Мазмұны кіріспе I. Технологиялық БӨлім
жүктеу/скачать 210,33 Kb.
|
Сағынтай
| ІІ.ЕСЕПТЕУ БӨЛІМІ
2.1. Процестің материалдық балансы Есептеу бастапқы деректерде көрсетілген конвертордың өнімділігіне, яғни 5500 нм3/сағ табиғи газға жасалады. Шамамен есептеу көлемдік бірліктерде жасалады. Кіріс 1. Табиғи газ 1v=5500нм3/сағ, соның ішінде: метан 1vCH4=1сСН4*1V=0,95*5500=5225нм3/сағ, (мұнда және одан әрі 1сСН4 – табиғи газ құрамдас бөлігі - көлемдік үлестерде), Этан 1vC2H6=1сСН4*1V=0.01*5500=55 нм3/сағ, азот 1vN2=1cn2*1V=0.04*5500=220 нм3/сағ. 2. Метан конвекторына су беріледі (1:1) 2v=1V = 5500 нм3/сағ 3. Құрғақ ауа 3v нм3/сағ, соның ішінде: оттегі 3vо2=3СО2*3v=0,2099 * 3v, азот 3vN2=3сN2*3V=0,7805 * 3v, аргон 3vAr=3сАг*3V=0,0096*3v. Қалыпты жағдайда құрғақ ауаның тығыздығы 1,293 кг/м3. Ауаның массасы 1,293*3v кг/сағ. 3t=20°c, φ=70% және ылғал мөлшері 3d=0,01042 кг/кг құрғақ ауа құрамында су буы бар. 0,01042 * 1,293 * 3v кг/сағ, немесе 0,01347*3V/0,8043=0,0167*3v нм3/сағ. 4. 4v нм3/сағ техникалық оттегі келіп түседі, оның ішінде: оттегі 4vO2=4cO2*4v=0,98*4v, азот 4vN2=4cN2*4v=0,01*4v, аргон 4vAr=4cAr*4v=0,01*4v. Шығыс. 1. Метан СО-ға айналады және Н2 толығымен емес. Шарт бойынша метанның конверсия дәрежесі 98%, яғни келіп түскен метанның 2% қалдық газдарға өтеді. Осылайша, метанның шығатын газдарында 6vCH5 = 0.02*1vСН5=0.02*5225=104 нм3/сағ, 2. Табиғи газбен, ауамен және техникалық оттегімен қамтамасыз етілген азот толығымен түрлендірілген газға өтеді, яғни 6vN2=1vN2+3vN2+4vN2=220+0,7805*3V+0,01*4v нм3/сағ. 3. Ауадан және техникалық оттектен аргон да түрлендірілген газға ауысады 6vAr=3vAr+4vAr=0,0096*3V+0,01*4V нм3/сағ. 4. Метаннан, азоттан және аргоннан басқа, түрлендірілген газдарда сутегі 6vН2 нм3/сағ, көміртегі тотығы 6vСО нм3/сағ, көміртегі қостотығы 6vСО2 нм3/сағ, су буы 6vН2О нм3/сағ. Есептеу кезінде алты белгісізді табу керек 3v, 4v, 6vН2, 6vСО, 6vСО2, 6vН2О. Біз алты теңдеулер жүйесін құрамыз. Көміртектің материалдық балансы бойынша бізде 1vCH4+2*1vC2H6=6vCH4+6vСО+6vСО2, мұндағы 2*1vC2H6 1 моль Этан 2 моль СО немесе СО2 түзетінін білдіреді. Осыдан
5231-6vСО-6vСО2=0 Сутектің материалдық балансы бойынша бізде 2*1vCH4+3*1vC2H6+2v+3vH2O=2*6vCH4+6vH2+6vН2О мұнда 2*1vCH4 және 2*6vCH4 дегеніміз 1 моль метаннан 2 моль сутегі, 3*1vCH4 – 1 моль Этан 3 моль сутегі түзіледі. 2*5225+3*55+5500+0,0167*3v-2*104-6vH2-6vН2О=0, 15907+0,0167*3v-6vH2-6vН2О=0 Оттегінің материалдық балансы бойынша бізде 0,5*2v+3vО2+0,5*3vН2O+4vО2=0,5*6vCО+6vСО2+0,5*6vН2О, 0,5*5500+0,2099*3v+0,5*0,0167*3v+0,98*4v-0,5*6vCО-6vСО2-0,5*6vН2О=0, 2750+0,2182*3v+0,98*4v-0,5*6vCО-6vСО2-0,5*6vН2О=0. Сонымен қатар, шарт бойынша оттегінің жалпы көлемі конвекторға кіретін метанның 0,6 көлемін құрайды 3vO2+4vO2=0,6*1vСН4, Осыдан 0,2099*3v+0,98*4v=0,6*5225, 0,2099*3v+0,98*4v-3135=0. Шарт бойынша көміртегі тотығы мен сутектің жалпы көлемі азот көлемінен 3,3 есе көп болуы керек. Осыдан 6vСО+6vН2=3,3*1vN2=3,3*(220+0,7805*3v+0,01*4v)= =726+2,5756*3v+0,033*4v, Осыдан 6vСО+6vН2-726-2,5756*3v-0,033*4v=0. Сонымен қатар, газдардың көлемі көміртегі тотығының конверсия реакциясының тепе-теңдік константасының өрнегімен байланысты. Осы реакцияның константа білдіруге болады сонымен Қоспадағы кез-келген газ үшін теңдеу дұрыс онда vi арқылы тұрақты Рі үшін өрнекті ауыстырамыз Газдардың көлемі арқылы көрсетілген тепе-теңдік константасын біз одан әрі есептеулерде қолданамыз. К тепе-теңдік константасының мәнін анықтау үшін келесі теңдеуді алуға болады Осыдан 830°C немесе 830+273=1103°K температурасы үшін біз табамыз: lgK = +1,565 * lg1103-0,066*10-3*1103- - 6,93= - 0,0046; К=0,9265 Осылайша, vCO2*vH2 vCO*vH2O Осыдан 6vСО2 *6vН2=0,9265*6vСО *6vН2О, 6vСО2 *6vН2 -0,9265*6vСО *6vН2О =0. 6 теңдеуден алынған жүйе: 5231-6vСО-6vСО2=0. 15907+0,0167*3v-6vH2-6vН2О=0. 2750+0,2182*3v+0,98*4v-0,5*6vCО-6vСО2-0,5*6vН2О=0. 6vСО+6vН2-726-2,5756*3v-0,033*4v=0. 0,2099*3v+0,98*4v-3135=0. 6vСО2 *6vН2 -0,9265*6vСО *6vН2О =0. 1-ші теңдеуден 6vСО2=5231-6vСО табамыз. Бұл өрнекті келесі теңдеулерге алмастырамыз 2) 15907+0,0167*3v-6vH2-6vН2О=0. 3) -2481+0,2182*3v+0,98*4v+0,5*6vCО-0,5*6vН2О=0. 4) 6vСО+6vН2-726-2,5756*3v-0,033*4v=0. 5) 0,2099*3v+0,98*4v-3135=0. 6) (5231-6vСО) *6vН2 -0,9265*6vСО *6vН2О =0. 2-ші теңдеуден біз 6vH2=15907+0,0167*3v-6vН2О табамыз. алынған өрнекті келесі теңдеулерге ауыстырамыз. 3-ші теңдеуді 2-ге көбейту (қосымша бөлшектерді азайту үшін), бізде 3) -4962+0,4364*3v+1,96*4v+6vCО-6vН2О=0. 4) 6vСО+15181-2,5589*3v-0,033*4v-6vН2О =0. 5) 0,2099*3v+0,98*4v-3135=0. 6) (5231-6vСО) *(15907+0,0167*3v-6vН2О) -0,9265*6vСО *6vН2О =0. 3-ші теңдеуден табамыз 6vН2О=6vCО+1,96*4v+0,4364*3v-4962. Алынған өрнекті келесі теңдеулерге алмастырамыз 4)20143-2,9953*3v-1,993*4v=0. 5) 0,2099*3v+0,98*4v-3135=0. 6)(5231-6vСО)*(20869-0,4197*3v-1,96*4v-6vCО)- -0,9265*(6vСО+1,96*4v+0,4364*3v-4962) *6vCО =0. Жүйені шешу кезінде 4-ші теңдеуде бір белгісіз 6vcо-ның қысқаруы орын алды, нәтижесінде 4-ші және 5-ші теңдеулерде тек 2 белгісіз 3v және 4V болады. 5-ші теңдеудің 4v-ін анықтаймыз 4v=3135-0,2099*3v/0,98=3199-0,2142*3v Табылған 4V мәнін 4-ші теңдеуге ауыстырамыз 13767,4-2,5684*3v, 3v=5360 нм3/ч, 4v= 3199-0,2142*5360=2051нм3/ч. Әрі қарай, 3V және 4v мәндерін 6-шы теңдеуге ауыстырамыз: (5231-6vСО)*(20869-0,4197*5360-1,96*2051-6vCО)-0,9265*6vСО* *(6vСО +1,96*2051+0,4364*5360-4962)=0 Осыдан (5231-6vСО)*(14600-6vCО)-0,9265*6vСО*(6vСО +1397)=0 76372600-5231*6vСО-14600*6vСО+6v 2СО-0,92656v 2СО-1294*6vСО=0 Мұндай мүшелерді әкелгеннен кейін бізде: 76372600-21125*6vСО+0,0735*6v 2СО=0 6v 2СО коэффициентіне бөлеміз, яғни 0,0735-ке 6v 2СО-2874156vСО+1039082993=0 Осыдан 6vСО= Осылайша екі жауап алынды: а) 6vСО=143707-140060=3647 нм3/ч б) 6vСО=143707+140060=283767 нм3/ч Екінші жауап нақты емес, өйткені алынған көлем барлық кіретін газдардың жалпы көлемінен 15 есе көп. Демек, түрлендірілген газдағы көміртегі тотығының көлемі 3647 нм3/сағ. Алынған мәндерді су буының көлемі үшін өрнектерге алмастырамыз: 6vН2О=6vCО+1,96*4v+0,4364*3v-4962=3647+1,96*2051+0,4364*5360-4962 =5044 нм3/ч Сутектің көлемін табыңыз: 6vH2=15907+0,0167*3v-6vН2О=15907+0,0167*5360-5044=10952 нм3/ч Көмірқышқыл газының көлемін анықтау үшін алынған деректерді 1-ші теңдеуден алынған өрнекке ауыстырамыз: 6vСО2=5231-6vСО =5231-3647=1584 нм3/ч Алынған сандарды тексеру керек, яғни оларды бастапқы өрнектерге енгізу керек. Көміртек балансы келесі форманы алады: Кіріс 5225+2*55=5335 нм3 / сағ Шығыс 104+3647+1584=5335 нм3 / сағ Сутегі балансы: Кіріс 2*5225+3*55+5500+0,0167*5360=16204 нм3 / сағ Шығыс 2*104+10952+5044=16204 нм3 / сағ Оттегі балансы: Кіріс 0,5*5500+0,2099*5360+0,5*0,0167*5360+0,98*2051=5930 нм3 / сағ Шығыс 0,5*3647+1584+0,5*5044=5930 нм3 / сағ Бос оттегінің көлемі: 0,2099*5360+0,98*2051=3135 нм3/сағ Бұл жағдайға сәйкес келетін метан көлемінің құрайды. Көміртегі тотығы мен сутегінің жиынтық көлемі 3647+10952=14599 нм3/сағ Шығарылған газдардағы азоттың мөлшерін теңдік арқылы табамыз 6vN2=220+0,7805*5360+0,01*2051=4423 нм3 / сағ Көміртегі тотығы мен сутегі көлемінің қосындысы азот көлемінен есе көп, бұл жағдайға сәйкес келеді. Соңында, тепе-теңдік константасы үшін бізде яғни, бұл жағдайда шарт орындалады. Материалдық балансты құру үшін газдардың көлемін массаға қайта есептеу қажет. Егер мұндай есептеу үшін қалыпты жағдайда газдардың тығыздығының нақты мәндері қолданылса, онда килограммен көрсетілген материалдық баланстарды азайтуға болмайды. Бұл бүкіл жоғарыда келтірілген барлық есептеу идеал газ заңдарын қолдануға негізделген. Массалардың теңдігін сақтау үшін нақты емес, теңдеу бойынша есептелген газдардың есептік тығыздығын пайдалану керек. Біз газдардың келесі есептелген тығыздығын аламыз (кг/нм3): рН2= =0,0900, р С2Н6= =1,3424, рО2= =1,4286, рСО= =1,2505, рAr= =1,7832, рСО2= =1,9648, рN2= =1,2507, рН2О= =0,8043, рСН4= =0,7162. Алынған тығыздықтарды пайдалана отырып көлемі мен массасын қайта есептеп материалдық баланс кестесін.құрастырамыз Кіріс Табиғи газ: метан
этан 1mС2Н6=1vC2H6*pC2H6=55*1,356=74кг/сағ, азот 1mN2=1vN2*pN2=220*1,25055=275кг/сағ. Табиғи газдың жалпы массасы 1m=3745+74+275=4094кг / сағ, Су буы 2m=2v*pH2О=5500*0,8043=4424кг/сағ, Ауа:
3mО2=3vО2*pО2=0,2099*3v*pО2=0,2099*5360*1,42895=1607кг / сағ, азот 3mN2=0,7805*5360*1,25055=5232кг/сағ, аргон 3mAr2=0,0096*5360*1,7837=92кг / сағ, Құрғақ ауаның жалпы массасы 3mсух=1607+5232+92=6931кг/сағ. Ылғал ауа. Жоғарыда айтылғандай, ауаның ылғал мөлшері 0,01042 кг/кг құрғақ ауаға тең: 3mН2О=3mсух*3d=6931*0,01042=72кг/сағ. Ылғалды ауаның массасы 3mвл=6931+72=7003кг/сағ. Техникалық оттегі: оттегі 4mО2=4vО2*pО2=0,98*4v*pО2=0,98*2051*1,42895=2872кг / сағ, азот 4mN2=4vN2*pN2=0,01*2051*1,25055=26Кг / сағ, аргон 3mAr=4vAr*pAr=0,01*2051*1,7837=37кг / сағ, Техникалық оттегінің массасы 4m=2872+26+37=2935кг/сағ. Шығыс метан 6mСН4=6vCH4*pCH4=104*0,7168=74 кг/сағ, азот 6mN2=1mN2+3mN2+4mN2=275+5232+26=5533кг / сағ, 6mAr=3mAr+4mAr=92+37=129кг/сағ, Көміртек тотығы 6mСО=6vСО*pСО=33647*1,2504=4560 кг/сағ. Метан, азот, аргон және көміртегі тотығынан басқа, көмірқышқыл газы, сутегі және су буы аппараттан шығарылады. Осы газдардың мөлшерін анықтау үшін әр элемент үшін жеке-жеке материалдық тепе-теңдік теңдеулерін құру қажет. Әрі қарай есептеулерді жеңілдету үшін біз олардың қосылыстарындағы жеке элементтердің мазмұны кестесін жасаймыз (бірлік үлестерінде). Кесте 2.1
Көміртектің материалдық балансы 1mCH5*0,7487+1m C2H6*0,7989=6mCH5*0,7487+6m CО*0,4288+6m CО2*0,2729, 3745*,7487+74*0,7989=74*0,7487+4560*0,4288+6m CО2*0,2729, 853=6m CО2*0,2729, 6m CО2=3126кг / сағ. Оттегінің материалдық балансы 2m*0,8881+3mО2*+3mН2О*0,8881+4mО2=6mCО*0,5712+6mCО2*0,7271+ +6mН2О*0,8881, 4424*0,8881+1607+72*0,8881+2872=4560*0,5712+3126*0,7271+ +6mН2О*0,8881, 3594=6mН2О*0,8881, 6mН2О=4036кг/сағ Сутектің материалдық балансы mCH4*0,2513+1mC2H6*0,2011+2m*0,1119+3mН2О*0,1119=6mCH4*0,2513+ +6mН2О*0,1119+6mН2, 3745*0,2513+74*0,2011+4424*0,1119+72*0,1119=74*0,1119+ +4036*0,1119+6mН2, 6mН2=998кг/сағ. Тиісінше көлемдері құрайды (нм3/сағ) 6vCO2= 6vН2O= 6vН2= Есептеудің дұрыстығын тексеру материалдық баланстың жиынтық кестесін жасау және газ көлемін тепе-теңдік константасының өрнегіне ауыстыру арқылы жүзеге асырылады Алынған мән берілген мәнге сәйкес келеді. Кесте2.2.Табиғи газды конверсиялаудың жиынтық материалдық балансы
жүктеу/скачать 210,33 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
| ||||||||||||||||||||||||||||||