Факултет по химични технологии катедра „Технология и електрохимични производства” д и п л о м е н п р о е к т

Изтегляне 0.58 Mb.

страница	29/29
Дата	20.03.2024
Размер	0.58 Mb.
	#120719

1 ... 21 22 23 24 25 26 27 28 29

Diplomna rabota DimitarW LB
Свързани:
НОВА ИСТОРИЯ НА СРЕДНОВЕКОВНА ФРАНЦИЯ

СО₂ – не повече от 18% ; СО – не повече от 0,65% ;
Н₂ – не по-малко от 61% ; N₂ – 19-20% ; СН₄ – 0,2 – 0,35 %;
Ar и др. – 0,2 – 0,3 % ;

5 Изчислителна част.

5.1 Материален баланс на тръбна пещ – първичен реформинг на метан.

5.1.1 Състав на природния газ.

компоненти	%	Nm³/h
CH₄	97,50	28275
C₂H₆	0,65	188,5
C₃H₈	0,45	130,5
C₄H₁₀	0,30	87,0
N₂	1,00	290,0
CO₂	0,1	29,0
Всичко	100,00	29000

5.1.2 Състав на АВС.

Компоненти	%	Nm³/h
H₂	88	994,4
CH₄	4	45,2
N₂	4	45,2
Ar	4	45,2
Всичко	100	1130

5.1.3 Състав газовата смес.

Компоненти	%	Nm³/h
CH₄	93,99	28320,2
C₂H₆	0,63	188,5
C₃H₈	0,43	130,5
C₄H₁₀	0,29	87,0
N₂	1,11	335,2
CO₂	0,1	29,0
H₂	3,3	994,4
Ar	0,15	45,2
Всичко	100	30130

5.1.4 Хидриране на висшите въглеводороди.

C₂H₆ + H₂ ↔ 2CH₄
C₃H₈ + 2H₂ ↔ 3CH₄
C₄H₁₀ + 3H₂ ↔ 4CH₄

А) Необходимо количество H₂.

C₂H₆ − 188,5 Nm³ H₂

C₃H₈ − 130,5 . 2 = 261 Nm³ H₂
C₄H₁₀ − 87 . 3 = 261 Nm³ H₂
Общо за реакциите − 188,5 + 261 + 261 = 710,5 Nm³ H₂
Оставащо количество − 994,4 – 710,5 = 283,9 Nm³ H₂

Б) Получен метан

C₂H₆ − 188,5 . 2 = 377 Nm³ CH₄
C₃H₈ − 130,5 . 3 = 391,5 Nm³ CH₄
C₄H₁₀ − 87 . 4 = 348 Nm³ CH₄
Общо количество от реакциите − 377 + 391,5 + 348 = 1116,5 Nm³ CH₄

5.1.5 Газова смес пред вход тръбна пещ.

Компоненти	%	Nm³/h
CH₄	97,7	29436,5
H₂	0,94	283,9
N₂	1,11	335,2
Ar	0,15	45,2
CO₂	0,1	29
Всичко	100	30130

5.1.6 Изчисляване количеството на парата.

5.1.7 Реакции в тръбна пещ.

Изчисляваме за 100 Nm³/h паро-газова смес:

CH₄ + H₂O ↔ CO + 3H₂ инерти всичко

97,7 – x 390 – x 0 + x 0,94 + 3x 1,27 490 + 2x
∆n = 3 + 1 − 1 − 1 = 2
Температурата, при която протича реакцията в тръбите е 775 °С.
При тази температура Ка = 90,34
Приемаме x = 63,31

Приемаме, че:

СО − 0 + x = 0 + 63,31 = 63,31 Nm³
H₂O − 390 – x = 390 – 63,31 = 326,69 Nm³
CH₄ − 97,7 – x = 97,7 – 63,31 = 34,39 Nm³
H₂ − 0,94 + 3x = 0,94 + 3.63,31 = 190,87 Nm³
Всичко − 490 + 2x = 490 + 2.63,31 = 616,53 Nm³

CO + H₂O ↔ CO₂ + H₂ инерти всичко

63,31 – x 326,69 – x 0 + x 190,87 + x 35,66 616,62
∆n = 1 + 1 − 1 − 1 = 0

Температурата, при която протича реакцията в тръбите е 775 °С.

При тази температура Ка = 1,114
Приемаме x = 37,1

Приемаме, че:

СО₂ – x + 0,1 = 37,1 + 0,1 = 37,2 Nm³
CO – 63,31 – x = 63,31 – 37,1 = 26,21 Nm³
H₂ – 190,87 + x = 190,87 + 37,1 = 227,97 Nm³
H₂O – 326,69 – x = 289,59 Nm³

5.1.8 Количество на компонентите в газовата смес на изход от тръбна пещ за 100 Nm³.

Компоненти	Nm³	% влажен газ	% сух газ
H₂	227,97	36,97	69,71
CO	26,21	4,25	8,01
CO₂	37,2	6,03	11,38
CH₄	34,39	5,58	10,52
N₂	1,11	0,18	0,34
Ar	0,15	0,02	0,04
Всичко сух газ	327,03	-	100
H₂O	289,59	46,97	-
Вс. Влажен газ	616,62	100	-

5.1.9 Изчисление на съотношението пара : газ след първичен реформинг.

H₂O : сух газ = 289,59 : 327,03 = 0,89

5.1.10 Преизчисляване за цялото количество.

за влажен газ: сух газ:

Компоненти	Nm³	% влажен газ	% сух газ
H₂	68688,05	36,97	69,71
CO	7892,57	4,25	8,01
CO₂	11213,17	6,03	11,38
CH₄	10365,78	5,58	10,52
N₂	335,02	0,18	0,34
Ar	39,41	0,02	0,04
Всичко сух газ	98534	-	100
H₂O	87264,6	46,97	-
Вс. влажен газ	185788	100	-

5.2 Топлинен баланс на тръбна пещ.

5.2.1 Изчисляване на ∆H на реакцията.

∆H = (Y_вх._CO– Y_из._CO) . ( ∆H_обр._CO) + (Y_вх._CO₂– Y_из._CO₂) . ( ∆H_обр._CO2) + (Y_вх._CH4– Y_из._CH4) . ( ∆H_обр._CH4) + (Y_вх._H2O– Y_из._H2O) . ( ∆H_обр._H2O) + (Y_вх._C2H6– Y_из._C2H6) . ( ∆H_обр_C2H6) + (Y_вх._C3H8– Y_из._C3H8).( ∆H_обр._C3H8) + (Y_вх._C4H10– Y_из._C4H10) . ( ∆H_обр._C4H10) = (26,21– 0) . ( - 110,524) + (37,2– 0) . ( - 393,514) + (34,39– 97,5) . ( - 74,810) + (289,59– 390) . ( - 241,818) + (0– 0,65) . ( - 84,726) + (0– 0,45) . ( - 103,847) + (0– 0,3) . ( - 126,148) = 11606,3 MJ/Kmol

5.2.2 Изчисляване на физичната топлина внесена с ПГС.

t₀ = 20 ºC

Cp_п= 1,78 KJ/Kmol.K

Cp_г =Cp_CH4.X_вх._CH4 + Cp_C2H6.X_вх._C2H6+ Cp_C3H8 .X_вх._C3H8 + Cp_C4H10 .X_вх._C4H10 =

= 47,0974 . 0,975 + 102,932 . 0,0065 + 149,252 . 0,0045 + 190,816 . 0,003 =
= 47,8 KJ/Kmol.K
Cp_г = 47,8 / 22,4 = 2,13 KJ/Nm³.K

Q_{физ.ПГС} = V_г . Cp_г . (t – t₀) + V_п . Cp_п . (t – t₀) = 100 . 2,13 . (460 – 20) + 390 . 1,78 . (460 – 20) = 399 168 KJ = 399,168 MJ

5.2.3 Изчисляване на физичната топлина изнесена с конвертиралия газ.

Cp_кг = Cp_H₂_. .X_H2 + Cp_C_О .X_CO + Cp_C_О2 . X_CO2+ Cp_CH₄ . X_CH4+ Cp_N2 . X_N2+ +Cp_Ar . X_Ar+ Cp_H2O . X_H2O= 0,3697 . 29,54775 + 0,0425 . 31,009 + 0,0603 . 47,218 + 0,0558 . 55,117 + 0,0018 . 30,697 + 0,0002 . 23,776 + 0,4697 . 42,18 =

= 38,04 KJ/Kmol.K
Cp_кг = 38,04/22,4 = 1,7 KJ/Nm³.K

Q_физ.КГ = V_кг .Cp_кг .(t – t₀) = 616,62 . 1,7 . (775 – 20) = 791432 KJ = 791,432 MJ

5.2.4 Изчисляване на ∆H на изгаряне.

∆H_изг.= Y_CH4. ∆H_изг._CH4 + Y_C2H6 . ∆H_изг._C2H6 + Y_C3H8. ∆H_изг._C3H8 + Y_._C4H10 . ∆H_изг._C4H10 = 0,975 . ( - 802,320) + 0,0065 . ( - 1428,780) + 0,0045.(-2045 ,380) + 0,003 . ( - 2658,830) = - 808,73 MJ/Kmol

5.2.5 Определяне количеството кислород за горене.

CH₄ + 2O₂ => CO₂ + 2H₂O

C₂H₆ + 3,5O₂ => 2CO₂ + 3H₂O
C₃H₈ + 5O₂ => 3CO₂ + 4H₂O
C₄H₁₀ + 6,5O₂ => 4CO₂ + 5H₂O

V_O2 = 0,975 . 2 + 0,0065 . 3,5 + 0,0045 . 5 + 0,003 . 6,5 = 2,015 Nm³

V_O2_дейст.= V_O2 .  = 2,015 . 1,09 = 2,196 Nm³
V_O2_{сух.въз.}= V_O2_дейст./V_O2_въз. = 2,196 / 0,2 = 10,98 Nm³
V_N2 = 10,98 . 0,79 = 8,67 Nm³
P₀ = 101325 Pa t₀ = 20ºC  = 0,7
Y_H2O = 2,3368 . .10³ . 0,7 / 101325 = 0,016

X = 10,98 / 0,984 = 11,16 Nm³ влажен въздух

V_H2O_.въз. = V_{влажн.въз.} – V_{сух.въз.} = 11,16 – 10,98 = 0,18 Nm³ влага

5.2.6 Изчисляване на физичната топлина на въздуха за горене.

Q_{физ..гор.въз.} = V_{гор.въз.} . Cp_{гор.въз.} .(t – t₀) = 11,16 . 1,29 . (370 – 20) =5,039 . x MJ

5.2.7 Изчисляване на количествата на получените компоненти в димните газове.

V_CO2 = 0,975 . 1 + 0,0065 . 2 + 0,0045 . 3 + 0,003 . 4 = 1,014 Nm³

V_H2O_гор. = 0,975 . 2 + 0,0065 . 3 + 0,0045 . 4 + 0,003 . 5 = 2,0025 Nm³
V_H2O_общ. = V_H2O_гор. – V_H2O_вх. = 2,0025 + 0,18 = 2,183 Nm³
V_N2_общ. = V_N2_вх. + V_N2_газ. = 8,67 + 0,001 = 8,671 Nm³
V_O2_изг. = V_O2_дейст. - V_O2_теор. = 2,196 – 2,015 = 0,181 Nm³

Компоненти	Nm³	% сух	% влажен
CO₂	1,014	10,28	8,42
N₂	8,671	87,89	71,96
O₂	0,181	1,83	1,5
Всичко сух	9,866	100%	-
H₂O	2,183	-	18,12
Всичко влажен	12,049	-	100%

5.2.8 Изчисление на физичната топлина на димния газ.

Cp_{физ.дим.газ} = Cp_C_О2 . X_CO2+ Cp_N2 . X_N2+ +Cp_O . X_O+ Cp_H2O . X_H2O=

= 0,0842 . 48,29 + 0,7196 . 30,996 + 0,015 . 32,58 + 0,1812 . 39,872 =
= 34,08 KJ/Kmol.K

Cp_{физ.дим.газ} = 34,08 / 22,4 = 1,521 KJ/Nm³.K

Q_{физ.дим.газ} = V_{дим.газ} . Cp_{дим.газ} .(t – t₀) = 12,049 . 1,521 . x . (890 – 20) =

= 15,944.x MJ

5.2.9 Изчисляване на загубите.

Q_прих.= 1 – Q_заг.= 1 – 0,045 = 0,955

5.2.10 Изчисляване на уравнението за разход и приход на топлина.

0,955.Q_приход = Q_разход

Q_изг. + Q_{физ.ПГС} + Q_{физ..гор.въз.} = Q_физ.КГ + Q_{физ.дим.газ} + Q_реак.

36,1.x + 399,168 + 5,039.x = 791,432 + 15,944.x + 518,138
x = 39,77

За цялото количество технологичен газ е необходимо:

X = 39,77 . 30130 / 100 = 11983 Nm³ газ за горене.

5.2.11 Количество топлина необходима за 100 Nm³ газ.

Q_{Приходи}	MJ	%	Q_{Разходи}	MJ	%
Q_изг.	1435,697	70,54	Q_физ.КГ	791,432	38,89
Q_{физ.ПГС}	399,168	19,61	Q_{физ.дим.газ}	634,093	31,16
Q_{физ..гор.въз.}	200,401	9,85	Q_реак.	518,138	25,45
			Q_заг.	91,587	4,5
Приходи	2035,266	100,00	Разходи	2035,25	100,00

5.2.12 Количество топлина необходима за цялото количество газ.

Q_{Приходи}	GJ	%	Q_{Разходи}	GJ	%
Q_изг.	432,576	70,54	Q_физ.КГ	238,458	38,89
Q_{физ.ПГС}	120,269	19,61	Q_{физ.дим.газ}	191,052	31,16
Q_{физ..гор.въз.}	60,381	9,85	Q_реак.	156,115	25,45
			Q_заг.	27,595	4,5
Приходи	613,226	100,00	Разходи	613,221	100,00

6 Заключение

7 Графична част

8 Използвана литература