Despre Bilante Teorie

7/26/2019 Despre Bilante Teorie

1/143

Lucian Gavrila Bilanturi de materiale si de energie 1

BILANTURI DE MATERIALESI ENERGIE


2/143


BILANUL DE MATERIALE

o Pentru proiectarea i exploatarea instalailorindustriilor de proces este necesarcunoaterea calitativ

i cantitativ

a materialelor care

circulprin fiecare punct al instalaiei, n fiecaremoment al funcionrii acesteia.

o Materialele sunt definite prin: speciile chimice, compoziia i concentraiile soluiilor i amestecurilor,

starea de agregare, cantitile sau debitele n punctele, seciunile sau

zonele care intereseaz.


3/143


BILANUL DE MATERIALEDatele necesare elaborrii i rezolvriibilanurilor de materiale sunt:

o datele iniiale (primare) referitoare la: debitul (capacitatea) instalaiei, proprietile materiei prime, proprietile produsului,

caracteristicile tehnologice specifice instalaiei;o schema tehnologica instalaiei i varianteleposibile ale acesteia;

o date stoichiometrice i cinetice ale reaciilorcare decurg n instalaie;o date asupra echilibrelor de reacie i de fazn

sistemele existente n instalaie.


4/143



o Ecuaia generalde bilande materialeeste expresia legii conservrii materiei:

o Termenii ecuaiei reprezintcantiti sau

debite, exprimate prin masa (debitul masic)

+

=

+

ramase

materiale

iesite

materiale

existente

materiale

intrate

materiale


5/143



o Diferena:

poartdenumirea de acumulare.

o Pentru procesele continue, n regimstaionar, acumularea este nul:

=

=

existente

materiale

ramase

materiale

iesite

materiale

intrate

materialeA

=

iesitemateriale

intratemateriale


6/143



`ntocmirea bilanului de materiale trebuie nsoitntotdeauna de precizarea: incintei sau zonei din instalaie la care se refer

bilanul (definirea conturului de bilan); timpului n raport cu nceputul prelucrrii unei arje(numai n cazul proceselor discontinue);

duratei de timp pentru care se ntocmete bilanul: procese continue - pe unitatea de timp (secund,or, zi, an);

procese discontinue cant. de subst. se raporteazla o arj i se recalculeaza la UM (kg, t, kmol etc.)de materie primsau produs finit;

procese n regim tranzitoriu - bilanurile suntdifereniale.


7/143



Se pot ntocmi:o bilanuri generale (totale sau globale), pentru

ntreaga instalaie i toate materialele prezente,o bilanuri pariale: pentru ntreaga instalaie, dar numai pentru un singur

material; pentru toate materialele, dar numai pentru o parte ainstalaiei: un utilaj, o anumitzon(bine definit) a

unui utilaj, un element diferenial de volum dintr-unutilaj; pentru un singur material i o parte a instalaiei (utilaj,

element de utilaj, element diferenial de volum).


8/143


Bilant general - exemplu

Topire-filtrare sulf

Ardere sulf

Oxidare catalitica

SO2 la SO3 Absorbtie SO3

Uscare aer /

Diluare H2SO4

Filtrare aer

SULF AER

ACID

SULFURICH2SO4

H2SO4


9/143


Bilant partial - exemplu

Topire-filtrare sulf

Ardere sulf

Oxidare catalitica

SO2 la SO3 Absorbtie SO3

Uscare aer /

Diluare H2SO4

SULF

ACIDSULFURIC

Bilantul sulfului in intreaga instalatie

H2SO4

H2SO4


10/143



Oxidare catalitica

SO2 la SO3

Gaze sulfuroase: SO2; O2; N2

Gaze sulfuroase oxidate: SO3; SO2; O2; N2

Bilantul tuturor materialelor in reactorul de contact


11/143



SO2 la intrare in strat

SO2 la iesire din strat

Bilantul SO2 intr-un strat de catalizator din reactorul de contact

Strat de catalizator


12/143



Materialele luate n considerare n bilanuri pot fi:o specii chimice bine definite (specii moleculare,

ioni, radicali, atomi);o materiale de compoziie nedefinit (steril,reziduu, cenu, etc.).

Cu ajutorul ecuaiilor de bilande materiale pot fiobinute informaii precise asupra circulaieimaterialelor pentru care determinrile directe(prin cntrire sau msurare) lipsesc sau prezintinconveniente.


13/143



Exprimarea compoziiei masei de reacieo masde reacie = totalitatea componentelor

reactani, produi de reacie, materiale inerte,

catalizatoricare se gsesc la un moment dat n: o instalaie, un utilaj, o poriune de utilaj,

un element diferenial de volum.


14/143



o La modul cel mai general, masa de reacieeste alctuitdin p reactani AI, q

produi de reacie AI i r inerte AI,ecuaia caracteristica procesului detransformare are forma:

m

p

i

r

i

ii

q

i

i

m

p

i

r

i

ii AAAAA

++

+

= === = 1 111 1

"'"


15/143



Compoziia masei de reacie se poateexprima prin:

o mrimi extensive(numr de moli, mase,volume)

o mrimi intensive (fracii molare, masice,volumice, rapoarte molare, masice,volumice, concentraii molare, masice,volumice, etc.).


16/143



o Mrimile extensive:

exprimate n [kmol] sau [kmol/s];

exprimate n [kg] sau [kg/s];

exprimate n [m3] sau [m3/s].

TAAA

nnnniii

LLL"'

TAAA mmmm iii LLL "'

TAAA VVVV iii LLL "'


17/143



o Mrimile extensive sunt aditive (inclusivvolumele, n cazul gazelor ideale).

o Ca urmare:

= = =

= = =

= = =

++==

++==

++==

p

i

q

i

r

i

AAA

N

iT

p

i

q

i

r

i

AAA

N

iT

p

i

q

i

r

i

AAA

N

iT

iii

iii

iii

VVVVV

mmmmm

nnnnn

1 1 1

"'

1

1 1 1

"'

1

1 1 1

"'

1


18/143



o ntre mrimile extensive se stabilescrelaiile:

n care

MI = masele molare [kg/kmol], VMi = volumele molare [m3/kmol]ale componenilor i.

Mi

ii

i

ii

V

Vn

M

mn == respectiv


19/143



o Mrimile intensive = concentraiio NU depind de cantitatea de substandin

sistem.o Pentru amestecuri omogene (inclusiv solutii)

se folosesc fractii: molare masice volumice


20/143



o Fracia molar a unui component oarecare= raportul dintre nr. de moli ai comp. (ni) i

nr. total de moli din sistem (nT).o Pentru un sistem format din z componente,frac

ia molar

a unui component oarecare i

va fi:

=+++= amesteckmolicomponentdekmoli

21

inn

nnnnx

T

i

z

ii


21/143



o Fracia masic a unui component = raportuldintre masa de component i din amestec

(mi) i masa totala amestecului (mT):

=+++= amesteckg

componentdekg21

imm

mmmmx

T

i

z

ii



22/143



o Fracia volumic = raportul dintre volumulunui component oarecare i din amestec (Vi)

i volumul total (VT) al amestecului:

=

+++

=amestecm

componentdem

3

3

21

i

V

V

VVV

Vy

T

i

z

i

i



23/143



o Pt. vapori i gaze, compoziia se poateexprima i prin presiunile pariale alecomponenilor, calculate din legea Dalton:

o n cazul gazelor i vaporilor, fraciile(procentele) molare sunt numeric egale cu

fraciile (procentele) de volum.o Egalitatea nu este valabilnsn cazullichidelor i solidelor.

Tii Pyp =



24/143



o Se poate demonstra uor csuma fraciilortuturor componentelor din sistem este

egalcu unitatea:

1

1

1

11

1

11

1

11

1

==++++

=+++=

==++++

=+++=

==++++

=+++=

=

=

=

T

T

T

zi

T

z

T

i

T

z

i

i

T

T

T

zi

T

z

T

i

T

z

i

i

T

T

T

zi

T

z

T

i

T

z

i

i

V

V

V

VVV

V

V

V

V

V

Vy

m

m

m

mmm

m

m

m

m

m

mx

n

n

n

nnn

n

n

n

n

n

nx

LLLL

LLLL

LLLL



25/143



o Raportul molar = raportul dintre nr. de moli a doicomponeni dintr-un amestec.o Pt. un amestec cu z componeni, conc. unui comp.

oarecare i se poate exprima n raport cu oricaredintre ceilali (z 1) componeni:

=

=

=

z

i

n

nX

i

n

nX

i

n

nX

z

i

zi

i

i

ii

componentdekmoli

componentdekmoli

2componentdekmoli

componentdekmoli

1componentdekmoli

componentdekmoli

,

2

2,

1

1,

M

Acest mod de exprimare a

concentraiei se utilizeaz

frecvent n calcululoperaiilor de EXTRACIE.



26/143



o Raportul masic = raportul dintre masele a doicomponeni dintr-un amestec.o Pt. un amestec cu z componeni, se pot scrie

urmtoarele rapoarte masice pentru un comp. i nraport cu oricare dintre ceilali (z 1) comp.:

=

=

=

z

i

m

mX

i

m

mX

i

m

m

X

z

i

zi

i

i

i

i

componentdekg

componentdekg

2componentdekg

componentdekg

1componentdekg

componentdekg

,

2

2,

1

1,

M

Acest mod de exprimare a

concentraiei se utilizeazfrecvent n calculul

operaiilor de CRISTALIZAREDIN SOLUII BINARE .



27/143



o Rapoarte volumice - Fie V1,V2,...,Vi,...,Vz volumelecomponenilor 1,2,...,i,...,z aflai n amestec.Concentraiile componentului i sub formderapoarte volumice se scriu:

=

=

=

z

i

V

VY

i

V

VY

i

V

VY

z

i

zi

i

i

i

i

componentdem

componentdem

2componentdem

componentdem

1componentdem

componentdem

3

3

,

3

3

2

2,

3

3

1

1,

M



28/143



Trecerea de la fracii la rapoartei invers seface cu relaii de forma:

i

ii

i

ii

i

ii

i

ii

i

ii

i

ii

y

yY

x

xX

x

xX

Y

Yy

X

Xx

X

Xx

=

=

=

+=

+=

+=

1

;

1

;

1

1;

1;

1



29/143



o n practicse mai utilizeazexprimareaconcentraiei prin: Masa sau nr de moli dintr-un component din

unitatea de volum (kg/m3, respectiv kmol/m3). Daca se utilizeazlitrul ca unitate de volum,

concentraiile se exprimn kg/L (g/L) saukmol/L (mol/L). Conc. soluiilor utilizate n analiza chimicse

pot exprima i sub forma titrului, adicn g/mL. Uneori concentraia soluiilor (solubilitatea) seexprimn grame de solut (substandizolvat)

la 100 g solvent (dizolvant).

EXPRIMAREA BILANULUI DE MATERIALE


30/143


1111TOTAL

Ai

...........

...........

...........

Ai

...........

...........

...........

Ai

Fracii

masice

Fracii

molare

m3

[m3/s]

kg

[kg/s]

kmol

[kmol/s]

Fracii

masice

Fracii

molare

m3

[m3/s]

kg

[kg/s]

kmol

[kmol/s]

IEIRE (EVACUARE)INTRARE (ALIMENTARE)COM-

PO-

NENT


a

Ain

a

Aim a

AiV aAix

a

Aix eAin

e

Aim

e

AiV e

Aix

e

Aix

a

Ain 'a

Aim 'a

AiV 'a

Aix 'a

Aix 'e

Ain 'e

Aim 'e

AiV 'e

Aix 'e

Aix '

a

Ain

"

a

Aim

"

a

AiV "

a

Aix "

a

Aix

"

e

Ain

"

e

Aim

"

e

AiV "

e

Aix

"

e

Aix "

a

Tn a

Tm a

TV e

Tn e

Tm e

TV



31/143



o Mrimile iniialesunt cunoscute fie dinmsurarea direct, fie din bilanul

procesului precedent.o Pentru determinarea compoziiei finale,fra efectua o analizcompleta maseide reacie, se utilizeazmodelelematematice de bilande materiale.



32/143



o Uneori, pentru a fi mai sugestiv, bilanul demateriale se reprezintsub formgrafic,cunoscutsub denumirea de diagrama Sankey.

o Diagrama Sankey = o schemcantitativa fluxuluitehnologic, reprezentatla scar.o Fazele, operaiile sau utilajele procesului =

dreptunghiuri din care i spre care pornesc isosesc fluxurile de materiale, reprezentate subforma unor benzi colorate sau haurate diferit.

o Limea benzilor care reprezintfluxurile demateriale este proporionalcu cantitile demateriale care participla fluxul tehnologic.



33/143



Diagrama Sankey la gazeificarea carbunilor



34/143



Instalatia deevaporare cu

compresiemecanica devapori:

Aburprimar

condens

SD

SC

Abur secundar

(agent termic)

TC

Extra abur



35/143



Instalatia deevaporare cucompresie

mecanica devapori:A - Sol. diluata

B - Abur secundarB1 - Extraabur

C - Sol. concentrataD - Abur primarE Condens



36/143



AburPrimar (D)

Condens (E)

SD (A)

SC (C)

Abur secundar B)

(agent termic)TC

Extra abur (B1)

MODELE MATEMATICE DE BILAN DE MATERIALE


37/143


MODELE MATEMATICE DE BILANDE MATERIALE

o n chimia fiziceste utilizat gradul deavansare al unei reacii chimice, definit

prin relaia:

o Principalul avantaj al utilizrii gradului deavansare constn faptul cacesta esteunic pentru toi participanii la reacie.

'

''

Ai

a

Ai

e

Ai

Ai

e

Ai

a

Ai nnnn

=

=(20)



38/143



o n ingineria proceselor fizice si chimice seutilizeazcu precdere gradul de

transformare (conversie, grad deconversie) al reactantului cheie(reactantului valoros).

o Fie Ak reactantul cheie al unei reacii deforma general:

= '' iAiiAi AA (21)



39/143



o Gradul de transformare al reactantuluicheie, Ak, se definete ca:

a

AkAk

Ai

a

Ai

e

Ai

a

AkAk

Ai

e

Ai

a

Ai

a

Ak

e

Ak

a

AkAk

n

nn

n

nnn

nn

=

==

'

''

(22)



40/143



o Principalul avantaj al utilizrii gradului detransformare decurge din faptul cacesta

variazntotdeauna ntre 0 i 1.o Din relaiile (20) i (22) rezultrelaia delegturdintre gradul de avansare alreacieii gradul de transformare alcomponentului cheie:

=a

Ak

AkAk

n

(23)



41/143


o Cnd Ak = 1i mol, atunci .o Orice reacie chimicpoate fi scrisastfel

nct Ak = 1, dar ntr-un proces industrialconcret nu se poate considera mol.

o Utilizarea gradului de transformare pentruntocmirea bilanurilor este nu numaiavantajoas, dar i necesar.

1=aAkn =Ak

1=aAkn



42/143


o Proces omogen (masde reaciemonofazic) descris de o singurecuaie

stoichiometric independent, ec. algebriceprimare de bilande mas din ec. (22):( )

a

Ai

e

Ai

Ak

a

Ak

Ak

Aia

Ai

e

Ai

Ak

a

Ak

Ak

Aia

Ai

e

Ai

Ak

a

Ak

e

Ak

nn

nnn

nnn

nn

""

'''

1

=

+=

=

=

(24)



43/143


o nsumnd ec. (24) nr. total de moli laieirea din sistem (debitul molar final n

cazul proceselor continue):

+= Aka

Ak

Ak

AiAia

T

e

T xnn

'1 (25)



44/143


o Notnd cu expresia:

ecuaia (25) devine:

a

AkAk

AiAi

x

=

'

(26)

( )Aka

T

e

T nn += 1(27)



45/143


o Mrimea : < 0 - procese care decurg cu

micorarea numrului de moli, > 0 - procese care decurg cu mrirea

numrului de moli, = 0 - procese care decurg frvariaianumrului de moli.

EXEMPLE


46/143


< 0 - micorarea numrului de moli: sinteza amoniacului:

oxidarea catalitica a SO2:322 23 NHHN +

322 21 SOOSO +

EXEMPLE


47/143


> 0 - mrirea numrului de moli: reformarea metanului cu abur:

oxidarea catalitica a amoniacului:

224 3HCOOHCH ++

OHNOONH 223 6454 ++

EXEMPLE


48/143


= 0 - frvariaia numrului de moli: sinteza HCl din elemente:

sinteza NO din elemente:

HClClH 222 +

NOON 222 +



49/143


o Ecuaiile (24), mpreuncu ecuaia (27)alctuiesc modelul algebric de bilande

masprimar al procesului considerat.o Cnd masa de reacie se comportca un amestecde gaze ideale, ecuaiile modelului pot fi

exprimate i n funcie de volume, sau de unitimasice, utiliznd relaiile de transformarecorespunztoare.

Mi

ii

i

ii

V

Vn

M

mn == respectiv



50/143


o Rezolvarea modelului algebric de bilandemasprimar impliccunoaterea pe lng

mrimile de intrare i a gradului detransformare Ak.o Acesta nu este o mrime direct msurabil,

determinndu-se prin msurarea uneiconcentraii la ieire din proces.



51/143


o Dac, de exemplu, se msoar , aceastapoate fi definit utiliznd definiia

fraciei molare i modelul algebric de bilanprimar ca fiind:

e

Akx

( )Ak

Ak

a

AkeAk xx

+=

11 (28)



52/143


o Din (28) se poate exprima gradul detransformare Ak, funcie numai de mrimi

cunoscute:

e

Ak

a

Ak

e

Ak

a

Ak

Ak xx

xx

+

= (29)



53/143


o Dacmasa de reacie este polifazic, saudacn masa de reacie au loc reacii

multiple: se definete cte un grad de transformarepentru fiecare reacie stoichiometric

independenti/sau pentru fiecaretransformare de faz. elaborarea modelului algebric de bilande mas

trebuie sincont de succesiuneadesfurrii n timp a proceselor independenteconsiderate.



54/143


o Ecuaiile secundare de bilande mas se obin din ecuaiile primare prin nlocuireagradului de transformare funcie de mrimilede intrare i de ieire msurate direct.

Dacse msoardirect concentraia

reactantului valoros, , gradul detransformare se exprimdin ecuaia de bilana componentului valoros (24 a):

e

Akx

( )AkaAkeAk nn = 1 (24a)

e

Ak

a

AkAk

a

Ak nnn =(30)



55/143


o nlocuind (30) n ecuaiile (24) se obine:( )

( )

( )

a

Ai

e

Ai

e

Ak

a

Ak

Ak

Aia

Ai

e

Ai

e

Ak

a

Ak

Ak

Aia

Ai

e

Ai

e

Ak

a

Ak

a

Ak

e

Ak

nn

nnnn

nnnn

nnnn

""

'''

=

+=

=

=

(31)



56/143


o nsumnd relaiile (31) se obine expresianumrului total de moli:

Ak

AiAi

e

Ak

a

Aka

T

e

Tx

xnn

=

++=

'unde

1

1

(32)



57/143


o nlocuind (32) n ecuaiile (31), innd cont deecuaia de definiie a fraciei molare se obinemodelul algebric de bilande massecundar:

( )

( )

e

Ak

a

Ak

aAi

aT

eAi

e

Ak

a

Ak

Ak

Aia

Ai

a

T

e

Ai

e

Ak

a

Ak

Ak

Aia

Ai

a

T

e

Ai

e

ak

a

T

e

Ak

x

x

xnn

xxxnn

xxxnn

xnn

++

=

=

=

=

=

1

1

""

''' (33)

BILANDE MATERIALE N REGIM STAIONAR


58/143


n conformitate cuschema din figura,se considercn

recipientul R, aflat nregim staionar, intrfluidul Ai iese fluidul E.

Egalitatea debitelorcelor doufluide, n

conformitate cu ecuaiaconservarii masei estedatde relaia (34):

R

A E

va,

a,

Sa

ve,

e,

Se

eeeaaa SvSv = (34)



59/143


o Dacn recipient intri ies mai multefluide, ecuaia (34) devine:

o n cazul conductelor circulare (S = d2

/4),ecuaia de bilancaptforma:

=

e

eee

a

aaa SvSv (35)

( ) ( ) =e

eee

a

aaa dvdv22

(36)



60/143


o Ecuaia de bilana componentului Ak din fluid areforma:

o n ecuaiile de mai sus:

v = viteza fluidului, msuratperpendicular peseciunea conductei [m/s],

= densitatea fluidului [kg/m3], S = aria seciunii conductei [m2], d = diametrul interior al conductei [m], = fracia masic a componentului Akn fluid

[adimensional].

=

e

ee

Ak

ee

a

aa

Ak

aa

SxvSxv (37)

Akx



61/143


o Indicii a i e se referla fluidealimentate, respectiv evacuate din

recipient,o Sumele dupa respectiv dupe cuprindtoate fluidele alimentate, respectivevacuate.

o Produsul v x cu unitile [kg/(m2.s)]

poartdenumirea de vitezmasic sauflux.



62/143


o Dacamestecarea n recipientul Rpoate ficonsideratperfect, atunci i auacelea

i valori n toate conductele de

evacuare din recipient.

e e

Akx

BILANDE MATERIALE N REGIM NESTAIONAR


63/143


o Condiia de regim nestaionar implicvariaia n timp a parametrilor procesului,inclusiv varia

ia acumul

rii

o bilanul de materiale se ntocmete pentruun interval de timp infinitezimal, dt.



64/143


R

A E

va,a,

Sa

ve,

e,

Se

o ecuaia bilanului de materiale n regim

nestaionar are expresia:

++=+ dttMMdtSvMdtSv

e

eee

a

aaa (38)



65/143


o Termenii I i III din ecuaie reprezintsumele maselor de fluid alimentate,respectiv evacuate din instalaie nintervalul de timp dt.

o Termenul Mreprezintacumularea

(zestrea) existentn instalaie pnlamomentul t, iar ultimul termen reprezint

acumularea la momentul (t + dt).



66/143


o Efectund calculele, ecuaia (38) devine:

o Dacdebitele sunt variabile, vitezele vai ve senlocuiesc cu relaii de forma:

o n care: vireprezintviteza fluidului la momentul t = 0, ai este un coeficient; vii aisunt specifici fiecrei conducte cu debit variabil.

t

MSvSv

e

eee

a

aaa

+= (39)

( ) tavtfv ii+==(40)



67/143


o Bilanul unui component oarecare Ak sescrie sub forma:

o Difereniind ultimul membru, (41) devine:

( )t MxxSvxSve

AkeAk

e

eee

a

aAk

aaa

+= (41)

txM

tMxxSvxSv

e

Ake

Ak

e

Ak

e

eee

a

a

Ak

aaa

+

+=

(42)

BILANDE MATERIALE N REGIM NESTAIONARCU TRANSFORMARE CHIMIC


68/143


o n aceste condiii n ecuaia (42) seintroduce un termen nou, ,termen

care exprimviteza de formare, datoritreaciei chimice, a componentului Ak.

o Ecuaia (42) devine:

trAk

t

xM

t

Mx

xSvt

rxSv

e

Ake

Ak

e

Ak

e

eeeAk

a

a

Ak

aaa

+

+

+=

+

(43)

BILANDE MATERIALE N REGIM NESTAIONARCU TRANSFORMARE CHIMIC


69/143


o Termenul este considerat: pozitiv dacAk este produs de reacie;

negativ dacAk este reactant;o Legea conservrii materiei impune ca:

atunci cnd sumarea se face duptoicomponenii Ai care intervin n reacie(reactani i produi de reacie).

trAk

=i

Ai

tr 0 (44)

APLICATIE


70/143


o 1000 kg solutie apoasa de glucoza (C6H12O6)avand concentratia 20% masice (x = 0,2),se supune fermentatiei alcoolice. Stiind cagradul de transformare a glucozei in etanoleste de 65% se cere:

Intocmirea bilantului de materiale pecomponente si pe faze; Completarea tabelului de bilant; Aflarea concentratiei de alcool (% masice) dupa

fermentatie.

Trasarea diagramei Sankey;

Rezolvare


71/143


o Ecuatia caracteristica a procesului:

o Ecuatie reactiei stoichiometric independente:

180 2 x 46 2 x 44

o Mase moleculare, kg/kmol

[ ] [ ] [ ]gll

COOHCOHOHHCOHOHC 2612625226126 ++++

252

alcoolicaefermentati

6126 22 COOHHCOHC +

Rezolvare


72/143


o Definirea gradului de transformare a glucozei:

65,02

22

=

=

=

=

a

G

G

CO

a

CO

e

CO

a

G

G

OHEt

a

OHEt

e

OHEta

G

e

G

a

GG

n

nn

n

nn

n

nn

Rezolvare


73/143


o Model matematic de bilant de masa primar(in unitati molare):

( )

+=

=

+=

+==

a

G

a

T

e

T

a OHe OH

a

G

a

CO

e

CO

a

G

a

OHEt

e

OHEt

a

G

e

G

nnn

nn

nnn

nnnnn

3

2

21

22

22

Rezolvare


74/143


o Exprimarea bilantului primar in unitati masice(m = n . M):( )

a

T

G

GCOOHEta

G

a

OH

a

CO

a

OHEt

a

G

e

T

a

OHOH

e

OH

e

OH

aG

G

COaCOCO

eCO

eCO

a

G

G

OHEta

OHEtOHEt

e

OHEt

e

OHEt

a

GG

e

G

e

G

mM

MMMmmmmmm

mMnm

mMMmMnm

mM

MmMnm

mMnm

=

+++++=

==

+==

+==

==

2

22

2222

2

2222

22

2

2

1

Rezolvare


75/143


o Valori numerice:INTRARI

kg1000800200

00

kg8008,01000)2,01(1000)1(

kg2002,01000

2

2

22

=+=+=

==

========

a

OH

a

G

a

T

a

CO

a

OHEt

G

a

TOH

a

T

a

OH

G

a

T

a

G

mmm

mm

xmxmm

xmm

Rezolvare


76/143


o Valori numerice:IESIRI

( ) ( )

kg1000kg999,9980055,6344,6670

kg800

kg55,6365,018044202

kg44,6665,0180

46202

kg7035,020065,012001

22

22

2

22

=+++=+++=

==

=+=+=

=+=+=====

a

OH

e

CO

e

OHEt

e

G

e

T

a

OH

e

OH

aG

G

COaCO

eCO

a

G

G

OHEta

OHEt

e

OHEt

a

G

e

G

mmmmm

mm

mMMmm

mM

Mmm

mm

Rezolvare


77/143


o Tabelul de bilant

-999,99-1000Total general

1,0063,5500Total []g1,0063,5500CO2Gaz

0,9997936,441,001000Total []l0,070966,4400C2H5-OH

0,85438000,80800H2O0,0745700,20200C6H12O6

Li-chid

xkgxkg

iesiriintrariCompo-nentFaza

Rezolvare


78/143


o Concentratia alcoolului in solutie dupafermentatie:

o sau 7,09% masice.

0709,044,93644,66

[]

=== e

l

e

OHEte

mmx

OHEt

Diagrama Sankey:Solutia initiala


79/143


Fermentatie alcoolica

Apa

800 kg

Glucoza

200 kg

Apa

800 kg

Gluco

za70kg

Etano

l66,4

4kg

CO2

63,5

6kg

Solutia finala

Faza gazoasa

BILANUL ENERGIILOR


80/143


o Aa cum bilanul de materiale este expresialegii conservrii materiei, bilanul energiiloreste expresia principiului conservriienergiei.

o Bilanul energiilor servete la: urmrirea fluxurilor energetice printr-o

instalaie,

stabilirea randamentelor energetice, dimensionarea unor utilaje.

BILANUL ENERGIILOR


81/143


o Ecuaia generalde bilanenergetic pentru uncontur de bilanstabilit n prealabil (instalaie,utilaj, poriune de utilaj, element diferenial de

volum) are forma:

Ea = energiile intrate (alimentate) n sistem,

Ei = energiile existente n sistem la momentul iniial, Er = energiile rmase n sistem n momentul final, Ee = energiile ieite din sistem.

+=+

erai EEEE (45)

BILANUL ENERGIILOR


82/143


o Ca i n cazul bilanului de materiale,bilanul energetic se ntocmete pentru oduratprestabilit: durata prelucrrii unei arje (dacprocesul

este discontinuu),

unitatea de timp (secund, or, zi, an) n cazulproceselor continue.

BILANUL ENERGIILOR


83/143


o Acumularea de energieeste datdediferena:

o Pentru procesele care decurg n regimstaionar, acumularea de energie este nul.

= eair EEEE (46)

BILANUL ENERGIILOR


84/143


Se pot ntocmi:o bilanuri energetice totale (generale), pentruntreaga instalaie,

o bilanuri energetice pariale: pentru un singur utilaj,

pentru o poriune de utilaj, pentru un element diferenial de volum.o Energiile se transformcu uurindintr-o form

ntr-alta nu se pot intocmi bilanuri pariale,referitoare la un singur fel de energie.

BILANUL ENERGIILOR - exemplu


85/143


Abur primar (AP)Abur secundar (AS)Gaze necondensabile (GN)

Apa de racire (AR)

AP

AS ASAS

GNAR

2 31 CB

Bilant global, pe intreaga instalatie de evaporare

SD

SolutieSC

BILANUL ENERGIILOR - exempluBilant partial, pe un singur corp de evaporare


86/143


Abur primar (AP)Abur secundar (AS)Gaze necondensabile (GN)

Apa de racire (AR)

AP

AS ASAS

GNAR

2 31 CB

SD

SolutieSC

FORME DE ENERGIE


87/143


o Energia potenial sau energia de poziie,Ep, rezultatdin poziia pe verticalacorpurilor, n raport cu un plan orizontal

arbitrar de referin:

m = masa corpului [kg],g = acceleraia gravitaional[m/s2],z = nlimea [m] la care se aflcorpul fade planul orizontal de referin.

zgmEp = (47)

FORME DE ENERGIE

E d


88/143


o Energia cinetic sau energia de micare,Ec, corespunztoare micrii corpurilor:

o Energia intern, U, - o proprietateintrinseca corpurilor, funcie de natura,starea i cantitatea lor:

u = energia internmasic [J/kg].

2

21 vmEc = (48)

umU = (49)

FORME DE ENERGIE

L l i i d i


89/143


o Lucrul exterior sau energia de presiune, Le, =lucrul efectuat de mediul exterior pentru aintroduce un fluid n sistem, sau lucrul efectuat

de sistem pentru a evacua un fluid din sistem:

P = presiunea [Pa],

V = volumul [m3] masei m [kg],vs = volumul specific [m3/kg].

===

sv

ss

V

e vPmdvPmdVPL

00

(50)

FORME DE ENERGIE

E i i


90/143


o Energia mecanic, W, introdusn sistem printr-o pomp printr-un agitator

o Cldura, Q, introdusdin exterior prin pereii unui rezervor prin suprafee de transfer termic

o Alte forme de energie energia de suprafa,

energia electric, energia magnetic, energia luminoas

uzual, se neglijeazn problemele curente

BILANUL TERMIC


91/143


o Pentru majoritatea proceselor fizice, fizico-chimice, chimice, biochimice

care se petrec n biotehnologii sau ntehnologiile industriei alimentare, bilanul

energiilor se poate simplifica la formacunoscutsub denumirea de bilantermic.

BILANUL TERMIC

Si lifi


92/143


o Simplificarea = neglijarea: lucrului mecanic, variaiei energiei poteniale, variaiei energiei cinetice, energiei electrice,

energiei magnetice, energiei luminoase, etc.,

Acestea numai rareori pot avea un rolimportant.

BILANUL TERMIC


93/143


o Bilanul termic are la bazprincipiul nti altermodinamicii, conform cruia energiasistemului i energia mediului exterior,considerate mpreun, reprezintoconstant.

o Altfel spus:

0=+ exteriorsistem EE (51)

BILANUL TERMIC


94/143


o Deoarece energia (la presiune constant)este nsi entalpia, ecuaia generalabilanului termic n regim nestaionar areforma:

o Q = entalpii(cantiti de cldur), +=++ erextai QQQQQ (52)

BILANUL TERMIC

Q l iil i ( li ) i


95/143


Qa = entalpiile intrate (alimentate) n sistem, Qi = entalpiile existente n sistem la momentul

iniial, Qr = entalpiile rmase n sistem n momentulfinal,

Qe = entalpiile ieite din sistem, Qext = entalpia schimbatde sistem (cedatsau

primit) cu mediul nconjurtor.

BILANUL TERMIC

l l i d


96/143


o n cazul proceselor continue care decurg nregim staionar, ecuaia (52) devine:

o Pt. procese adiabatice(frschimb decldurcu mediul nconjurtor), termenulQextse anuleazi ec. (53) se reduce la:

=+ eexta QQQ (53)

= ea QQ (54)

BILANUL TERMICo Ecuaia (53) se poate scrie i sub forma:


97/143


primul termen = suma cant. de cldurintrodusen sistem de ctre fluxurile de materiale intrate,

al doilea termen = suma cant. de cldurgeneratesau consumate n proces prin: reacii chimice sau biochimice, procese de transformare de faz, procese de transfer de masntre faze,

ultimul termen = suma cant. de cldurevacuatedin sistem de ctre fluxurile de materiale ieite.

=++ eAiextprocesaAi QQQQ (55)

BILANUL TERMICo Primuli ultimul termen al ec. (55) se

ti f i d t f l


98/143


concretizeazn funcie de natura fazelor.o Pentru o fazgazoas (amestec de gaze ideale),entalpia poate fi calculataditiv:

o Debitele molare ale comp. la intrare/ieire dinproces, sunt cunoscute din bilanul de materiale,care se efectueazntotdeauna naintea bilanuluitermic.o Temp. Tai Tese msoarla intrarea, respectivieirea din procesul considerat.

==i

T

pi

e

i

e

g

i

T

pi

a

i

a

g

ea

dTCnQdTCnQ

298

[]

298

[] (56)

BILANUL TERMIC

P t faz lichid tl d l ( l f d l )


99/143


o Pentru o fazlichidcare se comportca osoluie ideal (soluie infinit diluat) suntvalabile relaiile (56) stabilite pentru gazeideale.

o n cazul soluiilor reale (concentrate),

entalpia nu se mai poate determina aditiv.

BILANUL TERMIC

C itil t i


100/143


o Capacitile termice molare Cp [J/(kmol.K)], masice C [J/(kg.K)]

ale soluiilor reale variazfuncie deconcentraie i de temperatur:

( )

( )TxfC

TxfC

l

lp

,

,

[]

[]

=

= (57a)

(57b)

BILANUL TERMIC

st diii iil (56) d i :


101/143


o n aceste condiii, ecuaiile (56) devin:

( )

( )

=

=

e

a

T

p

e

l

e

l

T

p

a

l

a

l

dTTxCnQ

dTTxCnQ

298

[][]

298

[][]

,

, (58a)

(58a)

BILANUL TERMIC

Pentru faze solide se aplic:


102/143


Pentru faze solidese aplic:o relaiile (56) n cazul n carecomponentele fazei solide formeazunamestec mecanic,

o relaiile (58) n cazul n care

componentele fazei solide formeazosoluie solid.

BILANUL TERMIC

o Determinarea valorilor numerice ale cldurilorintroduse/evacuate din sistem cu fluxurile de


103/143


o Determinarea valorilor numerice ale cldurilorintroduse/evacuate din sistem cu fluxurile demateriale intrate/ieite, necesitcunoaterea:

naturii fazelor implicate n proces, compoziiei iniiale i finale,

bilanului de mas, temperaturilor iniiale (Ta) i finale (Te), a unor date experimentale sau ecuaii empirice

pentru calculul capacitilor termice molaresau masice ale componentelor i fazelorimplicate n proces.

BILANUL TERMIC

o Pentru substane pure capacitatea termicmolar la presiune constant definit prin relaia:


104/143


o Pentru substane pure, capacitatea termicmolarla presiune constant, definitprin relaia:

este corelatcu temperatura sub prin intermediul

unor ecuaii de tipul:

P

i

pi T

H

C

=(59)

iiipi

iiipi

iiipi

ThgCTfTedC

TcTbaC

+=++=

++=2

2

(60)

BILANUL TERMIC

o Uneori se poate utiliza valoarea medie acapacitii termice molare definit prin


105/143


o Uneori se poate utiliza valoarea medie acapacitii termice molare, definitprinrelaia:

o n general, efectul presiunii asupracapacitii termice se poate neglija.

( )

=

2

1

12

1

T

T

pipi dTTC

TT

C (61)

BILANUL TERMIC

o Pentru calcule riguroase de inginerie precum ipentru a se putea permite utilizarea programelor


106/143


o Pentru calcule riguroase de inginerie, precum ipentru a se putea permite utilizarea programelorde calculator, sunt preferate ecuaiile de tip (60).

o Acestea permit integrarea analitica ecuaiilor(56).o Valorile capacitilor termice, precum i valorile

coeficienilor din ecuaiile (60) sunt tabelate n: manuale,

ndrumare, monografii de specialitate.

Exemple:

o Capacitatea termica masica a lapteluiintegral (cu 3 2% grasime) se poate calcula


107/143


o Capacitatea termica masica a lapteluiintegral (cu 3,2% grasime) se poate calculacu ecuatia:

o Pentru lapte concentrat avand intre 4,3 si60% grasime, capacitatea termica masica

se poate calcula tot cu ecuatii de forma:

=Kkg

J

10194,933782147,46659,6279

2

6

TTC

2T

cTbaC ++=

Exemple:

in care coeficientii a b si c sunt functie decontinutul de grasime (% masice) G al laptelui:


108/143


in care coeficientii , si sunt functie decontinutul de grasime (% masice), G, al laptelui:

c = 1,094.108 6,487.107 x G

b = 3,8887 4,7517 x G

a = 6292,6535 + 2146,3113 x G

++=

Kkg

J

2T

cTbaC

Exemple:

o Capacitatea termica masica a smantanii functiede continutul de grasime G (% masice) si de


109/143


o p , functiede continutul de grasime, G (% masice) si detemperatura, T (K), se poate calcula cu o relatie

de forma:

( )

+=

Kkg

J2730312,1752,121,3895 TGGC

BILANUL TERMIC

o Termenul Qproces se determin pe bazadatelor termodinamice n funcie de tipul


110/143


o Termenul Qp se determin pe bazadatelor termodinamice, n funcie de tipulde proces: transformare chimic, transformare biochimic,

transformare de faz, transfer interfazic.

BILANUL TERMICo La modul cel mai general, acest termen poate fi

exprimat sub forma:


111/143


exprimat sub forma:

o primul termen = efectul termic al reaciilor (chimice saubiochimice) implicate n proces,

o al doilea termen = efectul termic al proceselor detransformare de faz,o ultimul termen = efectul termic al proceselor de transfer

de substanntre fazele implicate n proces.

(62)

nmji

QQQQ

i n

ntf

m

mtr

j

rjproces

++=

++=

..

BILANUL TERMIC

o Efectul termic al unei reacii chimice estedat de produsul dintre entalpia de reacie


112/143


o estedat de produsul dintre entalpia de reaciei numrul de moli de reactant (debitul

molar) consumai:

( )0TRjAkAk

a

Akrj HnQ j

j

j

=

(63)

BILANUL TERMIC

- reprezint entalpia de reacie latemperatura T [kJ/mol];0TRj H


113/143


reprezint entalpia de reacie latemperatura T[kJ/mol];

- reprezint

numrul de molide reactant Ak transformat n reacia j.

Se mparte prin Akj deoarece n reaciile ncare entalpia de reacie din legealui Hess este raportatla Akj.

TRjH

e

Ak

a

AkAk

a

Akjjjj

nnn =

1jAk

BILANUL TERMIC

o n cazul reaciilor multiple se determinsuma algebric a efectelor termice ale


114/143


o n cazul p se determin suma algebrica efectelor termice alereaciilor individuale.

o Entalpia de reacievariaz, n general, cutemperatura i cu presiunea.

o n majoritatea cazurilor (excepie fcndprocesele care decurg la P > 5 MPa)

influena presiunii asupra entalpiei dereacie poate fi neglijat.

BILANUL TERMIC

o Variaia entalpiei de reacie cutemperatura poate fi exprimat prin


115/143


o Variaia entalpiei de reacie cutemperatura poate fi exprimatprinintermediul legii lui Kirchhoff.

o n forma sa integral, aceasta areexpresia:

( ) +=T

pRTR dTTCHH

298

0

298

0(64)

BILANUL TERMICo unde:

= pAiAipAiAip CCC '' (65)


116/143


o iar entalpia de reacie standard se calculeazdin

entalpiile molare de formare din elemente ( )cu relaia:

o Entalpiile molare de formare din elemente sunttabelate n ndrumtoarele de specialitate.

0

fH

= 00 ''0298 fAiAifAiAiR HHH (66)

BILANUL TERMICo n unele cazuri, pentru varia

ii mai mici ale temp.,

se poate folosi n locul ecuaiei (64) o ecuaie


117/143


p ( )simplificat, considernd o valoare medie pentru

capacitatea termicmolar:

o Pentru calcule aproximative, sau n lipsa unorrelaii Cp =f(T), integrala din ecuaia (64) se

poate neglija, considernd:

( )29802980 += TCHH pRTR (67)

0

298

0 HH RTR (68)

BILANUL TERMICo Efectul termic al proceselor de transformare

de faz este dat de produsul dintre nr. de molide component transformat (care trece dintr o


118/143


pde component transformat (care trece dintr-ostare de agregare n alta) i entalpiatransformrii de faz:

n care reprezintgradul de transformarede fazal componentului Akn procesul detransformare de fazm.

( )

( )mtre

Akm

mtrAkm

a

Akmmtr

Hn

HnQ

.

.][.

=

==(69)

Akm][

BILANUL TERMICo Entalpia transformrilor de fazse determin

pe baza relaiilor:


119/143


p Pt. procesele de evaporare condensare:

Pt. procesele de sublimare desublimare:

Pt. procesele de solidificare topire:

0)(

0)( lgcondevap HHHH ==

0)(

0)( sgdesublsubl HHHH ==

0)(

0)( lstopireresolidifica HHHH ==

(71)

(70)

(72)

BILANUL TERMIC

o Efectul termic al proceselor de transferde substan este dat de relaia:

solretdiz HHH +=


120/143


reprezintgradul de trecere alcomponentului Ak dintr-o fazn alta nprocesul elementar n

reprezintentalpia procesuluielementar considerat.

( ) ( )ntfe

AkmntfAkn

a

Aknntf HnHnQ ..][. == (73)

Akn][

ntfH .

BILANUL TERMIC

o Dintre procesele elementare de transferinterfazic, mai importante din punct de


121/143


p , p pvedere termic sunt: dizolvarea cristalizarea

diluarea

BILANUL TERMIC

o Entalpia de dizolvare depinde, n primulrnd, de natura i starea solutuluii a


122/143


p psolventului.

o La dizolvarea cristalelor ionice ntr-unsolvent polar (apa de exemplu), procesul

constdin douetape cu efecte termicecontrare:

BILANUL TERMIC

o procesul de distrugere a reelei cristalinei trecerea ionilor n soluie, sub aciunea


123/143


p g dipolilor solventului; procesul este

endoterm, fiind caracterizat de entalpia dereea, Hret > 0;

o procesul de solvatare (interaciunea dintreionii substanei dizolvate i moleculelesolventului); procesul este exoterm, fiindcaracterizat de entalpia de solvatare,Hsol < 0.

BILANUL TERMICo Entalpia de dizolvare este suma algebrica celor

douefecte termice de semn contrar:


124/143


|Hret| > |Hsol| dizolvarea este endotermaautorcirea soluiei.

Subst. cu dizolvare endotermsunt srurile cu reele cristalinestabile, care nu formeazhidrai sau sunt cristalohidrai cu un numrmare de molecule de ap.

|Hret

| < |Hsol

| dizolvarea este exotermanclzireasoluiei.

Subst. cu dizolvare exotermsunt, de regul, Li G care nu au energiede reea, n proc. de dizolvare predominnd efectul de solvatare.

solretdiz HHH +=(74)

BILANUL TERMICo Valorile entalpiei de dizolvare sunt raportate la un

mol de substandizolvatntr-o cantitate marede solvent (peste 300 de moli) la temp standard =


125/143


de solvent (peste 300 de moli) la temp. standard =entalpie integralde dizolvare.

o Entalpia diferenialde dizolvare = efectultermic al dizolvrii unui mol de substanntr-ocantitate infinit mare de soluie.

o Cele doumrimi pot sdifere mult ntre ele, maiales n cazul soluiilor concentrate.

o Entalpia de dizolvare variazfuncie deconcentraia soluiei formate;o DependenaHdiz = f(xAi) se det. experimental.

BILANUL TERMICo Entalpia de cristalizare (Hcrist) este considerat, n

calculele tehnice, egali de semn contrar cu entalpia dedizolvare.


126/143


o n realitate, condiia |Hcrist| = |Hdiz| este doar cand

substana se dizolvntr-o soluie aproape saturat, latemperatura la care ulterior are loc cristalizarea.o Pt. calcule riguroase, entalpia de cristalizare se determin

cu relaia:

n care Hdil = entalpia de diluare a soluiei saturate pnla o conc. att de micdupcare nu mai este influenatde eventuala diluare ulterioar.

dildizcrist HHH += (75)

BILANTERMIC N REGIM ADIABATo Cantitatea de cldurschimbatcu mediul

exterior este nul.I t l i til j l t f t


127/143


o Instalaia sau utilajul pentru care se efectueaz

bilanul sunt perfect izolate termic i nu suntprevzute cu suprafee interioare de transfer decldur.

o Regimul adiabat = regim ideal, neexistndmateriale perfect izolante (avnd conductivitateatermic= 0).

o Existtotui procese industriale care pot ficonsiderate cdecurg n regim termic adiabat.

BILANTERMIC N REGIM ADIABAT

o Pt. regimul adiabat, ec. (55) captforma:


128/143


o Problema care se pune: determinarea valoriitemperaturii finale a masei de reacie, Te,cunoscnd temperatura iniiala masei de

reacie, Tai bilanul de materiale.

=+ eAiprocesaAi QQQ (76)

BILANTERMIC N REGIM IZOTERM

o Regimul termic izoterm este caracterizatprin egalitatea temperaturilor la intrare ii i di


129/143


ieire din proces:

o Problema care se pune: determinareacantitii de cldurschimbate cu

exteriorul astfel nct temperatura nproces srmnconstant.

constant== ea TT (77)

BILANTERMIC N REGIM IZOTERM

o Cantitatea de cldurschimbatcuexteriorul se determinpe baza ecuaiei(55) b f


130/143


(55) pussub forma:

= procesaAieAiext QQQQ (78)

BILANTERMIC N REGIMNONADIABAT I NONIZOTERM

o Majoritatea proceselor industriale decurg nregim nonizoterm i nonadiabat condiii n care:


131/143


regim nonizotermi nonadiabat, condiii n care:

Qext 0

o Scopul ntocmirii bilanului termic:de a determina valoarea cldurii schimbate cuexteriorul, Q

ext, astfel nct procesul s

decurg

ntre limitele de temperaturTai Te, cu gradulde transformareAki la compoziia iniialdat.

ea TT


o Termenii ecuaiei (55) sunt explicitai n funciede aceste mrimi:


132/143


de aceste mrimi:

( ) = a

a

Ai

a

Ak

a

Ai TxnFQ ,,1 (79)

( ) = eAkaAiaAkeAi TxnFQ ,,,2

( ) = eAkaAkproces TnFQ ,,3 (80)

(81)


o Ecuaia (55) devine:


133/143


o Pe baza valorii Qext calculate conform relaiei

(82) se proiecteazn continuare sistemul detransfer de cldur, pe baza ecuaiei generale atransferului termic:

ecuaie din care se determinaria suprafeei

necesare de transfer de cldur, A.

( )eaAka

Ai

a

Akext TTxnFFFFQ ,,,,312 ==(82)

mext TAKQ = (83)

APLICATIE

o Se supun fermentarii acetice 100 kg solutieapoasa cu 10% (masice) etanol. Gradul detransformare a etanolului in acid acetic


134/143


transformare a etanolului in acid acetic

este de 95%. Ce cantitate de calduratrebuie indepartata din sistem pentru ca

procesul sa decurga in conditii izoterme lat = 35 0C ?o Nota: se neglijeaza aportul de caldura al

aerului necesar procesului de oxidare.

REZOLVAREo Procesul de fermentatie acetica decurge conform

ecuatiei caracteristice:rAcetobacte


135/143


o Si a reactiei biochimice globale:

o Pe baza modelelor matematice de bilant de masa,cu Et-OH = 0,95 se obtine urmatorul tabel debilant de materiale:

OHCOOHCHOOHCHCH 23aceti

rAcetobacte

223 + +

[ ] [ ][ ] [ ]GL

GL

ONOHEtOHACH

NOOHOHEt

222

acetirAcetobacte

222

++++

+++

REZOLVARE

0,01090,50,217410Et-OHkmolikgkmolikg

FinalInitialCompo-

nentFaza


136/143


6,7055142,9196,7055142,92TOTAL GENERAL1,281636,3121,488142,92Total faza gazoasa

1,175632,921,175632,92N20,10603,3920,312510O2Gazoasa

5,4239106,6075,2174100Total faza lichida5,206593,717590H2O 0,206512,3900H-Ac

, 9,,E

Lichida

REZOLVAREQ

proces


137/143


FERMENTATIEACETICA LA T = ct.

(Qproces)

Qexterior

Qa

aer Q

e

aer

Qa lichid Qe lichid

REZOLVAREo Ecuatia generala de bilant termic:

exterior

e

G

e

Lproces

a

G

a

L QQQQQQ ++=++ [][][][]


138/143


o Expresia Qext (cantitatea de caldura care trebuieindepartata pentru a mentine t = ct.):

exteriorGLprocesGL [][][][]

proces

e

L

a

L

proceseG

aG

eL

aLexterior

QQQ

QQQQQQ

+=

=++=

[][]

[][][][]

REZOLVAREo Calculul caldurilor intrate:

273== aaaa TCmQQ


139/143


J10945,14354270100Kkg

J4270

273

6

[]

35t

10%OH-Etsol.[]

[][]10%OH-Etsol.[]

0

==

==

==

=

a

L

Ca

L

LLL

Q

CC

TCmQQ

REZOLVAREo Calculul caldurilor iesite:

273[][]11 6%Ac-Hsol[] ==ee

L

e

L

e

L TCmQQ


140/143


* - In lipsa datelor experimentale, C s-a calculataditiv, cu ecuatia:

J10806,13353700607,106

*

Kkg

J3700

6

[]

35t

10%Ac-Hsol.[]

[][]11,6%Ac-Hsol.[]

0

==

== =

a

L

Ce

L

LLL

Q

CC

QQ

REZOLVARE

J

00

22

0

353535 %6,11 =+= === Ct AcHAcHCt OHOHCt AcH CxCxC


141/143


o Concentratia Et-OH in solutia finala fiind foartemica (0,47%), s-a neglijat aportul acestuia la C.

Kkg

J

37004,123116,04180884,0 +=

REZOLVAREo Calculul Qproces:

0HnQQ TROHEta

OHEtreactieproces ===


142/143


( ) ( )0

298

0

HM

mHM

mROHEt

OHEt

a

OHEtTROHEt

OHEt

a

OHEt =

0O

0OH-CHCH

0OH

0COOHCH

0298 22323 ffffR

HHHHH ++=

0-277,6-187,02-484,9J/molO2 (G)C2H5-OH(L)H2O(L)CH3-COOH(L)H0f

REZOLVAREo Calculul Qproces:

J/mol32,4446,22702,1879,4840298 =+= HR


143/143


o Calculul Qext:

J10765,9132,44495,04,217Q3

proces ==

MJ1,231J10231,1

10765,9110806,1310945,146

366

[][]

===+=

=+= procese

L

a

Lexterior QQQQ

Documents

Despre Bilante Teorie