Практическая часть Исходные данные

Состав сырья (газ на 1 полку и байпасные потоки), % мольн.									Температура входа на 1 полку, °С		Температура байпаса, °С
CO	CO2	H2	CH3OH	H2O	N2	CH4	ДМЭ
3	4	70	0,5	0,01	7	15,48	0,01	215		38

Ход работы:

1. Ознакомились со своим вариантом исходных данных, с методикой расчета реактора целиком и «по полочно».

2. Провели серию расчетов реактора целиком с варьированием следующих параметров:

а) соотношение между оксидами углерода в составе входного потока: CO/CO₂: ± 0,5 мол. %;

б) давление в реакторе: давление: ± 0,7 МПа;

в) температура на входе в реактор: температура на входе в реактор: ± 10 °С;

На каждый варьируемый параметр были рассмотрены три расчетных случая:

1. исходные данные;

2. уменьшение параметра на шаг;

3. увеличение параметра на шаг.

Результаты расчетов представлены в приложении А.

3. Провели расчет реактора «по полкам» для данных своего варианта. Результаты расчета представлены в приложении Б.

Вывод: в результате лабораторной работы можно сделать следующие выводы о влиянии технологических параметров на процесс:

• Влияние соотношения CO/CO₂ в составе входного потока

Увеличение доли СО₂ и уменьшение доли СО в составе входного потока приводит к снижению массового расхода метанола-сырца и уменьшению массовой доли метанола в продукте.

Уменьшение доли СО₂ и увеличение доли СО, напротив, повышает как выход метанола-сырца, так и концентрацию метанола.

Объяснение: СО₂ участвует в конкурирующей реакции гидрирования до метанола, но его избыток может смещать равновесие в сторону образования воды и снижать эффективность процесса.

• Влияние давления в реакторе

Повышение давления в реакторе с 6,4 до 7,8 МПа увеличивает выход метанола-сырца и его концентрацию.

Объяснение: синтез метанола – реакция, идущая с уменьшением объема, поэтому повышение давления смещает равновесие в сторону образования целевого продукта (в соответствии с принципом Ле Шателье).

• Влияние температуры в реакторе

Снижение температуры с 215 до 205 °C увеличивает выход метанола-сырца, но незначительно влияет на концентрацию метанола.

Повышение температуры с 215 до 225 °C, в свою очередь, снижает выход продукта и концентрацию метанола.

Объяснение: реакция синтеза метанола экзотермическая, поэтому низкие температуры благоприятствуют равновесию. Однако слишком низкие температуры замедляют кинетику процесса. Использование байпасных потоков и многополочной конструкции реактора позволяет поддерживать оптимальный температурный профиль, избегая локальных перегревов и дезактивации медь-цинк-алюминиевого катализатора.

• Анализ профилей «по полкам»

Концентрация метанола и воды монотонно возрастает по длине реактора, тогда содержание CO и CO₂ снижается.

Температура в слое катализатора также возрастает из-за экзотермичности реакции, но байпасные потоки между полками позволяют контролировать перегрев.

Объяснение: Постепенное превращение реагентов и накопление продуктов согласуется с кинетикой процесса и конструкцией реактора, где каждая полка работает в условиях, близких к изотермическим, а байпасное охлаждение предотвращает смещение равновесия и термическую деградацию катализатора.

Приложение А

Рисунок 1 – Состав газопродуктовой смеси на выходе из реактора (исходные данные)

а) При соотношении CO:CO2 – 2,5:4,5

б) При соотношении CO:CO2 – 3,0:3,0

Рисунок 2 – Состав газопродуктовой смеси на выходе из реактора при варьировании соотношения между оксидами углерода в составе входного потока

а) При давлении в реакторе 6,4 МПа

б) При давлении в реакторе 7,8 МПа

Рисунок 3 – Состав газопродуктовой смеси на выходе из реактора при варьировании давления в реакторе

а) При температуре на входе в реактор 205 0С

б) При температуре на входе в реактор 225 0С

Рисунок 4 – Состав газопродуктовой смеси на выходе из реактора при варьировании температуры на входе в реактор

Таблица 1 – Результаты расчета ректора целиком

	Исходные данные	Соотношение CO/CO2, мол. %		Давление в реакторе, МПа		Температура на входе в реактор, °С
		-0,5:+0,5	+0,5:-0,5	-0,7	+0,7	-10	+10
Массовый расход метанола-сырца, кг/ч	20 051	19 822	20 130	19 437	20 573	21 678	18 431
Массовая доля метанола в метаноле-сырце, %	81,01	78,26	82,99	80,50	81,54	81,70	80,12

Приложение Б

Таблица 2 – Состав газа на входе и выходе на полку

	Вход на полку									Выход на полку
	СО	СО2	Н2	N2	CH4	H2O	CH4OH	ДМЭ	СО		СО2	Н2	N2	CH4	H2O	CH4OH	ДМЭ
1	3	4	70	7	15,48	0,01	0,5	0,01	1,962		2,999	67,386	7,332	16,214	1,204	2,890	0,013
2	2,555	3,282	68,125	7,238	16,007	0,867	2,214	0,012	1,076		2,724	66,194	7,521	16,632	1,587	4,253	0,012
3	1,563	3,047	67,158	7,389	16,340	1,188	3,303	0,011	0,703		2,632	65,736	7,597	16,799	1,722	4,800	0,011
4	1,189	2,922	66,638	7,471	16,520	1,360	3,890	0,011	0,427		2,200	64,742	7,712	17,054	2,220	5,632	0,011
Примечание: полужирным начертанием выделены составы газа на входе в реактор и выходе из него

Рисунок 5 – Профиль перепада температур по реактору (кривая зависимости температуры в слое катализатора от координаты от начала реактора)

Рисунок 6 – Профиль перепада мольных долей воды и метанола по реактору (кривая зависимости мольных долей метанола и воды в слое катализатора от координаты от начала реактора)