DÉPARTEMENT DE GÉNIE CHIMIQUE ÉCOLE POLYTECHNIQUE DE MONTRÉAL
ING 1030 CHIMIE POUR INGÉNIEUR CONTRÔLE PÉRIODIQUE Date : Mercredi, 19 février 2003
Heure : 18h00 à 19h50
Calculatrice non programmable permise Aucune documentation permise
Vous devez remettre avec le cahier d’examen le diagramme portant votre nom
Des données supplémentaires sous forme de tableaux et figures sont annexées au texte de l’examen
PROBLÈME 1
Le diagramme d’équilibre isobare (P = 1 atm) ci-joint représente le système benzène (C6H6 )–
hexane (C6H14). Le diagramme portant votre nom doit être remis avec le cahier d’examen.
0.5 point a) Quelle substance est la plus volatile?
0.5 point b) On effectue un chauffage isobare (chauffage à pression de 1 atm) à partir d’une solution liquide de composition Xhexane = 0,1 à 68oC. À quelle température la solution se mettra-t-elle en ébullition?
0.5 point c) On continue le chauffage isobare de la solution présentée en (b). À 76oC, quelles sont la ou les phases en présence ainsi que leur composition?
0.5 point d) On continue le chauffage isobare de la solution présentée en (b). À 80oC, quelles sont la ou les phases en présence ainsi que leur composition?
3.0 points e) En utilisant l’équation de Clausius-Clapeyron et la relation d’Antoine, calculez la pression totale ainsi que la composition de la phase vapeur en équilibre avec le liquide de composition Xhexane = 0,2 à 73.1oC. Faites l’hypothèse que la loi de Raoult et la loi de Dalton s’appliquent. Si cette pression totale diffère de 1 atm, expliquez pourquoi.
Donnée : ∆Hv (hexane) = 28,85 kJ/mol
1 point f) En commençant avec une solution liquide de composition Xhexane = 0,2, indiquez sur le diagramme combien d’étapes de distillation sont nécessaires pour obtenir une solution de composition finale de Xhexane = 0,45.
Équation : ln
P P
o o
1
2 =
−
∆ H T T
R v
1 2
1 1
1
ING 1030 – Chimie pour ingénieur Examen périodique hiver 2003 PROBLÈME 2
Un grave problème technique est survenu dans l’unité de synthèse de l’ammoniac (NH3).
Plusieurs litres de mélange gazeux se trouvant dans le réacteur à 500oC et à 345 atm doivent être d’urgence évacués. Le mélange est d’abord refroidi à 81o C puis envoyé dans un bassin ouvert à l’atmosphère contenant 10m3 d’eau à 20oC afin que les 52,02 kg NH3 qu’il contient se
solubilisent dans l’eau (voir schéma). Les 52,02 kg de NH3 résultent de la transformation de 30% du mélange réactionnel initial de H2 et N2 formé de 75% mol. de H2 et 25% mol. de N2 .
3H2 + N2 ↔ 2 NH3
On vous demande de calculer :
3.0 points a) Les masses (en kg) de H2 et N2 se trouvant dans le mélange évacué.
3.0 points b) Le volume occupé à 81oC et 345 atm par 17340 moles de mélange gazeux évacué.
1.0 point c) La pression partielle de NH3 au-dessus de la surface de l’eau (l’eau du bassin) dans laquelle s’est dissous l’ammoniac (NH3) présent dans le
mélange gazeux évacué.
Schéma :
T = 81oC Réacteur → refroidissement
PNH3 = ?
o o o o
o 20oC o eau o
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ING 1030 – Chimie pour ingénieur Examen périodique hiver 2003
PROBLÈME 3
En hiver l’air sec dans nos maisons a un effet néfaste sur le système respiratoire. Pour améliorer le confort, on humidifie l’air à l’aide d’humidificateurs qui fonctionnent à pression atmosphérique.
De l’air à 20oC avec une humidité relative H.R. = 20% entre dans un petit humidificateur adiabatique (voir schéma). Le débit massique de l’air en question correspond à 2 kgA.S./min.
À la sortie de l’humidificateur l’air n’est pas saturé et a une humidité absolue de Y’S = 0,00588 kg H2O/kg A.S.
On vous demande de calculer :
2.0 points a) L’humidité absolue de l’air entrant dans l’humidificateur Y’e. 2.0 points b) La quantité d’eau (en kg par jour) évaporée dans l’humidificateur.
2.0 points c) La température de l’air sortant de l’humidificateur.
1.0 point d) Le débit molaire (mole/min.) de l’air humide à la sortie de l'humidificateur.
Schéma :
2 =?
• O
m
HTe = 20oC Y’S = 0,00588 [kg H2O/kg A.S.]
H.R. = 20% TS = ?
Débit molaire = ?
[
/min 2.
. kg
m•AS=
]
Humidificateur adiabatique
Y’e = ?
Relation : h = (1,005 + 1,884 Y’) T + 2259 Y’[kJ/kgA.S.]
LES ENSEIGNANTS
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