Химия \ Химическая технология неорганических веществ

Процесс конверсии метан и его гомологов, страница 5

Продолжение табл. 3.2

1

2

3

4

5

6

7

Водяной пар

145827

117183

100

108513

87198

100

Итого

187492

146765

234889

146765

Расчет шахтной печи

          Исходные данные [6]:

нагрузка по сухому газу                                                            126376 нм3/ч;

состав сухого газа (об. %):      СН4                                            10;

                                                   N2                                              1,6;

                                                   Н2                                              69,15;

                                                   СО                                             9,45;

                                                   СО2                                            9,81;

отношение пар:газ                                                                      0,7771;

состав воздуха (об. %):            N2                                               78;

                                                   О2                                               21;

                                                   Ar                                               1;

давление                                                                                      4,07 МПа;

температура газа на входе                                                         860 °С;

температура газа на выходе                                                      1000 °С;

концентрация метана на выходе                                               0,3 об.%

          Рассчитаем константу равновесия (3.6) [1]:

          Расчет материального баланса ведем на 100 нм3 сухого газа.

          Введем обозначения: c – объем водорода на выходе, нм3; b – объем СО на выходе, нм3; а – объем СО2 на выходе, нм3; d – объем образовавшейся воды, нм3; V – объем сухого газа на выходе, нм3; у – объем воздуха на оксиление.

          Соотношение суммы монооксида углерода и водорода в прореагировавшей смеси должно составлять 3.

С учетом принятых обозначений составляем балансовые уравнения по элементам, входящим в состав реагирующих веществ, общий баланс и условие равновесия:

          Решая полученную систему, имеем:

а = 10,77; b = 18,06; с = 81,75; d = 6,53; V = 144,69; у = 40,6.

          Объем водяных паров на выходе

100×0,7771 + 6,53 = 84,24 м3.

          Объем метана на выходе

0,3/100×144,69 = 0,43 нм3.

          Объем кислорода, поступающего с воздухом

21/100×40,6 = 8,53 нм3.

          Объем азота, поступающего с воздухом

78/100×40,6 = 31,67 нм3.

          Объем аргона, поступающего с воздухом

1/100×40,6 = 0,41 нм3.

          Результаты расчета сведем в таблицу 3.3.

Таблица 3.3

Материальный баланс шахтной печи на 100 нм3 сухого газа

Компо-

Приход

Расход

нент

нм3

% об.

нм3

% об.

Сухой газ, в т.ч.

СН4

N2

H2

СО

СО2

Ar

100

10

1,6

69,15

9,45

9,81

–

100

10

1,6

69,15

9,45

9,81

–

144,69

0,43

33,27

81,75

18,06

10,77

0,41

100

0,30

22,99

56,5

12,48

7,44

0,28

Воздух, в т.ч.

О2

N2

Ar

40,6

8,53

31,67

0,41

100

78

21

1

–

–

–

–

–

–

–

–

Водяной пар

77,71

100

84,24

100

Итого

218,31

228,93

          Коэффициент пересчета на часовой расход составляет 1263,76

Таблица 3.4

Сводная таблица материального баланса шахтной печи

Компонент

Приход

Расход

нм3/ч

Кг/ч

% об.

нм3/ч

кг/ч

% об.

1

2

3

4

5

6

7

Сухой газ, в т.ч.

СН4

N2

H2

СО

СО2

Ar

126376

12638

2022

87389

11943

12397

–

58637

9027

2528

7803

14928

24352

–

100

10

1,6

69,15

9,45

9,81

–

182854

549

42046

103318

22819

13610

513

118348

392

52557

9225

28523

26735

916

100

0,30

22,99

56,5

12,48

7,44

0,28

Воздух, в т.ч.

О2

N2

Ar

51313

10776

40024

513

66339

15394

50029

916

100

78

21

1

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

Водяной пар

98207

78916

100

106456

85545

100

Итого

257896

203892

289310

203893

3.3.2. Расчеты тепловых балансов

          Для тепловых расчетов значения теплоемкостей будем определять по температурному ряду. Значения, необходимые для расчетов приведены в таблице 3.5.

Таблица 3.5

Значения коэффициентов ряда теплоемкости и теплот образования [7]

Компонент

а

b×103

c×10–5

c×106

DН, кДж/моль

СН4

14,32

74,66

–

– 14,43

– 74,85

С2Н6

5,75

175,11

–

– 57,85

– 84,67

С3Н8

7,72

270,75

–

– 94,48

– 103,85

С4Н10

18,23

303,56

–

– 92,65

– 126,15

N2

27,88

4,27

–

–

0

Н2

27,28

3,26

0,5

–

0

СО

28,41

4,1

– 0,47

–

– 110,53

СО2

44,14

9,04

8,54

–

– 393,51

Н2О

30,00

10,71

0,33

–

– 241,81

О2

31,46

3,39

– 3,77

–

0

Расчет трубчатой печи

Скачать файл