vijf maal het molair debiet
aan MBP. Onderstel dat de reactiesnelheid zich herleidt tot een pseudo-eerste-orde in MBP, gezien
de overmaat n-butanol die gevoed wordt. Men wil 4 miljoen pond DBP produceren op jaarbasis.
Hiervoor wordt een isotherme volkomen vermengde reactor met een volume van 1000 gallon 30
dagen per jaar (24 uur op 24 uur) gebruikt. Het moleculair gewicht van DBP is 280 g/mol.
- Bereken hoeveel mol/s DBP er door de reactor moet geproduceerd worden.
- Welke conversie moet de reactor hebben om aan de productie-eis te voldoen?
Hint : - de eerste deelvraag levert een verband op tussen de conversie en het inlaatdebiet aan MBP.
- een massabalans over de reactor levert nog een verband op tussen deze twee grootheden.
- oplossen van het aldus bekomen stelsel levert de gevraagde conversie op.
Vloeibare N2
Lage-druk-kolom
(1 atm)
99 mol% O2
99mol% N2
Hoge-druk-kolom
(5 atm)
Lucht
Figuur 3-1 : Linde-dubbel-kolom-systeem.
Examen C.I.T.2 - eerste zit 2000-2001
4CH + 4SCHC
Oef. Lijst 4 p.2
110
Totaaldruk 5 atm
0,9
108
0,8
106
0,7
104
0,6
102
0,5
100
0,4
98
0,3
0,2
96
0,1
94
0,0
Temperatuur (K)
Molfractie stikstof in gasfase
1,0
92
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
Molfractie stikstof in vloeistoffase
Figuur 3-2 : evenwichts- en kookdiagram van stikstof-zuurstof bij 5 atm.
92
0,9
Totaaldruk 1 atm
90
0,8
88
0,7
0,6
86
0,5
84
0,4
82
0,3
Temperatuur (K)
Molfractie stikstof in gasfase
1,0
80
0,2
78
0,1
0,0
76
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
Molfractie stikstof in vloeistoffase
Figuur 3-3 : evenwichts- en kookdiagram van stikstof-zuurstof bij 1 atm.
Examen C.I.T.2 - eerste zit 2000-2001
4CH + 4SCHC
Oef. Lijst 4 p.3
Oefeningenexamen C.I.T. - Eerste zit 2000-2001
Lijst 5
4. Destillatie
Er moet 13700 pond/dag geproduceerd worden van een stroom die 99,5 mol% aceton bevat. Dit
gebeurt door middel van de rectificatie van een stroom die 35 mol% azijnzuur en 65 mol% aceton
bevat. De kolom werkt op 1 atm, de temperatuur van de voeding is 80 °F. Het destillaat is een
kokende vloeistof, afkomstig van een totale condensor. Het residu bevat 10 mol% aceton. Waar
nodig mag ondersteld worden dat de vloeistoffase zich ideaal gedraagt. Verder zijn gegeven:
- soortelijke warmtes : cp,azijnzuur = 140,7 J/(mol.°C) ; cp,aceton = 126,3 J/(mol.°C)
- verdampingsenthalpieën : Hverdamping,azijnzuur = 24,3 kJ/mol ; Hverdamping,aceton = 30,6 kJ/mol
Gevraagd :
- Bepaal Ru,min.
- Bepaal het aantal theoretische schotels in de aanrijkingssectie bij Ru = 2,5.
10. Gasabsorptie
Een gasstroom bevat 4 mol% ammoniak. Door middel van een absorptiekolom op 293 K en 1 atm
moet dit gehalte teruggebracht worden tot 0,5 mol%. De scrubbervloeistof is zuiver water met een
debiet van 98 kmol/u ; het totale gasfasedebiet aan de inlaat bedraagt 57,8 kmol/u. De diameter van
de toren bedraagt 0,747 m. De partiële volumetrische massa-overdrachtscoëfficiënten zijn kx,g.a =
0,0739 kmol/(m3.s) en kx,vl.a = 0,169 kmol/(m3.s). De (dimensieloze) constante van Henry bedraagt
1,39. 1  vloeistof bevat onafhankelijk van de samenstelling steeds 55,56 mol (ctot = 55,56 mol/).
- Bereken de samenstelling van de vloeistoffase aan de bodem van de kolom.
- Bereken de hoogte van de kolom (met behulp van gemiddelde debieten).
Examen C.I.T.2 - eerste zit 2000-2001
4CH + 4SCHC
Oef. Lijst 5 p.1
13. Chemische reactoren
Propyleenglycol wordt aangemaakt via de hydrolyse van propyleenoxide:
zwavelzuur
propyleeno xide  water    propyleeng lycol
De reactie is een eerste orde reactie in propyleenoxide met als reactiesnelheidsconstante
12
k  16,96.10 .e

9059
T
met k in 1/u en T in K
Men wenst na te gaan in hoeverre een adiabatische volkomen vermengde reactor van 1,136 m3
gebruikt kan worden voor deze reactie. Er wordt 43,03 kmol/u (1132,5 kg/u) propyleenoxide
gevoed. De voeding bevat 1,303 m3/u propyleenoxide en 1,303 m3/u (71,87 kmol/u) methanol.
Daarnaast wordt er ook 6,515 m3/u (802,8 kmol/u) water gevoed dat 0,1 gew% H2SO4 bevat. Vóór
menging is de temperatuur van deze stromen 14,4 °C, maar door het mengproces stijgt de
temperatuur met 9,4 °C. De temperatuur in de reactor mag niet hoger worden dan 51,7 °C, omdat er
anders te veel oxide verdampt. De reactie-enthalpie bedraagt -38402 J/mol. De warmtecapaciteit
van zowel de influent- als de effluentstroom bedraagt 9,154 kJ/(K.s) (dit is dus een
0
m .c p  waarde ).
- Kan deze reactor gebruikt worden voor deze toepassing?
Werkwijze :
1. Stel het verband op tussen de conversie en de temperatuur via een massabalans. Dit verband
wordt grafisch weergegeven in Figuur 13.
2. Bepaal het lineaire verband tussen de conversie en de temperatuur via een enthalpiebalans. Zet
dit verband uit op Figuur 13.
3. Haal uit de figuur de conversie en de temperatuur in de reactor. Vergelijk de bekomen
temperatuur met de maximum toegelaten temperatuur.
Examen C.I.T.2 - eerste zit 2000-2001
4CH + 4SCHC
Oef. Lijst 5 p.2
100
120
Totaaldruk 1 atm
90
110
100
70
60
90
50
80
40
30
70
Temperatuur (°c)
Mol% aceton in gas
80
20
60
10
0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
50
100
Mol% aceton in vloeistof
Figuur 4 : evenwichts- en kookdiagram van aceton-azijnzuur bij 1 atm.
1
0,9
0,8
Conversie x
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0
295
305
315
325
335
345
355
365
Temperatuur in reactor (K)
Figuur 13 : conversie in functie van de temperatuur zoals berekend via de massabalans
Examen C.I.T.2 - eerste zit 2000-2001
4CH + 4SCHC
Oef. Lijst 5 p.3
Oefeningenexamen C.I.T. - Tweede zit 2000-2001
Lijst 1
1. Destillatie
Een kokend vloeistofmengsel bestaat uit 10 mol% pentaan en 90 mol% methylcyclohexaan. De
evenwichtsgegevens voor het binaire systeem pentaan-methylcyclohexaan worden gegeven in
Tabel 1. Dit mengsel wordt continu gerectificeerd met als eis dat de molfractie aan pentaan in het
destillaat minimaal 0,95 moet zijn. Het residu mag maximaal 5 mol% pentaan bevatten.
- Teken het evenwichtsdiagram. Gebruik hiervoor Figuur 1.
- Bepaal grafisch de minimale reflux voor deze destillatie.
- Bepaal grafisch het aantal benodigde schotels als Ru = 3,75.
- Hoeveel mol mengsel wordt er per 100 mol voeding bij deze Ru-waarde door de reboiler
verdampt?
3. Reactoren
De thermische kraking van propaan op 800 °C wordt kinetisch beschreven als volgt:
C 3 H 8  C 2 H 4  CH 4
met
1 
r1  2,341  .c C3H8
s 
C3H8  C 2 H 4  C 2 H 6  C3H 6
met
 m3 
r2  23,635 
.c C3H8 .c C2H 4
 kmol.s 
Een voeding van 100 kmol/u zuiver propaan wordt naar een isotherme kraker op 800 °C gestuurd.
De conversie x moet minimaal 0,95 bedragen. De dichtheid van de gasfase aan de inlaat bedraagt
0,818 kg/m3. Het moleculair gewicht van propaan bedraagt 72 g/mol. Onderstel dat
concentratieveranderingen enkel een gevolg zijn van het optreden van reacties en niet van
volumeveranderingen. Dit impliceert dat cpropaan = (1-x).cpropaan,inlaat.
- Bepaal het benodigde volume van een propstromingsreactor als er een conversie van 95 % wordt
beoogd en enkel de eerste reactie in rekening wordt gebracht.
- Dezelfde vraag maar voor een volkomen vermengde reactor.
- Wanneer de twee reacties in rekening gebracht moet het volume bepaald worden via het oplossen
van een stelsel vergelijkingen. Als onbekenden treden hierbij het volume van de reactor, het
volumetrisch debiet aan de uitlaat van de reactor en de reactorsamenstelling (uitgedrukt onder de
vorm van concentraties) op. Stel twee van de vergelijkingen van dit stelsel op door het maken van
Examen C.I.T.2 - tweede zit 2000-2001
4CH
Oef. Lijst 1 p.1
balansen voor methaan enerzijds en etheen anderzijds. Deze vergelijkingen mogen enkel de
hogergenoemde onbekenden bevatten .Het oplossen van het stelsel wordt NIET gevraagd.
2. Gasabsorptie
Men wenst een pakkingskolom te ontwerpen voor effluentgassen met als samenstelling 0,5 mol%
NH3 in lucht. Het is de bedoeling dat bij 20 °C en 1 atm 90 % van het NH3 wordt verwijderd. Als
vloeistof wordt bovenaan de kolom 1000 kmol/(m2.u) zuiver water toegevoerd. De oplosbaarheid
van NH3 in water wordt gegeven door de volgende betrekking in molfracties: xg = 2,63.xvl. Het
draaggasdebiet bedraagt 55 kmol/(m2.u) gas. De hoogte van de toren hangt af van de gekozen
pakking. Het verband tussen de gekozen pakking en de massa-overdrachtseigenschappen wordt
gegeven in Tabel 2. De bijbehorende correlaties zijn:
HO g  .G  .V  . Sc gas

 V 
 . Sc vl
HO vl  .
  vl 
Hierbij zijn : HO in m ; G en V in kg/(m2.s) ; µ in Pa.s. Bij deze opgave mag gebruik gemaakt
worden van gemiddelde debieten.
Verder zijn gegeven:
* Het moleculair gewicht van de gas- en de vloeistoffase bedraagt resp. 29 en 18 g/mol.
* De dichtheid van de gas- en de vloeistoffase bedraagt resp. 1,206 en 1000 kg/m3.
* De viscositeit van de gas- en de vloeistoffase bedraagt resp. 170,8 µP en 10-3 Pa.s.
Zowel de moleculaire gewichten, de dichtheden als de viscositeiten worden onafhankelijk van de
samenstelling van de fase in kwestie ondersteld.
* De diffusiviteit van ammoniak in de gas- en de vloeistoffase is resp. 2,18.10-5 m2/s en 2.10-5 cm2/s.
* Omrekeningsfactor : 1 cP = 10-3 Pa.s.
* Het Sc-getal in de vloeistoffase bedraagt 500.
- Kies een geschikte pakking.
- Bereken de hoogte van de toren met de door u gekozen pakking.
Examen C.I.T.2 - tweede zit 2000-2001
4CH
Oef. Lijst 1 p.2
92,2
84,6
72,2
65,8
54,5
49,4
38,7
Temperatuur 101,0
(°C)
0
0,05
0,11
0,22
0,30
0,49
0,61
0,92
xpentaan,vloeistof
(molfractie)
0
0,24
0,44
0,67
0,75
0,89
0,92
0,99
xpentaan,gas
(molfractie)
Tabel 1 : evenwichtsgegevens voor mengsels pentaan - methylcyclohexaan
36,0
1
1
Figuur 1 : blanco voor het maken van de tekening in opgave 1
Examen C.I.T.2 - tweede zit 2000-2001
4CH
Oef. Lijst 1 p.3
HOg
V
G
HOvl
V
Tabel 2 : massa-overdrachtseigenschappen van verschillende types pakkingen
Examen C.I.T.2 - tweede zit 2000-2001
4CH
Oef. Lijst 1 p.4
Examen C.I.T.2 - tweede zit 2000-2001
4CH
Oef. Lijst 2 p.1