Vraag 1)Door een buis stroomt naar een tank 400 liter per minuut. In het water 40 g/L zout opgelost. De buis heeft een totaal volume van 0,2 m3 . Vraag) In een stoomketel wordt 3,0 m3 water verhit. Dit wordt eerst van 25 °C naar 100 °C gedaan.
A. Hoeveel m3/h stroomt er? Vervolgens wordt het van 100 °C naar 200 °C verhit. De soortelijke warmte van water is 4,18 kJ/(kg*K). De
3/min =0,4 3 3 3 verdampingswarmte van water is 2,2 MJ/kg.
= 400 l/min = 400
dm m /min 0,4m /min ¿ 60=24 m /hr a. Hoeveel energie kost het om het water te verwarmen naar 100°C?
B. Hoeveel seconden verblijft het water in de buis?
Q=c∗m∗∆ T –> 4,18*(3,0*1000)*(100-25) = 940500 J
=t=
v = 0,2m3 b. Hoeveel energie kost het om het water van 25°C te verwarmen tot 200°C?
=0,5 min ¿ 30 s Q = Qopwarmen +Qfase
∅ 0,4 m3 /min Q=c∗m∗∆ T en Q=C∗m
C. Na hoeveel seconden zit er 1 kg zout in de tank?
1000 g 3 v 25 dm3
=
3
=25 dm ,
∅=400 dm
3
/min , t= = =0,0625 min ¿ 3,75 s
40 g/dm ∅ 400 dm 3 /min
Vraag 2) Deel 1
Gerst wordt gemout door er warm water aan toe te voegen. Na 1 week wordt de mout gedroogd. Dit gebeurt met turf gestookt vuur,
waardoor de whisky de rokerige smaak krijgt. De mout wordt schoongemaakt met een zeef en hierna vermalen. Deze mout wordt vermengd met water. Vraag) Stoom van 120°C stroomt een heater binnen met 0,5 kg/s. Daar wordt 15 kJ/s toegevoegd aan de
Deel 2 stroom. Het proces is stationair. De gegevens van water zijn: De soortelijke warmte van water is 4,18
Dit mengsel wordt gefermenteerd. Gist wordt toegevoegd. Na het fermenteren wordt de whisky gedestilleerd en wacht het enkele jaren op consumptie. kJ/(kg*K).De verdampingswarmte van water is 2,2 MJ/kg.
A. Teken een blokschema van deel 1 a. Wat is de temperatuur na de heater?
Q=c∗m∗∆ T (omdat er geen fase overgang meer is, hoeft de andere formule
niet gebruikt te worden.
15=4,18∗0,5∗¿ ∆ T
∆ T =7,18 dus de stoom is 120+7 = 127 graden.
b. Schrijf voor dit proces de energie-balans op:
Vraag)In een warmtewisselaar wordt rookgas afgekoeld door de warmte uit te wisselen met water. Het water
warmt op van 20 graden Celsius naar 50 graden celsius. Het waterdebiet is 15 kg/s. Het rookgasdebiet is 10
kg/s.
Gegeven:
Temperatuur rookgas: 500 graden Celsius
Soortelijke warmte water: 4200 J/kg/K
Soortelijke warmte rookgas: 700 J/kg/K
B. Teken een blokschema van deel 2 Hoeveel koelt het rookgas af?
Vraag 3
Qopgenomen door water =m∗c∗∆ T
15*4200*30 = 1890 KJ/s
Afgegeven door gas = 1890 KJ/s
Beschrijf wat hier gebeurt in de verschillende stappen. = In het eerste blok wordt het slib ingedikt door het water eruit te koken.
Vervolgens vindt vergisting plaats waarbij biogas ontstaat. Dit biogas wordt vervolgens verbrand waarbij elektriciteit en verbrandingsgas ontstaat.
Vraag 4)Een metalen kogel valt in glycerol naar beneden. Diameter kogel: 1 cm; dichtheid metaal: 3000 kg/m 3;dichtheid glycerol: 1260 kg/m3; viscositeit: 1,4 Pa.S;
A. Bereken de valsnelheid van de kogel
2
2 ( Pd− p )∗g∗r Vraag) Een stoomketel produceert stoom om in een warmtewisselaar te gebruiken om olie op te warmen. De
v= =laminair condensatiewarmte van water bedraagt 2256 kJ/kg. Er wordt 5 kg/h geproduceerd die voor 10% condenseert in de
warmtewisselaar. De olie heeft een ingaande temperatuur van 25 graden celsius, een debiet van 0,2 kg/min en een
9 n soortelijke warmte van 2000 J/kg/K.
a. Maak een tekening van de warmtewisselaar en noteer de gegevens.
2 ( 3000−1260 )∗9,8∗0,0052 b. Hoeveel graden warmt de olie op?
¿ =0,067 m/s Er condenseert 0,5 kg/h stoom. C*m = 2256 * 0,5 = 1128 KJ/h warmte = 0,313 KJ/s
9 1,4 Opwarmen olie = m
p∗v∗d 1260∗0,067∗0,01
ℜ= = =0,6 <1
n 1,4
B. Zou je de valsnelheid op dezelfde manier berekenen als de kogel in de lucht naar beneden valt?
= Nee, want v wordt veel hoger dus waarschijnlijk Re > 1. Viscositeit vd lucht heel veel lager dan viscositeit glycerol.
Vraag 5)Geef bij de volgende mengsel aan welke scheidingsmethode het meest geschikt is om ze te scheiden:
A. Zand en water Filtratie en/of bezinking deeltjes grootte Opdracht 2: Een afvalwaterstroom (0,01 m3/s) bevat zanddeeltjes met een diameter van 0,1 mm. De zanddeeltjes
B. Zout en water indampen, oplosbaarheid hebben een dichtheid van 1050 kg/m3, water heeft een dichtheid van 1000 kg/m3 en een viscositeit van 0,001 Pas.
C. Water en ethanol destillatie, kookpunt a) Bereken hoe snel deze deeltjes bezinken. Ga uit van laminaire bezinking
−3 2
Vraag 6) Een kristal dat gebruikt wordt voor het enten (starten van de kristallisatie) van een verzadigde oplossing heeft een diameter D. ( pd− pw )∗g∗D 2 9,81∗(0,1∗10 )
Nieuwe kristallen worden gevormd met een snelheid r (kristallen/min). Experimenten uitgevoerd met verschillende diameters entkristallen
Vy = (1050-1000) ¿
18 n 18∗1∗10−3
wijzen uit dat de kristallisatie snelheid afhangt van de diameter van de entkristal volgens de volgende formule:
r = 200D – 10D2 (D in mm)
Wat is de snelheid van kristallisatie als de diameter van het ent-kristal 0,05 inch bedraagt, waarbij 1 inch = 2,45 cm.
−4
=
r =200∗D−10 D
2 2,7∗10 m/s = 0,27 mm/s
D=0,05 inch = 1,225 mm
b) Controleer of de aanname van laminaire bezinking klopt.
r= 24,35 mm
230 kristallen/min
=
1000∗2,7∗10−4∗0,1∗10−3 = 0,027 = laminair
Vraag 7) Een mengsel (100 kmol/uur) van drie alcoholen wordt gescheiden door middel van destillatie. Het mengsel bestaat uit 25% ethanol, 50%
propanol en 25% butanol. Na de destillatie ontstaan twee stromen, namelijk een stroom die over de top van de kolom gaat en een stroom die uit de
bodem komt. De stroom over de bodem is twee keer zo groot als over de top. 1∗10−3
a) Op basis van welk principe vindt destillatie plaats? kookpunt
b) Bereken de samenstelling van deze stromen. Welke aanname doe je hierbij?
Aannames: - alle ethanol over de top, - alle butanol over de bodem, - propanol over de top en bodem
25 kmol ethanol
De stad overtelt
Utrecht top300000
= 25 kmol/hr
inwoners. Het debiet aan dagelijks afvalwater bedraagt derhalve gemiddeld 60000 m 3/dag. De verblijftijd in de nabezinker is 3 uur.
2 De snelheid waarmee het water in de bezinker aankomt, bedraagt 6 mm/s.
a) Hoe groot moet het vierkante oppervlak van de nabezinker zijn? (in werkelijkheid is de nabezinker cirkelvormig)
1 3 L2
A=L*B , L=B want vierkant , A= d) Bereken de gemiddelde diameter van de deeltjes in het slib (aannemend dat het bolvormige deeltjes zijn, met een
33 −25=8 top van propanol dichtheid van 1200 kg/m3).
3 τ = L = Lde = Vx *τ
( pd− pw )∗g∗D2 ( 1200−1000 )∗9,81∗D2
vx
25 kmol butanol over de bodem v= =1,6∗10−4=
1 2 propanol 18 h 18∗1∗10
−3
50−8 =41 bodem = 6∗10−3∗3∗3600
3 3 de =64,8 m
A = 4200 m2
=D=
40∗10−6 m=40 um
1 C3 } 1
Top: 25 C2, 8 33 b) Hoe diep moet de nabezinker zijn?
3 3 ϕ = 60.000m3 / dag = 7500 m3/3uur
Bodem: 41
2 C3, 25 C4 } 2
66
3 3
Vraag 8) Een afvalwaterstroom is vervuild met butanol. De concentratie hiervan in de afvalwaterstroom is 5,8 vol. % Er wordt besloten
butanol uit het water te halen door middel van extractie. Hierbij moet een keuze gemaakt worden voor een extractiemiddel.
a. Wat voor soort extractiemiddel zou jij kiezen? Waarom?
= Butanol is een lastige component om te extraheren. Het heeft een polaire kop en een apolaire staart. In zijn algemeenheid wordt
deze stof gezien als polair. Dus je zou een stof moeten kiezen waar butanol nog liever in oplost dan in water.
b. Er word een proef gedaan om de verdelingsccoefficient van deze scheiding te bepalen. Na extractie is de concentratie in het
afvalwater 10x lager geworden. In het extractiemiddel is de concentratie 3,4 vol. % geworden.
Bereken de verdelingscoefficient
