- •Учреждение образования
- •Введение
- •Условные обозначения
- •1. Основные технологические показатели и их расчет
- •1.1. Способы выражения концентраций и составов газообразных, жидких и твердых растворов и их смесей
- •1.2. Показатели химико-технологического процесса
- •1.3. Примеры расчетов
- •Решение.
- •1.4. Задания
- •2. Материальный баланс химико-технологических процессов
- •2.1. Стехиометрический материальный баланс
- •2.2. Примеры составления стехиометрических балансов
- •2.3. Практический материальный баланс
- •Материальный баланс процесса получения фосфора из апатитовой руды
- •1 330 Кг
- •Часовой материальный баланс окисления аммиака
- •Материальный баланс производства сн3он
- •Материальный баланс производства сульфида натрия
- •Материальный баланс процесса кристаллизации СuSо4 5н2о
- •Материальный баланс процесса получения негашеной извести
- •2.5. Задания
- •3. Тепловой баланс химико-технологических процессов
- •3.1. Примеры расчета тепловых балансов
- •Тепловой баланс процесса газификации твердого топлива
- •3.2. Задания
- •Молярные массы некоторых элементов и веществ
- •Удельная теплоемкость с [кДж/(кг к)] газов и паров
- •Удельная теплоемкость с [кДж/(кг к)] жидкостей и водных растворов
- •Основные термодинамические константы некоторых неорганических веществ в стандартных условиях
- •Литература
- •Содержание
- •Общая химическая технология
- •220050. Минск, Свердлова, 13а.
- •220050. Минск, Свердлова, 13.
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 357С. Удельная теплоемкость при температуре 357С, кДж/(кг К): СО – 1,06; Н2 – 29,13; при температуре 397С, 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 397С.
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 40С орошается 20%-ным олеумом с температурой 40С. 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 50С, температура олеума на выходе 55С. 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; N2 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.