Evaluation divers janvier 2013
1 Bilan matière cristallisation de sulfate ferreux
Un cristalliseur est destiné à produire 1 tonne par heure de sulfate ferreux heptahydraté, (FeSO4, 7H2O), à partir d'une solution aqueuse de sulfate ferreux saturée à 50°C. Cette solution est introduite à 50°C dans le cristalliseur, et se refroidit par contact avec la masse cristallisant à 20°C.
- Calculer le titre massique des solutions saturées à 50°C et à 20°C, et le titre des cristaux hepta-hydratés.
- Déterminer les débits massiques de la solution sortant du cristalliseur et de la solution d'alimentation pour obtenir la quantité désirée de cristaux.
- Calculer enfin le rendement de la cristallisation.
Données:
- solubilités, en g de FeSO4 pour 100 g d'eau: à 50°C, 48.6 g/100g d'eau, et à 20°C, 26.5 g/100g d'eau.
- masse molaire du sulfate de fer II anhydre M = 152 g.mol-1,
- masse molaire du sulfate de fer II heptahydraté : M = 278 g.mol-1.
2 Lecture et utilisation du diagramme de l'air humide
1°) Soit de l'air à 20°C ayant une humidité absolue Y égale à 10 g d'eau par kg d'air sec. Placer le point correspondant sur le diagramme de l'air humide. Déterminer son humidité relative ε et son enthalpie H. Calculer sa capacité thermique Cp en J par g d'air sec et par °C.
On donne Cpair=1.01 J.g-1.°C-1 et Cpeau vapeur=1.92 J.g-1.°C-1.
2°) Soit de l'air saturé à 30°C. Placer le point correspondant sur le diagramme de l'air humide. Déterminer son humidité absolue et son enthalpie.
Question subsidiaire:1 kg de cet air est refroidit de 30 à 5°C. Calculer la masse d'eau condensée.
Représenter les lectures en couleur sur le diagramme de l'air humide, et le rendre avec la copie.
3 Séchage par convection avec préchauffeur d'air
Préchauffeur: de l'air ambiant déshumidifié entre à une température de 20°C et une humidité relative εE=5%. Son débit global est 1.08xe4 m3.h-1, son Cp 1.01 kJ.kg-1.K-1, et sa masse volumique 1.2 kg.m-3. La puissance du préchauffeur est 295 kW.
1°) Déterminer l'humidité absolue de l'air à l'entrée YE et à la sortie Y'E du préchauffeur.2°) Calculer le débit massique d'air humide.
3°) Calculer la température de l'air en sortie du préchauffeur. En déduire son humidité relative ε'E et son enthalpie H'E.
Sécheur: l'air chaud alimente un sécheur rotatif à tambour à contre-courant. Le débit de solide humide entrant dans le sécheur est 35000 kg.h-1, et son titre massique en eau est xE = 1%. On admet que le séchage s'effectue dans des conditions isenthalpiques pour l'air, et que son humidité relative en sortie est εS=85%.
4°) Connaissant εS, déterminer la température et l'humidité absolue YS de l'air en sortie du sécheur.5°) Calculer l'humidité du solide entrant XE, et le débit de solide sec M.
6°) Déterminer, pour le solide en sortie, le titre massique en eau xS et le taux d'humidité XS .
Données: Tableaux des propriétés de l'air extraites du diagramme de l'air humide.
- Y humidité absolue en g d'eau/kg d'air sec
- H enthalpie de l'air en kJ/kg d'air sec
- Humidité relative en %
- T température en °C
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4 Exploitation diagramme triangulaire: extraction à contre-courant
On réalise dans une colonne d'extraction liquide - liquide fonctionnant en continu l'extraction d'acide acétique en phase aqueuse par de l'éther isopropylique. Le débit de charge est 50 kg.h-1, son titre massique en acide est 20%, elle ne contient pas d'éther. Le débit d'éther est 50 kg.h-1, et il est pur. Après mise en régime stationnaire, on analyse l'extrait sortant. On trouve une composition massique de 12% en acide acétique, et de 4% en eau.
1°) Tracer , sur le diagramme triangulaire fournit, les points représentatifs du solvant, de la charge, du mélange (solvant+charge) et de l'extrait obtenu.
2°) Tracer le point représentatif du raffinat, en déduire sa composition massique en acide et en solvant.
3°) Déterminer les débits de raffinat et d'extrait (règle des moments ou bilan sur l'acide).
4°) Déterminer l'acide acétique extrait et le rendement de l'extraction.
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