Зачет

Выполнил: ст. гр. МТС01-25-31

Лебедь Д.М.

Проверил: доцент, к.т.н.

Касьянова Л.З.

Для протекания реакции восстановления никеля подается 5-ти кратный избыток Н_2. В реакторе 1500 кг катализатора с содержанием никеля 48% в виде NiO. Рассчитать расход водорода, количество выделившейся воды. Определить объем необходимого количества адсорбента – цеолита для удаления влаги, если влагоемкость цеолита 20 %, а насыпная масса 0,65 г/см³.

NiO + H₂ → Ni + H₂O

Дано:

m(Kt) = 1500 кг

ω(Ni) = 48%

φ(цеолит) = 20%

ρ(цеолит) = 0,65 г/см³

M(NiO) = 75 кг/кмоль

M(H₂O) = 18 кг/кмоль

M(H₂) = 2 кг/кмоль

M(Ni) = 59 кг/кмоль

Решение:

m(NiO) = 0,48 · 1500 = 720 кг

n(NiO) = 720 : 75 = 9,6 кмоль

n(NiO) = n(H₂) = 9,6 кмоль

n(H₂)_изб = 9,6 · 5 = 48 кмоль

m(NiO) = 9,6· 18 = 172,8 кг

m(цеолит) = 172,8 : 0,2 = 864 кг

V(цеолит) = 864 : 650 = 1,33 м³

V(H₂)_изб = 9,6 · 22,4 · 5 = 1075,2 м³

V(H₂)_{на воду} = 9,6 · 22,4 = 215,04 м³

V(H₂)_рец = 1075,2 – 215,04 = 860,16 м³

Ответ:

Необходимый объем цеолита для удаления влаги – 1,33 м³.

Расход водорода – 48 кмоль.

Количество выделившейся воды – 172,8 кг.

Цеолит NaX (13Х):

молекулярная насыпная масса 0,6-0,7 г/см³,

влагоемкость – 25%.

Дано:

с(H₂O) = 4200 Дж/кг·К

с(H₂) = 14208 Дж/кг·К

с(ВОТ) = 2000 Дж/кг·К

G(H₂O) = 172,8 кг

k = 50 Вт/м²·К для Ст3

t_н = 300°С

t_к = 40°С

t_н^хлад = 20°С

t_к^хлад = 70°С

t_н^масло = 150°С

t_к^масло = 320°С

Массовый расход реакционного газа:

G(H₂) = 860,16 : 22,4 · 2 = 76,8 кг/ч

ΣG = 76,8 + 172,8 = 149,6 кг/ч

Количество теплоты, приходящее с реакционным газом и тепловая мощность:

q(H₂O) = G·c·Δt =172,8 · 4200 · (300-40) = 188 697 600 Дж

q(H₂) = G·c·Δt =76,8 · 14208 · (300-40) = 283 705 344 Дж

Σq = 188 697 600 + 283 705 344 = 472 402 944 Дж

Q = 472 402 944 : 3600 = 131 223,04 Вт

Площадь поверхности теплообмена:

F = Q : (k·Δt) = 131 223,04 : (50 · (300-40)) = 10,09 м²

Расход воды на охлаждение:

G(H₂O) = 472 402 944 : (4200· (70-20)) = 2249,54 кг/ч

Расход ВОТ на подогрев реактора:

G(ВОТ) = 472 402 944 : (2000· (320-150)) = 1389,42 кг/ч

Количество электроэнергии для подогрева ВОТ:

W = Σq = 131 223,04 Вт ≈ 131,14 кВт·ч / ч

Стоимость электроэнергии на подогрев ВОТ:

S = 7 · 131,14 = 917,98 руб/час

Ответ

Расход воды на охлаждение котла-утилизатора 2249,54 кг/ч

Расход ВОТ на подогрев реактора 1389,42 кг/ч

Расход электроэнергии

Площадь поверхности теплообмена котла-утилизатора 10,09 м²