Сдам Сам

ПОЛЕЗНОЕ


КАТЕГОРИИ







Расчет материального баланса системы.





Вначале на основании производительности Пкмоль NH3) рассчитаем выходные мольные потоки азота и смеси водорода с CO.

 

 

Исходя из стехиометрического уравнения процесса синтеза аммиака (N2 + 3H2 = 2NH3), получим:

 

Однако в условии задачи заданы условия, согласно которым необходимо ввести следующие поправки к рассчитываемым выходным мольным потокам:

а) 3,05/3 – величина, на которую необходимо помножить мольный поток смеси водорода и CO, т.к. по условию мольное соотношение (СО + H2)/N2 равно 3,05/1, а не 3/1 (стехиометрические количества),

б) 1/(1-0,09) ≈ 1.098 – величина, на которую нужно помножить оба мольных потока, чтобы учесть потерю 7 %об АВС с продувочным газом.

В результате имеем:

 

 

Для удобства дальнейших расчетов введем следующие обозначения: GП – поток природного газа на входе в первый реактор, GВ – поток воздуха на входе во второй реактор.

Источниками азота для АВС являются природный газ (содержание азота: 4 %об) и воздух (содержание азота: 79 %об). Отсюда следует, что:

 

 

Источником водорода и CO является смесь водяного пара и метана, при этом из 1 моля метана при реакции с 1 молем водяного пара образуется 3 моля водорода и 1 моль CO (содержание метана в природном газе: 96 %об). Образовавшийся водород частично расходуется во втором реакторе в результате реакции с кислородом, содержащимся в воздухе (содержание кислорода: 21 %об). На реакцию с 1 молем кислорода расходуется 2 моля водорода, в результате реакции образуется 2 моля воды. Отсюда следует, что:

 

 

В полученном выражении: - степень превращения метана после второго реактора, по условию равна равновесной степени превращения. Согласно [1] равновесная степень превращения метана равна 0,994 (T = 1300 К, P = 3,3 МПа, пар/метан=4/1, с добавлением воздуха перед шахтным конвертором).

Объединяя предыдущие выражения для выходных потоков азота и смеси водорода с CO, получим систему линейных уравнений относительно GВ и GП:


 

Решая систему уравнений, получим:

GП = 1187.6 [ кмоль/ч ]

GВ = 1611.74[ кмоль/ч ]

 

Входящие потоки:

 

Выходящие потоки:

Подставляя численные значения GВ и GП, получим значения входящих и выходящих мольных потоков, исходя из них рассчитаем массовые и объемные (приведенные к нормальным условиям) потоки и составим материальный баланс процесса.

Входящие потоки Выходящие потоки
Наименование компонента кмоль/ч кг/ч Наименование компонента кмоль/ч кг/ч
CH4 (пр. газ) 1122,28 17956,48 CH4 6,73  
N2 (пр. газ) 65,32 1828,96 CO 1115,54 31235,3
H2O 4489,12 80804,16 H2 2669,69 5339,38
N2 (воздух) 1273,27 35651,56 H2O   72891,18
O2 (воздух) 338.46 10830,72 N2 1338,56 37489,52
Итого 147071,88 Итого 146946,38

*В расчете на жидкую воду.

 

Ошибка:

Ошибка незначительна, т. к. не превышает 3%.

 

Расчет теплового баланса второго реактора.

Во втором реакторе протекают следующие превращения:

 

CH4 + H2O = 3H2 + CO – 206,4 кДж/моль

H2 + 0.5 O2 = H2O + 242,0 кДж/моль

(или 2 H2 + O2 = 2 H2O + 484,0 кДж/моль)

 

Запишем уравнение теплового баланса:

,

 

– тепловой поток на входе,

– тепловой поток на выходе,

[ кВт ] – тепловой поток реакций

( = - 206,4 кДж/моль, = 484,0 кДж/моль – тепловые эффекты приведенных выше реакций).

Для входящих и выходящих потоков i-го компонента при температуре Tj:

[ кВт ],

– теплоемкость i-го компонента при температуре Tj (в кДж/кмоль·К),

– мольный поток i-го компонента (в кмоль/ч).

Входящие потоки:

 

Наименование компонента CP(T), кДж/кмоль·К (из справочника [4]) G, кмоль/ч Q, кВт
T1 = 1073 К (800 oC)
N2 32,54 65,32 635,52
CH4 75,47 1122,28·(1 – ) 25244,85·(1 – )
H2O 41,73 1122,28·(4 – ) 13958,76·(4 – )
CO 32,85 1122,28· 10988,38·
H2 30,88 1122,28·3· 30988,24·
T3 = 773 К (500 oC)
N2 31,17 1273,27 8521,85
O2 33,45 338.46 2430,97
Итого 92032,71 + 2773,01·

 

Выходящие потоки:

 

Наименование компонента CP(T), кДж/кмоль·К G, кмоль/ч Q, кВт
T2 = 1273 К (1020 oC)
CH4 81,93 6,73 194,98
CO 33,68 1115,54 13285,66
H2 31,49 2669,69 29727,56
H2O 43,87   62811,81
N2 33,39 1338,56 15804,48
Итого 121824,49

Тепловые потоки реакций:

[ кВт ]

( = - 206,4 кДж/моль, = 484,0 кДж/моль)

 

= –18453,92 + 64344,05·

 

Итого:

–48245,7 + 67117,06· =0

 


Список использованной литературы.

1. В.С. Бесков «Общая химическая технология», Москва, ИКЦ «Академкнига», 2005

2. «Производство аммиака», под ред. В.П. Семенова, Москва, Химия, 1985

3. В.И. Игнатенков, В.С. Бесков, «Примеры и задачи по общей химической технологии», Москва, ИКЦ «Академкнига», 2005

4. К.П. Мищенко, А.А. Равдель, «Краткий справочник физико-химических величин», Ленинград, Химия, 1974







Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычис­лить, когда этот...

Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем...

Живите по правилу: МАЛО ЛИ ЧТО НА СВЕТЕ СУЩЕСТВУЕТ? Я неслучайно подчеркиваю, что место в голове ограничено, а информации вокруг много, и что ваше право...

ЧТО И КАК ПИСАЛИ О МОДЕ В ЖУРНАЛАХ НАЧАЛА XX ВЕКА Первый номер журнала «Аполлон» за 1909 г. начинался, по сути, с программного заявления редакции журнала...





Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:


©2015- 2024 zdamsam.ru Размещенные материалы защищены законодательством РФ.