11. Методика расчета материального баланса процесса конверсии со.

Цель расчета:

1. Определение состава газа после I ступени конверсии.

Исходные данные:

1. Расчет ведем на 100м³ сухого газа, поступающего в конвертор

2. состав сухого газа на входе, %об.:

   Компонент	Содержание
   Н2	56,96
   N2	22,18
   СО	12,69
   СО2	7,59
   СН4	0,30
   Аr	0,28

3. Объемное соотношение «пар:сухой газ» на входе в конвертор -0,588

4. Температура ПГС на выходе из конвертора – 440⁰С

5. Соотношение между компонентами газа на выходе при условии достижения равновесия задается константой равновесия реакции(23) при 440⁰С.

6. Степень достижения равновесия реакции конверсии СО-0,9.

Расчет.

1). Составить расчетную схему материальных потоков конвектора СО. Указать все входящие и выходящие материальные потоки, тем-ры, искомые величины. Записать хим-ю р-ю со значением теплового эффекта.

В конверторе протекает экзотермическая реакция

СО+Н₂О↔СО₂+Н₂, DН=-41кДж.

Обозначим за Х-объем прореагировавшего СО, при условии достижения равновесия, м³.

2). Рассчитать объемы компонентов газа на входе в конвертор СО,м³:

Рассчитаем объемы компонентов газа на входе в конвертор СО,м³:

Н2	0,5696*100м3=56,96 м3
N2	22,18
СО	12,69
СО2	7,59
СН4	0,30
Аr	0,28

Vпар/Vсух газ = 0,588Þ Vпар=0,588*100м³ = 58,5 м³.

3). Выразить константу равновесия реакции через парциальные объемы Vi.

В общем случае

где р_i – парциальное давление

Подставим это выражение в выражение для К и после сокращения останется:

Vi – объемы, в состоянии равновесия, м³.

4) . Выразить объемы компонентов в состоянии равновесия, м³. За х обозначить объем прореагировавшего СО, при условии достижения равновесия, м³

V_СО = 12,69-х

V_Н2О = 58,8-х

V_СО2 = 7,59+х

V_Н2 = 56,96+х

5). Рассчитать величину константы равновесия при температуре ПГС на выходе из конвектора по эмпирической формуле.

6). Подставим в выражение для константы равновасия реакции значения объемов компонентов в состоянии равновесия, выраженные в п. 4, и значение константы равновесия из п. 5. Привести ур-е к квадратному и решить его.

После упрощения приходим к квадратному уравнению. Решим его и получим х=9,81м³.

7). В конверторе СО 1 ступени равновесие реакции ещё не достигается поэтому рассчитаем фактически прореагировавший объем СО: V = Vп * η

Vп – объем прореагировавшего СО, η – степень достижения равновесия.

9,81*0,9=8,83 м³.

8). Рассчитать фактические объемы компонентов в газе на выходе из конвектора по ур-ям из п. 4:

V_СО = 12,69-8,83 = 3,86 м³.

V_Н2О = 58,8-8,83=49,97 м³.

V_СО2 = 7,59+8,83=16,42 м³.

V_Н2 = 56,96+8,83=65,79 м³.

9). Заполнить таблицу .

Таблица :

Объем и состав газа после конвертора СО 1 ступени на 100 м³ сухого исходного газа.

Компонент	Влажный газ		Состав сухого газа, % об.
	Объем, м3.	Состав, %об.
Н2	65,79	41,43	60,45
N2	22,18	13,97	20,38
СО	3,86	2,43	3,55
СО2	16,42	10,34	15,09
СН4	0,30	0,19	0,28
Ar	0,28	0,18	0,26
Н2О(п)	49,97	31,47	-
Всего влажного газа	158,8	100%
Всего сухого газа	108,83		100%

10). Рассчитать объемное отношение «пар: сухой газ» для ПГС на выходе из конвертора

49,97/108,83=0,459

11). Пересчитать объем компонентов на массы и рассчитаем материальный баланс конвертора СО 1 ступени.

G_приход, кг = G_расход, кг

Вход: , ,

, , , , .

Всего: m = 5,09 + 27,73 + 15,86 + 14,91 + 0,21 + 0,50 + 47,25 = 111,55 кг.

Выход: , , ,

, , , .

Всего: m = 5,87 + 27,73 + 4,83 + 32,25 + 0,21 + 0,50 + 40,15 = 111,54 кг.