Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Методичка ОХТ_2006.doc
Скачиваний:
558
Добавлен:
26.03.2015
Размер:
1.16 Mб
Скачать

Тепловой баланс процесса газификации твердого топлива

Приход

Расход

Статья

кДж

Статья

кДж

Qкокс

17 238

Qх. р

9 699 113

Qвлаги

3 135

Q ´

564 970

Qпара

308 700

Q´СО

1 898 751

Qподвед

14 434 184

Q´

2 600 423

Итого

14 763 257

Итого

14 763 257

Пример 10.

Исходя из данных примера № 9, рассчитать расход топлива (кокса) и воздуха, необходимый для проведения процесса газификакции 1 т кокса.

Решение.

Согласно данным, приведенным в табл. 10, для проведения процесса газификации необходимо подвести 14 434 184 кДж тепла на 1 т кокса. Это количество теплоты подводится в систему в результате сжигания кокса по реакции С + 1/2О2= СО. В результате сгорания 1 кмоль углерода выделяется 110 500 кДж.

Масса углерода, необходимая для проведения указанного процесса:

mкокса= 14 434 184 · 12 / 110 500 = 1 568 кг.

Для сжигания 1 568 кг углерода потребуется кислорода

V= 1 568 · 22,4 / (2 · 12) = 1 463 м3.

Объемы азота и воздуха в данном случае (учитывая объемное соотношение О : N, равное 1 : 3,76) составят:

V= 1 463 · 3,76 = 5501м3;

Vвозд= 1 463 + 5501= 6 964 м3.

Пример 11.

Определить теоретический расход мазута для получения 1 т оксида алюминия из гидроксида алюминия. Теплота сгорания мазута 41 870 кДж/кг. Стандартные энтальпии образования (q298) для Al(OH)3, Al2O3 и Н2Осоставляют, кДж/моль: 1 243, 1 676,242, соответственно. Молярная масса Al2O3– 102 г/моль.

Решение.

Тепловой эффект реакции

2Al(OH)3 = Al2O3+ 3Н2О

равен

Q= 1 676 + 3 · 242 – 2 · 1 243 =86 кДж/моль.

Количество теплоты, которое необходимо подвести для получения 1 т Al2O3,

86 · 1000 · 1000 / 102 = 843 000 кДж.

Тогда для разложения гидроксида алюминия потребуется мазута:

843 000 / 41 870 = 20,1 кг.

Пример 12.

В контактный аппарат для получения метанола поступает газовая смесь состава, об. %: СО – 15; Н2 – 85. Температура смеси 357С. Удельная теплоемкость при температуре 357С, кДж/(кг  К): СО – 1,06; Н2 – 29,13; при температуре 397С, кДж/(кг  К): СО – 1,07; Н2 – 29,17; СН3ОН – 1,87.

Метанол получают по следующей реакции:

СО + 2Н2 = СН3ОН.

Количество теплоты, выделяющееся при образовании 1 моль метанола, составляет 111 кДж.

Определить степень превращения СО, если температура смеси на выходе из аппарата 397С.

Решение.

В данном процессе статьями прихода являются: тепло, выделяющееся в результате протекания реакции, тепло исходных реагентов:

Qприх = Q х. р + QСО + Q.

Статьи расхода – тепло, уносимое продуктами и непрореагировавшими исходными веществами:

Qрасх = Q'СО + Q' + Q'.

Принимаем, что в реактор поступает 100 кмоль синтез-газа, тогда nCO = 15 кмоль; n= 85 кмоль.

Пусть х – степень превращения СО, тогда

Q х. р = 15  х  111  103 = 1 665 000  х кДж.

Количество тепла, вносимое с реагентами:

QСО = 1,06  357  15  28 = 159 086 кДж;

Q = 29,13  357  85  2 = 1 767 899 кДж.

Исходя из того, что химическое количество СО на входе равно 15 кмоль, степень его превращения составляет х, химическое количество водорода, вступившего в реакцию, равно 30х.

Состав газа на выходе:

nCO = 15  15  х; n= 85  30  х; n = 15  х.

Тогла количество тепла, уносимое из реактора, составит

Q'СО = 15  (1  х)  1,07  397  28 = 169 984  (1  х);

Q'= (85  30  х)  29,17  2  397 = 23 160  (85  30  х);

Q = 15  х  397  32  1,87 = 340 751  х.

Подставим все выражения для Q в уравнение теплового баланса.

159 086 + 1 767 899 + 1 665 000  х = 169 984  (1  х) +

+ 23 160  (85  30  х) + 340 751  х.

Решив полученное уравнение, найдем x = 0,0646  6,46%.

Пример 13.

При получении олеума содержащий SO3 газ с температурой 40С орошается 20%-ным олеумом с температурой 40С. Определить количество подаваемого на орошение олеума при степени абсорбции SO3 50%, если теплота конденсации газообразного SO3 составляет 481,85 кДж/кг SO3, теплота растворения жидкого SO3 в 20%-ном олеуме – 23,25 кДж/моль SO3, температура уходящего газа 50С, температура олеума на выходе  55С. Средняя удельная теплоемкость олеума 1,34 кДж/(кг  К), газа – 1,42 кДж/(м3  К). Потерями тепла пренебречь. Производительность аппарата по газу 2 000 моль/ч. Состав газа, об. доля, %: SO3 – 7,0; O2 – 10,0; N2 – 83,0.

Решение.

Рассчитаем массу и объемный расход компонентов газа (кг и м3).

m= 2 000  0,07  80 = 11 200 кг/ч = 3,11 кг/с;

V = 3,11 / 80  22,4 = 0,87 м3/с.

m= 2 000  0,1  32 / 3 600 = 1,78 кг/с;

V= 1,78 / 32  22,4 = 1,25 м3/с.

m= 2 000  0,83  28 / 3 600 = 12,91 кг/с;

V= 12,91 / 28  22,4 = 10,33 м3/с.

Количество тепла, поступающего с газом:

Q= 1,42  40  0,87 = 49,42 кДж/с;

Q= 1,42  40  1,25 = 71,0 кДж/с;

Q = 1,42  40  10,33 = 586,74 кДж/с.

Количество тепла, поступающего с олеумом:

Qолеума = 1,34  40  x = 53,76  x кДж/с,

где x  масса олеума, кг.

Количество тепла, выделяющееся в результате конденсации SO3:

Qконд = 481,85  3,11  0,5 = 749,28 кДж/с.

Масса и химическое количество SO3, абсорбированного олеумом:

m = 3,11  0,5 = 1,56 кг/с.

n = 1,56 / 80 = 0,02 моль/с.

Количество тепла, выделяющееся при растворении жидкого SO3:

Qраств = 23,25  0,02 = 0,47 кДж/с.

Таким образом, приход тепла составит

Qприх = Q + Q + Q+ Qолеума + Qраств + Qконд =

= 1 456,91 + 53,6  х кДж/с.

Определим расход тепла с уходящим газом.

Так как конденсируется 1,56 кг/с SO3, то на выходе его масса и объем составят

m = 3,11  1,56 = 1,55 кг/с;

V = 1,55 / 80  22,4 = 0,43 м3/с.

Количество тепла, выносимое с газом:

Q' = 1,42  55  0,43 = 33,58 кДж/с;

Q' = 1,42  55  1,24 = 96,84 кДж/с;

Q'= 1,42  55  10,33 = 806,77 кДж/с.

Количество тепла, выносимое с олеумом:

Q'олеума = (x + 1,56)  1,34  55 = 114,5 + 73,7  x кДж/с.

Расход тепла составит

Qрасх = Q' + Q' + Q' + Q'олеума = 1051,69 + 73,7  x кДж/с.

Так как Qприх = Qрасх, то получаем

1 456,91 + 53,6  х = 1051,69 + 73,7  x;

х = (1 456,91  1051,69) / (73,7  53,6) = 20,16 кг/с.

Таким образом, на орошение требуется 20,16 кг/с олеума.

Пример 14.

Определить теоретическую температуру горения серы в воздухе по реакции S + O2 = SO2 + Q (296 000 кДж).

Теплоемкости, кДж/(кмоль · град): SO2 – 50,6;  N 31,9. Температура исходных реагентов 25ºС.

Решение.

Теоретическую температуру горения в адиабатических условиях с учетом того, что все выделяемое при протекании химической реакции тепло расходуется на нагрев продуктов реакции, можно определить следующим образом:

Т = Qх.р / (n · Срм), тогда Т = Qх.р / (n · Срм).

При сгорании 1 кмоль серы в реакцию вступает 1 кмоль кислорода, параллельно с которым вводится 3,76 кмоль N2. Тогда температура горения составит

Т = 296 000 / (1 · 50,6 + 3,76 · 31,9) = 1 736ºС.