Kemian laieekniikka 1 Koilasku 1 4.4.28 Jarmo Vesola Tuoee ja reakio: hiilimonoksidi, meanoli, meyyliformiaai C HC (1) vesi, meyyliformiaai, meanoli, muurahaishappo HC CH (2) hiilimonoksi, vesi, muurahaishappo C CH (3) Kuva prosessisa 13. 1. C 2. C 3. HC 4. HC 5. H2 HC reakori 1 erous reakori 2 erous 8. 9. HC 6. HC CH erous 1. HC 7. CH säiliö 12. 11. leukse Muurahaishappoa (CH) valmiseaan 6,6 onnia/h (1%), eli säiliöön menevässä virrassa 7 on muurahaishappoa 6,6 onnia unnissa. Meyyliformiaain (HC ) konversio muurahaishapoksi 52 % Meanolia syöeään 19 mol-% ylimäärä reakoriin 1 Varasosäiliön liuos sisälää muurahaishappo 58 mol-% ja meanoli,8 mol-%, lopu veä Tuoresyööjen suuruuksia ja kaikkia virran komponeneja laskeaessa kuviellaan asealue jokaisen prosessilaieen ympärille ja virojen riseyskohiin. Reakioyhälöiden 1,2 ja 3 peruseella nähdään, eä jokaisa uoeua moolimäärää kohi arviaan asan yksi mooli lähöaineia. Massavirojen sijasa voidaan siis laskea moolivirroilla. Käyeään laskuissa merkinäapaa: n virran numero, komponeni (moolivira merkiään kirjoiamisen helpoamiseksi ilman yläpiseä)
Virra komponeneiain Laskeaan ensiksi uoeiden moolimassa aulukkokirjan avulla hiilimonoksidi M(C) = (12,1+16) g/mol 28,1 g/mol meanoli M( ) = (12,1+4*1,8+16) g/mol 32,42 g/mol meyyliformiaai M(HC ) = (4*1,8+2*12,1+2*16) g/mol 6,52 g/mol vesi M( ) = (2*1,8+16) g/mol 18,16 g/mol muurahaishappo M(CH) = (12,1+1,8+2*16) g/mol 46,26 g/mol Jos (1%) muurahaishappoa haluaan valmisaa 66 kg/h, niin n 6, CH = m/m = (6 6 g)/(46, 2 g/mol) = 143 397,21 mol = n 7, CH Varasosäiliön liuos sisälää 58 mol-% muurahaishappoa, yheensä säiliössä on siis ainea: n*,58 = 143 397,21 mol n = (143 397,21 mol)/,58 = 247 236,57 mol Lähöieojen mukaan ämä varasosäiliössä oleva liuos sisälää myös,8 mol-% meanolia, n 7, CH3 = 247 236,57 mol *,8 = 1977,89 mol Lopu varasosäiliön liuoksesa on siis veä: n 7, H2 = 247 236,57 mol 1977,89 mol 143 397,21 mol = 11 861,47 mol Ny voidaan laskea viroja aaksepäin. n 7, H2 = n 6, H2 = 11 861,49 mol Meyyliformiaain konversio muurahaishapoksi on 52 mol-%. Meyyliformiaaia on siis muuunu muurahaishapoksi 52 %. n 5, HCCH3 *,52 = n 6, CH n 5, HCCH3 *,52 = 143 397,21 mol n 5, HCCH3 = 275 763,86 mol Meyyliformiaaia on siis jäljellä 48 mol-%. n 6, HCCH3 =,48 * n 5, HCCH3 n 6, HCCH3 =,48 * 275 763,86 mol = 132 366,65 mol n 1, HCCH3 = n 6, HCCH3 = n 9, HCCH3 = 132 366,65 mol n 5, HCCH3 n 9, HCCH3 = n 4, HCCH3 n 4, HCCH3 = (275 763,86 132 366,65) mol = 143 397,21 mol n 3, HCCH3 = n 4, HCCH3 = 143 397,21 mol Reakioyhälö 2 keroo, eä veden kuluus on sama kuin meyyliformiaain. Veä kuluu siis yhä paljon kuin meyyliformiaaia on reakori 2:ssa kulunu. n 5, H2 = n 6,H2 + (n 5, HCCH3 n 6, HCCH3 ) = 11 861,49 mol + (275 763,86 132 366,65) mol = 245 258,7 mol
Veden uoresyöö on siis sama. n 13, H2 = n 5, H2 = 245 258,7 mol Reakioyhälön 2 mukaan meanolin kuluus on yhä suuri kuin meyyliformiaain. Meanolia synyy siis yhä paljon, kuin meyyliformiaaia on kulunu reakorissa 2. n 6, CH3 = n 5, HCCH3 n 6,HCCH3 = 275 763,86 mol 132 366,65 mol = 143 397,21 mol n 1, CH3 = n 6, CH3 n 7, CH3 = (143 397,21 1977,89) mol = 141 419,32 mol n 11, CH3 = n 1, CH3 = 141 419,32 mol Reakioyhälön 1 mukaan 1 mooliin meyyliformiaaia arviaan 1 mooli hiilimonoksidia, eli n 2, C = n 3, HCCH3 = 143 397,21 mol ja n 1, C = n 2, C = 143 397,21 mol Meanolia syöeään 19 mol-% ylimäärä reakoriin 1, eli ylimäärä hiilimonoksidiin nähden: n 2, CH3 = 1,19 * n 2, C = 1,19 * 143 397,21 mol = 17 642,68 mol Virrassa kolme meanolia on siis jäljellä vain ylimäärä, eli,19 * alkuperäinen meanolin määrä: n 3, CH3 =,19 * n 2, Co =,19 * 143 397,21 mol = 27 245,47 mol n 8, CH3 = n 3, CH3 = 27 245,47 mol n 12, CH3 = n 8, CH3 + n 11, CH3 = (27 245,47 + 141 419,32) mol = 168 664,79 mol n 1, CH3 = n 2, CH3 - n 12, CH3 = (17 642,68-168 644,79 ) mol = 1977,89 mol n 1,CH3 = n 7,CH3 = 1977,89 mol B) Virra komponeneiain aulukoiuna (kmol/h) Vira C HC CH 1 143,4 1,98 2 143,4 17,6 3 27,2 143,4 4 143,4 5 275,8 245,3 6 143,4 132,4 11,9 143,4 7 1,98 11,9 143,4 8 27,2 9 132,4 1 141,4 132,4 11 141,4 12 168,6 13 245,3
A) Tuoresyööjen suuruude (kg/h) Hiilimonoksi (C) = 143 397,21 mol/h * 28,1 g/mol 416,6 kg/h Vesi ( ) = 245 258,7 mol * 18,16 g/mol 4418,6 kg/h Meanoli ( ) = 1977,89 mol * 32,42 g/mol 63,4 kg/h Koha C Muodoseaan ilavuusvirran muuokselle yhälö ulosvirauksen kaavan avulla. Ulosviraus noudaaa kaavaa kh, jossa h on nesepinnan korkeus mereissä ja k on iey poisokerroin (ehävässä,72 m 2 /s). Kuviellaan, eä ilavuuden muuos on siis negaiivisa. d = kh Joa separoiuva differeniaaliyhälö voidaan rakaisa, ilavuusvirran muuos piää lausua sien, eä yhälössä olevan korkeus-ermi korvaaan ilavuudella. Nesepinnan korkeus piää siis lausua ilavuuden avulla, käyäen muunnosa: V = r 2 h h= V V D h= 2 2 D2 4 h= 4V D 2,617 V meriä Tilavuusvirran muuosa kuvaa ny siis yhälö: d =,72,617V d =,4332V Laskeaan inegroimisraja: Alaraja: loppuilavuus = alkuperäinen ilavuus*äyöase = 11 m 3 *,83 = 91,3 m 3 = Yläraja: lähöilavuus = alkuperäinen ilavuus*äyöase = 11 m 3 *,12 = 13,2 m 3 = Inegroiava yhälö on ny muooa: V =,4332 d, josa inegroimalla saadaan: ln =,4332 ln 13,2 =,4332 1,93393=,4332 91,3 446,4 sekunia Tyhjennys kesää siis noin 7 minuuia ja 3 sekunia.
Koha D Säiliöön syöeään ny samanaikaisesi uua liuosa 3 dm 3 /s. Tilavuuden pieneneminen kuviellaan edelleenkin negaiiviseksi ja inegroimisraja ova sama kuin kohdassa C. Lasku on siis muuen aivan samanlainen, mua siihen on vain lisäy mukaan sisäänulovira, josa käyän merkinää in-ermi. Tilavuusvirran muuosa kuvaa ny yhälö: d = ou in d d = m3 m3 = kh,3 s,4332v,3 s =,4332V m3 d s,4332v,3 =,3 m3 s d Kerroaan ylempi yhälö ermillä -,4332, joa voidaan käyää kaavaa f ' f dx=ln f C,4332V,3 =,4332 d,4332v,3 =,4332 d,4332=ln,4332,3 ln.4332,3, sijoieaan inegroimisraja,4332=ln,4332 13,2,3 ln.4332 91,3,3,4332 =ln,272 ln,3655,4332 = 3,6 1 = 2,6 6,2 sekunia,4332 Tyhjennys kesää siis noin 1 minuuia. Tyhjennykseen kulunu aika kasvoi siis vain noin reilu kaksi minuuia.