DÉPARTEMENT DE GÉNIE CHIMIQUE ÉCOLE POLYTECHNIQUE DE MONTRÉAL
ING 1030 CHIMIE POUR INGÉNIEUR CONTRÔLE PÉRIODIQUE Date : Vendredi, le 25 octobre 2002
Heure : 8 h 30 à 10 h 15
Calculatrice non programmable permise Aucune documentation permise
Des données supplémentaires sous forme de tableaux et figures sont annexés au texte de l’examen
PROBLÈME 1
Un mélange équimolaire de méthane (CH4 (g)) et de vapeur d’eau (H2O(g)) est placé en contact avec un catalyseur de nickel, pour produire du CO et de l’hydrogène, dans un réacteur de 500 L à 250oC. La pression initiale dans le réacteur est de 300 atm. La température est maintenue à 250oC tout au long de la réaction.
2 Points a) En supposant que les gaz dans le réacteur se comportent comme des gaz parfaits, déterminez la pression dans le réacteur et les fractions molaires une fois l’équilibre atteint.
1 Point b) Quel serait l’effet de diminuer la pression une fois l’équilibre atteint?
3 Points c) À partir des résultats obtenus en a) et en considérant que le mélange gazeux se comporte comme un mélange de gaz réels, calculez la quantité réelle de H2 (en moles) présente dans le réacteur à l’équilibre.
2 Points d) Doit-on chauffer ou refroidir le réacteur pour maintenir la température constante à 250oC? Justifiez par un calcul votre réponse.
La réaction entre le méthane et l’eau sur catalyseur de nickel est la suivante : CH4 (g) + H2O(g) ↔ CO(g) + 3 H2 (g)
Avec un Kp = 27 atm2 à 250oC.
PROBLÈME 2
Le benzène et le toluène sont des hydrocarbures semblables miscibles en toutes proportions et formant une solution idéale.
Par distillation à pression atmosphérique on désire effectuer la séparation de 500 kg d’un mélange formé de benzène et de toluène.
Ing 1030 – Chimie pour ingénieur 2 Contrôle périodique automne 2002
On a constaté que l’ébullition a débuté lorsque la température du mélange a atteint 95oC. Les propriétés des deux hydrocarbures sont résumées dans le tableau ci-dessous :
M(g/mol) T éb(oC) Cp (kJ/kgK) ∆Hvap(kJ/mol)
Benzène 78.1 80.1 1.75 42.9
Toluène 92.1 110.6 2.23 39.2
Relation de Clausius-Clapeyron: ln
O
O
P P
1
2 = - ∆HvapR
(
T12 −T11)
Calculez :
2 Points a) La composition du mélange lorsque l’ébullition a débuté.
1 Points b) La composition de la vapeur au dessus du mélange qui s’est mis en ébullition.
2 Points c) La chaleur nécessaire pour amener les 500 kg de mélange de 20oC au point d’ébullition (95oC).
PROBLÈME 3
Très souvent les séchoirs sont précédés par une unité de conditionnement de l’air. Lors du conditionnement on diminue d’abord l’humidité de l’air par condensation d’une partie de la vapeur d’eau et ensuite on rehausse la température de l’air par un chauffage.
Pour assurer une bonne qualité des pruneaux et le bon fonctionnement du séchoir à prunes (voir schéma ci-dessous) l’air à la sortie du séchoir doit être à 30oC avec une humidité relative, H.R.
de 50 %. Le débit d’air à la sortie du séchoir est de 60 m3/min. Le rendement du séchoir est de 36 kg d’eau éliminé par heure.
Séchoir
Ts = 30oC
→
Condenseur
T1 = ?
→
Réchauffeur H.R. = 6%
Y’e = ?
→
PH2O = ?
Te = ? ∆ mH2O = 36 kg/h
•
→
débit 60m3/min
↓
H2O Calculez :
2 Points a) L’humidité absolue Y’ que doit avoir l’air à l’entrée du séchoir.
1 Point b) La pression partielle de la vapeur d’eau dans l’air à l’entrée du séchoir.
2 Points c) La température que doit avoir l’air à l’entrée du séchoir.
Ing 1030 – Chimie pour ingénieur 3 Contrôle périodique automne 2002
La très faible humidité relative H.R. de 6 % que doit avoir l’air à l’entrée du séchoir a été obtenue par un conditionnement de l’air.
2 Points d) Calculer la température à laquelle on doit refroidir l’air lors de la première
étape du conditionnement.
Enthalpie de l’air humide :
h = (1.005 + 1.884 Y’) T + 2259 Y’ [ kJ / kg A.S.] ; T en oC
