PTCh zadania

Zadania do samodzielnego rozwiązania z przedmiotu Podstawy technologii chemicznej
zad.1.
Obliczyć lepkość n-butanu w temperaturze 500°C i pod ciśnieniem 10,1MPa oraz w warunkach krytycznych. W
temperaturze 100°C i pod ciśnieniem normalnym, lepkość n-butanu wynosi 1,18*10-5 Pa*s. Dane są parametry krytyczne
butanu: TK=425,2K, pK=3,80MPa.
zad. 2.
Obliczyć strumień cieplny potrzebny do odparowania parowania strumienia 5 kg/min 2,2-dwumetylobutanolu w
temperaturze 30°C. ZaleŜność pręŜności pary nasyconej moŜna przybliŜyć zaleŜnością:
log p = −
4849,3
− 14,701log T + 55,2436 ; p [Pa]
T
Zad.3.
Obliczyć współczynnik przewodzenia ciepła mieszaniny gazowej zawierającej 40% molowych metanu i 60% molowych nbutanu w temperaturze 50°C i pod ciśnieniem 10MPa. W temperaturze 100°C i pod ciśnieniem 0,1MPa lepkość metanu
wynosi 1,45*10-5 Pa*s, zaś lepkość n-butanu wynosi 1,18*10-5 Pa*s. Współczynniki przewodzenia ciepła w temperaturze
100°C i pod ciśnieniem 0,1MPa wynoszą dla metanu 4,4*10-2 W/m K, dla n-butanu 1,35*10-2 W/m K. Dane są parametry
krytyczne metanu: TK=190,7K, pK=4,64MPa oraz butanu: TK=425,2K, pK=3,80MPa. Pominąć wpływ temperatury na ciepło
właściwe.
Zad.4.
Obliczyć współczynnik dyfuzji par eteru dwuetylowego w mieszaninie gazowej złoŜonej z 20% objętościowych eteru (1),
55% obj. CO2 (2) i 25% H2 (3) pod ciśnieniem 0,2 MPa w temperaturze 25°C, a następnie pod ciśnieniem 5 MPa w
temperaturze 25°C. Dane są udziały atomowych objętości molowych wg Fullera dla C=15,9, O=6,11 i H=2,31 oraz objętości
molowe wg Fullera dla związków CO2=26,7, H2=6,12. Parametry krytyczne wynoszą: eter TK=467,2K, pK=3,60MPa; CO2
TK=304,2K, pK=7,40MPa; H2 TK=33,3K, pK=1,3MPa.
zad.5.
Dana jest lepkość wodnego roztworu pewnej soli w temperaturze 298K – 2,1*10-3 Pa*s i 318,16K – 0,99*10-3 Pa*s. Obliczyć
wartość współczynnika lepkości tego roztworu w temperaturze 308K przyjmując wodę jako substancję wzorcową. ZaleŜność
2,46 ; η[mPa*s], t[°C]
lepkości od temperatury dla wody dana jest wzorem: η =
1 + 0,0725t
zad.6.
Obliczyć ciepło potrzebne do odparowania 1 kg 2,2-dwumetylobutanolu w temperaturze 40°C oraz ciśnienie pod którym
będzie on w stanie wrzenia w tej temperaturze. Wykorzystać zaleŜność pręŜności pary nasyconej od temperatury daną
wzorem:
log p = −
4849,3
− 14,701log T + 55,2436 ; p [Pa] , T[K]
T
zad.7.
Obliczyć współczynnik dyfuzji alkoholu izobutylowego w roztworze ciekłym zawierającym 20% molowych alkoholu
etylowego oraz wodę w temperaturze T=298K. StęŜenie alkoholu izobutylowego jest bardzo małe. Lepkość alkoholu
etylowego i wody wynosi odpowiednio 1,10 mPa*s, 0,894 mPa*s w temperaturze T=298K. Jak zmieni się współczynnik
dyfuzji alkoholu izobutylowego przez mieszaninę jeŜeli temperatura wzrośnie do 305 K. Znana jest lepkość alkoholu
etylowego i wody w temperaturze 310 K i wynosi odpowiednio 0,98 mPa*s, 0,79 mPa*s. Współczynniki asocjacji alkoholu i
wody wynoszą odpowiednio: 1,5 i 2,6.
zad.8.
Temperatura wrzenia alkoholu n-butylowego pod ciśnieniem normalnym jest równa 117,7°C. Jego pręŜność pary nasyconej
w temperaturze 100 °C jest równa 0,517 bara. Obliczyć pręŜność pary nasyconej n-butanolu w temperaturze 108 °C jeŜeli
dana jest jedynie zaleŜność pręŜności pary nasyconej od temperatury dla propanolu w postaci równania Antoine’a. Potraktuj
propanol jako wzorzec. Stałe równania Antoine’a propanolu są następujące: A=17,5439; B=3166,38; C=-80,15 (p w
[mmHg]).
zad.9.
Obliczyć temperaturę i ciepło potrzebne do odparowania w warunkach wrzenia 1 kg toluenu pod ciśnieniem 0,8 bara. Dane
są stałe w równaniu Antoine’a: A=16,0137; B=3096,52; C=-53,67; p[mmHg], T[K]. Podać interpretację współczynników A i
B równania Antoine’a wynikającą z równania Clausiusa-Clapeyrona.
zad.10.
Obliczyć ciepło potrzebne do odparowania 1 kg n-heksanu w normalnej temperaturze wrzenia. Dane są stałe w
równaniu Antoine’a: A=15,8366; B=2697,55; C=-48,78; p[mmHg], T[K].
zad.11.
Obliczyć lepkość mieszaniny gazowej zawierającej 70% molowych metanu i 30% molowych n-butanu w
temperaturze 50°C i pod ciśnieniem 10MPa. Dane są parametry krytyczne: metanu TK=190,7K, pK=4,64MPa,
butanu TK=425,2K, pK=3,80MPa.
zad.12.
Obliczyć pręŜność kwasu azotowego w temperaturze 40°C znając wartości pręŜności tego związku w
temperaturze 10°C – 22mmHg i 60°C – 320mmHg. Jako substancję wzorcową przyjąć wodę dla której znane są
pręŜności w temperaturze 10°C – 9,2mmHg, 60°C – 149,4mmHg oraz 40°C – 55,3mmHg.
zad.13.
Obliczyć współczynnik przewodzenia ciepła mieszaniny gazowej zawierającej 70 % molowych metanu i 30 %
molowych butanu w temperaturze 80°C i pod ciśnieniem 15 MPa. Dane są lepkości składników w warunkach
38°C i pod ciśnieniem 0,1 MPa i wynoszą odpowiednio 1,15*10-5 Pa*s i 0,78*10-5 Pa*s. Dane są parametry
krytyczne: metanu TK=190,7K, pK=4,64MPa, butanu TK=425,2K, pK=3,80MPa. Parametry zaleŜności Cp(T)
odczytaj z tablic.
zad. 14
Na podstawie pręŜności pary wodnej w temperaturze 98°C – 94280 Pa i 102°C – 108790 Pa obliczyć średnie ciepło
parowania wody w tym zakresie temperatury. Omówić przyjęte uproszczenia modelu.
zad. 15
W instalacji produkującej biel tytanową w ilości 4000 kg na dobę zawiesina musi być oczyszczona z nadmiaru NaCl, tak, aby
suchy produkt zawierał nie więcej niŜ 100 ppm NaCl. Sól usuwa się przez przemywanie zawiesiny czystą wodą. Surowa
zawiesina zawiera 40 % wag. TiO2, 20 % NaCl oraz wodę. Przemyty pigment po oddzieleniu przez sedymentację zawiera
50 % wag. TiO2. Odprowadzana woda po dekantacji nie moŜe zawierać więcej niŜ 0,5 % wag. NaCl. Zbudować model
matematyczny węzła oczyszczania pigmentu. Czy w oparciu o podane dane moŜliwe jest obliczenie natęŜeń przepływu i
składu wszystkich strumieni?
zad.16.
Obliczyć lepkość n-pentanu w temperaturze 500°C i pod ciśnieniem 0,1 MPa. Jak zmieni się lepkość tego gazu, gdy
temperatura spadnie do 300 °C, a ciśnienie wzrośnie do 10 MPa. Do uwzględnienia wpływu ciśnienia wykorzystać wykres ηr
= f(Tr, pr). Dla n-pentanu TK=470,4 K, pK=3,34 MPa.