Методы получения ацетилена, страница 4

Исходные данные для расчета:

1.Состав сырья, % об.: СН4-93,5

С2Н6-1,5

С3Н8-2,00

С4Н10-1,00

С5Н12-0,40

СО2-1,2

N2-0,40

2.Плазмообразующий газ- водород.

3.производительность по ацетилену – 20000 т/год.

4.Температура плазмообразующего газа – Т_пл-4450 К

5.Температура реакции- Т_р-2300  К

6.Давление газа на входе в реактор – р_ВХ-1,65 атм.

7.Температура парогазовой смеси после закалки- Т_З-523 К

8.Температура сырья перед подачей в реактор- Т_С- 298 К

9.Температура воды при охлаждении реактора: на входе- Т_ВХ- 20° С    На выходе- Т_ВЫХ- 50° С

10.Время реакции – τ_Р- 50·10^-4

11.Ток в электрической дуге – I-800 А

12.Плотность тока электрической дуги – Ј- 10⁵ А/см²

13.Скорость закалки – dТ/dτ-10⁶ град/с

14.Время непрерывной работы – Т_Р- 510 ч

15.Время на замену электродов – Т_Э – 2 ч.

Расчет расходов газов

1.  Рассчитываем тепловой поток, выделяющийся через стенку реактора, кВт

Коэффициент теплоотдачи  Вт/м град

Длина реактора

Большая разность температур

Меньшая разность температур

Средняя разность температур

2.  Часовая производительность по ацетилену, кг/ч.

3.  Объемная производительность по ацетилену

4.  Тепловой эффект превращения исходного сырья в ацетилен. Теплота образования ацетилена рассчитывается из реакции

Энтальпия водорода в этих условиях:

3.1 теплота образования   метана

       

3.2 теплота образования   этана

     

3.3  теплота образования   пропана

     

3.4  теплота образования   бутана

           

3.5  теплота образования   пентана

      

Тепловой эффект превращения  в ацетилен      

Определяем тепловой эффект превращения исходного сырья

5.  Определяем число углеродных атомов

6.  Определяем расход природного газа

7.  Рассчитываем суммарную мощность батареи плазматрона

коэффициент полезного действия, принимаем его равным 80%

коэффициент полезного действия реакции, принимаем его равным 65%

Число плазмотронов в батареи определяем исходя из мощности (10 МВт)

Таким образом, в батареи находится 5 плазмотронов мощностью 10 МВт и 5 плазмохимических реакторов.

8.  Определяем общий расход плазмообразующего газа

9.  Определяем максимально возможную концентрацию ацетилена

10.  Определяем действительную концентрацию ацетилена в пирогазе

11.  Коэффициент увеличения объема

12.  Общий объем реактора

13.  Коэффициент  увеличения объема водорода. Находим константу равновесия Kp реакции 2H=H2 при температуре плазменной струи (4450)

, тогда

Из  системы уравнений

 

Находим , . Определяем концентрации атомарного и молекулярного водорода

Коэффициент увеличения объема водорода при температуре плазменной струи

14.  Определяем плотность плазмообразующего газа в плазмотроне

Расчет плазмотрона

1.  Определяем время цикла одного плазмотрона

- время непрерывной работы плазмотрона

- время, необходимое на замену электродов плазмотрона

2.  Рассчитываем число циклов  в году для работы одного плазмотрона

- число часов в году

3.  Определяем время чистой работы одного плазмотрона

4.  Рассчитываем коэффициент увеличения числа плазмотронов

5.  Определяем необходимое число плазмотронов

Окончательно принимаем, что в технологической линии должно быть установлено 5 плазмотронов, мощностью 10 МВт каждый.

6.  Рассчитываем расход плазмообразующего газа через один плазмотрон

7.  Определяем диаметр анода плазмотрона

8.  Рассчитываем толщину стенки анода

Расчет материально баланса

1.  Определяем состав природного газа, % масс (Табл. 1)

Компонент	Количество в 100 м3 природного газа, кг	Состав, % масс
Метан Этан Пропан Бутан Пентан Двуокись углерода Азот Итого

2.  Определяем количество ацетилена и водорода, кг

1)   2СН4                =          С2Н2        +        3Н2

32                                    26                       6                     Х=51,220

84,054·0,75                    Х                         Y                     Y=11,820