Структура курсовой работы.

1. Введение. Перечислить области применения готового продукта и масштабы его производства.

2. Характеристика исходного сырья и готового продукта.

3. Физико-химическое обоснование основных процессов производства целевого продукта.

4. Описание технологической схемы процесса.

5. Расчет материального баланса ХТС.

Варианты заданий для расчета. Задание 1. Производство водорода.

Основным сырьем для получения водорода является природный газ –метан (CH₄). Области применения водорода: в производстве аммиака, метанола, соляной кислоты, в металлургии и т.д.

Производство водорода из метана проводят в 3 стадии:

1-конверсия метана водяным паром: CH₄ + H₂O = CO + 3H₂ (1) Процесс сложный, эндотермический, обратимый, гетерогенно-каталитический. В качестве катализатора применяют металлический никель на носителе MgO или Al₂O₃ , температура процесса – 800-900⁰С. Конверсию метана водяным паром проводят в трубчатой печи – конвекторе метана 1 ступени. Газ, выходящий из печи, содержит 8-10% непрореагировавшего метана.

2-конверсия метана кислородом: CH₄ + 0,5O₂ = CO + 2H₂ (2).

Процесс простой, экзотермический, необратимый, гетерогенно-каталитический. Проводят на никелевом катализаторе при температуре- 1000⁰С.

3-конверсия CO водяным паром: CO + H₂O = CO₂ + H₂ (3)

5

Процесс сложный, экзотермический, обратимый, гетерогенно-каталитический. Для разрешения противоречия между выходом и скоростью процесс проводят в двух конвекторах: в первом конвекторе на Fe-Cr катализаторе при температуре 450-500⁰С, во втором конвекторе на Cu- содержащем катализаторе при температуре 220⁰С.

Исходные данные для расчета

Показатель	Вариант
	1	2	3	4	5	6	7	8
Степень превращения CH4 в 1 конвекторе, %	90,5	90	91	91,5	90	89	90,5	89,5
Степень превращения CO,%	100	99	99,5	98	97	96	96,5	99
Избыток водяного пара (от стехиометрии)	3	2,9	2,5	2,8	3,1	3,2	3	2,7
Мольные соотношения водорода в реакциях 1:2:3					14:1:5	13,7:1,3:5	14,2:1,3:5	14:1:5
Базис расчета,кг CH4	950	1000	1500	900
Базис расчета, кг H2					500	600	700	800

Методические указания по выполнению расчета.

Структурную блок-схему следует свести к трем блокам: 1-конверсия метана водяным паром (1), конверсия метана кислородом воздуха (2), конверсия оксида углерода (II) (3).

По первому блоку-конверсия метана водяным паром- составляют уравнения по CH₄, H₂, H₂O и CO, учитывая степень превращения метана, стехиометрические коэффициенты в уравнении реакции (1), а также избыток водяного пара по отношению к поступающему метану.

По второму блоку -конверсия метана кислородом воздуха- составляют уравнения по кислороду (в воздухе содержится 21 объемн.% кислорода), по водороду и CO. Следует учесть, что количества H₂ и CO, поступающие в блок 3, будут равны суммам H₂ и CO, полученным по реакциям (1) и (2).

6

По третьему блоку-конверсия CO водяным паром- составляют уравнения по H₂, CO₂, H₂O и N₂.

Считать конверсию метана кислородом воздуха -100%. Если конверсия CO меньше 100%, то газ, выходящий из конвектора CO, будет состоять из: H₂, CO, CO₂ , H₂O N₂.

Для вариантов 1-4 базисное уравнение составляют на основе количества молей поступающего метана.

Для вариантов 5-8 базисное уравнение составляют исходя из суммарного количества молей водорода, образующегося по реакциям 1-3 в приведенных в задании соотношениях. Зная общее число молей полученного водорода, можно определить количество молей водорода, образующихся по каждой реакции.