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Problemi di scambio termico
1) Una miscela di CS2 e CCl4, è al 91% di CCl4 e sta uscendo da una coda di una colonna, è alla sua temperatura di ebollizione. Entra in un Kettle e viene vaporizzata (18 Kmoli/h). Quanto vapore saturo secco (VB) provoca questa vaporizzazione?
2) Calcolare il flusso termico attraverso ogni m2 di superficie di una parete spessa 0,5 metri, sapendo che la temperatura della faccia interna è di 400 °K, che la temperatura della faccia esterna è di 310 °K e che il coefficiente termico è 0,7 W/m·°K (k).
3) In uno scambiatore funzionante controcorrente vengono raffreddati 58 moli/h di benzene (Cp= 1,9 KJ/Kg·°C) da 350 °K a 300°K usando 4,75 kg/s di H2O fredda, che entra alla temperatura di 290 °K. Nell’ipotesi che le perdite di calore verso l’esterno sono trascurabili e sapendo che UD è 1,70 KW/m2·°K), calcolare la superficie di scambio termico dell’apparecchiatura.
4) Un evaporatore operante a 68670 N/m2 produce 15 Kmoli/h di VB che viene abbattuto in un condensatore barometrico alimentato con H2O alla temperatura di 17 °C. La temperatura dell’acqua nel pozzetto è di 29 °C. Calcolare la portata dell’acqua da alimentare al condensatore barometrico.
5) Una colonna di rettifica è alimentata con 150 Kmoli/h di una miscela di benzene + toluene, in cui la frazione molare di benzene è 0,35. Sapendo che, detta miscela, viene prelevata da un serbatoio a 20 °C e che deve entrare in colonna vaporizzata per 1/3 alla temperatura di 82 °C, calcolare la portata (in Kmoli/h) di vapor d’acqua alla pressione di 1,4 ata da alimentare al preriscaldatore. Sono noti: Cptol = 0,41 Kcal/Kg·°C; λtol = 62 Kcal/Kg; PMtol = 92; Cpbenz = 0,43 Kcal/Kg·°C; λbenz = 65 Kcal/Kg; PMbenz = 78; inoltre, sapendo che UD è 600 Kcal/h·m2·°C, calcolare la superficie di scambio termico del scambiatore.
6) 15 Kmoli/h una miscela di H2O (Cp = 1 Kcal/Kg·°C) e metanolo (Cp = 0,6 Kcal/Kg·°C) al 65% in mole di H2O, viene preriscaldata da 30 °C a 58 °C utilizzando 0,9 Kmoli/h di VB alla pressione di 2 ata. Qual è il titolo del vapore in uscita dallo scambiatore?
7) Da una testa i un evaporatore escono 1600 Kg/h di vapor d’acqua, che dopo essere stati compressi in un eiettore entra in un condensatore barometrico. L’eiettore, che porta il vapore alla pressione di 0,8 ata, consuma 0,6 Kg di vapore comprimente per ogni chilo di vapore compreso. Sapendo che l’acqua di raffreddamento entra nel condensatore alla temperatura di 18 °C e che esce a 40 °C, calcolare la portata d’acqua necessaria al condensatore.
8) Il Freon 313 circolante nel serpentino interno di una cella frigorifera possiede un λ di 150 KJ/Kg alla temperatura di 265 °K, sapendo che 2,5 Kg/s entrano con un titolo del vapore di 0,15 ed escono allo stato di VB, calcolare il calore sottratto del Freon all’aria della cella.
9) Per il funzionamento di un evaporatore si usa VB alla pressione di 1,5 Kp/cm2, esso deve provvedere a riscaldare da 45 °C a 80 °C (Teb) 850 Kg/h di soluzione da concentrare (Cp = 0,65 Kcal/Kg·°C) e a far evaporare 400 Kg/h di solvente (41300 KJ/Kmoli). Sapendo che il vapore di riscaldamento esce dall’apparecchiatura con un titolo di vapore di 0,06, calcolare la portata in Kmoli/h.
10) In testa ad una colonna di rettifica, utilizzata per separare una miscela benzene-toluene, è posto un condensatore alimentato con acqua a 18 °C. Tale acqua esce alla temperatura di 32 °C. Sapendo che il vapore di testa (T = 92 °C) ha una portata di 170 Kmoli/k, che λ della miscela è 95 Kcal/Kg, che il vapore è costituito per il 95% (in Kmole) di benzene. Calcolare la portata di acqua da alimentare al condensatore. Inoltre, sapendo che UD = 680 Kcal/h·m2·°C, calcolare la superficie di scambio termico.
11) Calcolare il flusso termico che si trasmette per conduzione attraverso una lamiera di ferro dello spessore di 50 mm avente la superficie di 0,5 m2 e le facce rispettivamente a 400 °C e a 1000 °C. Il coefficiente di conducibilità termica (k) del ferro è 60 Kcal/m·h·°C.
12) Un evaporatore produce 190 Kg/h di vapor d’acqua saturo secco che deve essere completamente condensato in un condensatore a miscela che opera alla pressione di 0,4 ata. Per realizzare detta operazione si utilizza acqua, che entra nel condensatore alla temperatura di 20 °C e ne esce a 32 °C. Calcolare la portata d’acqua necessaria al funzionamento del condensatore.
13) 150 Kg/h di una miscela di CS2 e CCl4 (al 40% in peso di CS2), viene alimentata ad una colonna di distillazione dopo essere stata preriscaldata fino alla temperatura di ebollizione. La miscela entra alla temperatura di 26 °C e ne esce a 42 °C. Calcolare la quantità oraria di calore da fornire nel preriscaldatore.
14) Un impianto motore a vapore è percorso da 2 t/h di acqua che, alla temperatura di ebollizione, entrano nel vaporizzatore dove vige una pressione di 30 mca per uscirne allo stato di vapore saturo secco. Al vaporizzatore segue un surriscaldatore costituito da un serpentino (nel quale scorre il vapore) immerso in aria calda alla temperatura di 650 °C, da ritenersi costante nel tempo e nello spazio del surriscaldatore stesso. Sapendo che all’uscita della camera di surriscaldamento il vapore si trova alla temperatura di 150 °C e che il suo Cp è di 0,47 Kcal/Kg·°C, calcolare l’entalpia totale del vapore all’uscita del surriscaldatore. Calcolare inoltre la superficie dis cmbio del surriscaldatore se UD = 48 Kcal/h·m2·°C.
Fonte: http://members.xoom.virgilio.it/alberto_chim/problemi%20di%20scambio%20termico.doc
Sito web da visitare: http://members.xoom.virgilio.it/alberto_chim/
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