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Progetto di reattori Non isotermi

Progetto di reattori Non isotermi. Argomenti da affrontare. Sviluppare equazioni di bilancio di energia per reattori a flusso Entalpia, Capacità termica e calore di reazione e relazioni tra loro Velocità di trasferimento di calore per CSTR e PFR/PBR Algoritmi per CSTR e PFR non isotermi.

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Progetto di reattori Non isotermi

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Presentation Transcript

  1. Progetto di reattori Non isotermi

  2. Argomenti da affrontare • Sviluppare equazioni di bilancio di energia per reattori a flusso • Entalpia, Capacità termica e calore di reazione e relazioni tra loro • Velocità di trasferimento di calore per CSTR e PFR/PBR • Algoritmi per CSTR e PFR non isotermi

  3. Perchè Bilanci di Energia ? • Ogni reazione procede con rilascio o assorbimento di calore. • La quantità di calore rilasciato o assorbito dipende da • La natura del sistema reagente • L’ammontare del materiale reagente • La temperature e pressione del sistema reagente • E può essere calcolata dal calore di reazione (HRxn) • La maggior parte dei reattori industriali richiedono scambi di calore  serve il bilancio di energia

  4. Serve relazione : X T V Perchè bilanci di energia? • Reazione esotermica in un PFR adiabatico B, X = 0.7 A Equazione di Arrhenius Bilancio moli Cinetica Stechiometria

  5. User-Friendly Design Equations

  6. User-Friendly Design Equations Ora cerchiamo di capire come sono state sviluppate queste equazioni

  7. Energia in o out per conduzione Energia in o out per radiazione Generazione di Energia Accumulo di Energia Energy in o out per convezione Accumulo di Energia = Energia In - Energia Out + Energia Generata

  8. Q Q Fin Fout Hin Hout W W Termodinamica • Sistema chiuso • Primo principio • Sistema aperto (CSTR ad esempio)

  9. Forma generale della equazione di conservazione dell’energia Dove Velocità di cambiamento di energia in C.V. Velocità di entrata di energia nel C.V. Velocità di generazione di energia nel C.V. Velocità di uscita di energia dal C.V.

  10. Portata di calore al sistema dall’ambiente Portata di lavoro fatto dal sistema sull’ ambiente Portata di energia aggiunta al sistema dalla massa entrante nel sistema Portata di energia che lascia il sistema con la massa uscente Velocità di accumulo di energia nel sistema Forma Generale del Bilancio di Energia + – = –

  11. Forma generale di bilancio di energia (per multicomponenti)

  12. Valutazione di termini W ed E Flusso di lavoro per portare massa dentro e fuori il sistema Energia Eiè la somma dell’energia interna, cinetica, potenziale (ed altro). Per la maggior parte di reattori solo l’energia interna è importante

  13. Ora, Adesso, ci focalizziamo sull’ entalpia Balanci di energia in termini di Entalpia Sostituendo I valori appropriati di Ei e della portata di lavoro Si ottiene, l’equazione di bilancio energetico in termini di Entalpia

  14. Cosa dobbiamo fare con il termine entalpico • Esprimere Hi in termini di Entalpia di Formazione (Hio ) e Calore specifico (Cpi) • Esprimere Fi in termini di conversione (per reazioni singole) o velocità di reazione • Definire il Calore di Reazione (HRxn) • Definire il Cp

  15. Energia Interna • Misura macrosocopica delle energie subatomiche e molecolari • Non è misurabile direttamente • E’ una funzione di stato • E’ un differenziale esatto • Puo essere espressa (per un composto puro) in termini di due variabili intensive (regola delle fasi) • Temperatura • Volume specifico U = U(T,V) • Si calcolano solo differenze in U

  16. Entalpia • E’ definita come combinazione di due variabili  H=U +pV • Non è misurabile direttamente • E’ una funzione di stato • E’ un differenziale esatto • Puo essere espressa (per un composto puro) in termini di due variabili intensive (regola delle fasi) • Temperatura • Pressione H = H(T,p) • Si calcolano solo differenze in H

  17. Relazioni Entalpiche: sistema a reazione singola T T0 Fiin termini di FA0 ed X dalla stechiometria

  18. DHRxn Relazioni Entalpiche: sistema a reazione singola

  19. Disponibile su Chemical Engg handbook Quindi, Anche, dove, Espressione di Hi(T) in termini di Hio e Cpi Per no cambio fase Calore di Reazione

  20. Calore di reazione Positivo : reazione ENDOTERMICA (serve calore) Calcolo del calore di reazione Esempio 1: Cracking etano Calcolare il calore di reazione per la reazione principale del cracking dell’etano in condizione standard.

  21. Calore di reazione negativo: reazione ESOTERMICA (genera calore) Calcolo del calore di reazione Esempio 2: ossidazione del Metano Calcolare il calore di reazione per l’ossidazione del metano in condizioni standard

  22. Calcolare il Calore di reazione per la sintesi dell’ ammoniaca da H ed N a 150 ºC in kcal/mol di N2 reagito e in kJ/mol di H2 reagito. (A 298 K) Cp costante o medio Segno negativo : reazione esotermica

  23. Ea A+B Energia HR C+D Coordinate di Reazione Energia di Attivazione (Ea) Energia di Attivazione: un modo per descriverla è riferendosi ad una barriera energetica per la reazione Per reazioni elementari, la differenza tra l’energia di attivazione della reazione diretta e di quella inversa è uguale al calore di reazione

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