Контрольні питання

Фізико-хімічні основи синтезу і конденсування аміаку. Можливі конструкції ректорів. Теплообмін в реакторах. Графік залежності фактичного і рівноважного ступеня перетворення від температури і тиску. Необхідність продувки. Можливе застосування продувного газу.

Література

1. Концевой, А.Л. Алгоритмизация расчётов в производстве аммиака: Учеб. пособие /А.Л. Концевой, Н.П. Гамалей. – Киев: УМК ВО, 1991. –

104 с.

2. Жидков, Б.А. Алгоритмизация расчетов в химической технологии.

/ Б.А. Жидков, А.Г. Бондарь. – Киев: Вища школа, 1970. - 272 с.

Розділ 23. Альтернативний розрахунок матеріального балансу синтезу метанолу

Виконання цієї роботи базується на матеріалі, що викладений в розділі 11.

Мета роботи: розрахунок в середовищі MathCAD об‘ємів і складу потоків циклічної схеми синтезу метанолу під середнім тиском.

Вихідні дані

Розрахунок ведеться на 1 тону метанолу-сирцю.

Склад вихідної газової суміші (частки), (точка 1В на технологічній схемі):nСО2 = 0,1375; nСО = 0,2022; nН2 = 0,6371; nСН4 = 0,02;

nN2 = 0,0032 (разом з аргоном).

Масова концентрація метанолу в сирці, (частки), k1=0,83.

Вміст СН₃ОН в циркуляційному газі, (частки),k3 = 0,0045.

Вміст Н₂О в циркуляційному газі, (частки),k4 = 0,001.

Утворюється диметилового ефіру, кг, mеf = 1,5.

Тиск в колоні синтезу, атм, P = 50.

Температура на виході колони синтезу, ⁰C,t=280.

Концентрація інертів, азоту і метану, в циркуляційному газі, % об,

IСH4 = 9;IN2 = 1,5.

Інтенсивність каталізатора при Р = 50 атм в середині терміну його експлуатації, тСН₃ОН/(м³кат добу),INT = 7,5.

Об‘ємна швидкість газу в колоні синтезу (м³/(м³кат год))Qg = 10000.

Розчинність компонентів газу в метанолі під атмосферним тиском, м³/т:

R1CO2 = 2,8; R1CO = 0,259; R1H2 = 0,096; R1CH4 = 0,375; R1N2 = 0,233.

Алгоритм розрахунку

При наборі рівнянь в середовищі MathCad не використовувати індекси у формулах хімічних сполук. Наприклад, замість Н₂ писати Н2.

Попередні розрахунки

Вміст парів СН₃ОН – сирцю в цирк. газі, (частки), k2 = k3 + k4.

Об’єм диметилового ефіру на виході з колони, м³: .

Об’єм синтезованого метанолу в газовій фазі, м³: .Константа рівноваги реакції (3):

.

Початкові наближення

GG – об’єм вихідної газової суміші ;х – ступінь перетворення СО₂, що поступає із свіжим газом, за реакцією (3) x=0.56 .

Розрахунок основних потоків.

Об’єм вихідної газової суміші - використати оператори:

Given

GG=

S:=Find(GG). Після розв’язання рівняння вводимо нове позначення, щоб запобігти присвоєнню початкових наближень в подальших розрахунках: GGS:= S GGS= .

Об’єм циркуляційного газу: .

Об’єм СО, що не прореагував:

,

де - об’єм СО, що поступив зі свіжим газом;

- об’єм СО, що утворився за реакцією (3);

- об’єм СО, що прореагував за реакцією (1);

- об’єм СО, що прореагував за реакцією (2).

Об’єм Н₂, що не прореагував:

,

де - об’єм Н₂, що поступив зі свіжим газом;

- об’єм Н₂, що прореагував за реакцією (1);

- об’єм Н₂, що прореагував за реакцією (2).

- об’єм Н₂, що прореагував за реакцією (3).

Загальний об’єм компонентів, що не вступили в реакцію:

.

Загальний об’єм СО, СО₂, Н₂, СН₄ та N₂ в продувних газах:

Об’єм продувки: .

Скопіювати і вставити результати рішення за вище і нижче наведеними рівняннями, що реалізовано в середовищі Excel. Порівняти результати. Виявити можливі помилки.

Матеріальні розрахунки

Надати таблиці матеріальних балансів в матричному вигляді по точкам технологічної схеми (див. роботу 11): «компонент», «м³», «%» - див. зразок у попередній роботі. Порівняти результати з отриманими в роботі 11. В точці 1в задано склад компонентів вихідного газу, частки. Концентрації компонентів вихідного газу використати в розрахунках точки 2р.

Точка 2р – розрахунок витрат компонентів вихідного газу, м³/т:

; ; ;

; ;.

Точка 6р – розрахунок витрат компонентів продувки, м³/т:

; ;;;

; ;;

.

Точка 5р – об’єм циркуляційного газу після продувки до змішування зі свіжим газом – визначається з кількості циркуляційного газу і складу продувних газів (частки), що дорівнює складу циркуляційного (точки 6р і 5р), м³/т:

; ;;;

; ;;

.

Точка 7р – газ після змішування циркуляційного зі свіжим, м³/т:

; ;

; ;;;

.

Точка 3р – об’єми газу на виході з колони, м³/т:

; ;;;

; ;;;

.

Зауваження 1. Правильність завдання ступені перетворення за СО₂ перевіряється за значенням константи рівноваги реакції (3): .

Розрахувати відносну похибку ER= (Kp-Kpp)∙100/Kp.

Якщо ER>3 або ER < -3 , змінити початкове наближення х. Знайти алгоритм напрямку пошуку х за знаком відносної похибки.

Точка 8р – об’єм сконденсованих парів метанолу-сирцю, м³/т:

; ;

; .

Розрахувати також маси компонентів та їх концентрацію (%мас.).

Зауваження 2. Масову концентрацію метанолу в конденсаті порівняти з прийнятою у вихідних даних (Масова концентрація метанолу в сирці k1, частка мас.,) і організувати ітераційний розрахунок (присвоїти к1:=концентрація метанолу в конденсаті, %мас./100).

Точка 4р - об’єм газів після холодильника-конденсатора, м³/т:

; ;;;;

; ;

.

Точка 5р*. – об’єм газів після сепаратору, м³/т:

;

;

; ;

; ;;

.

Завершення циклу розрахунків – порівняти з результатами в точці 5р.

Індивідуальна самостійна робота

1. Вивчити вплив вмісту інертних газів в циркуляційному газі (Іц=IСH4+IN2, співвідношення концентрацій метану IСH4 і азоту IN2 дорівнює 6) від Іц = 0,105 до Іц = 0,165; крок 0,02 на показники процесу.

2. Побудувати графік залежності витрати свіжого, продувного і циркуляційного газу від Іц. Побудувати діаграму залежності концентрації інертних газів на вході в колону синтезу від Iц. Зробити висновки щодо впливу I_ін на показники процесу.

Контрольні питання

Методи синтезу метанолу-сирцю. Каталітичні системи, обґрунтування

умов синтезу і конденсації метанолу. Методи переробки метанолу-сирцю в очищений метанол. Можливі конструкції реакторів. Теплообмін в реакторах. Графік залежності фактичного і рівноважного ступеня перетворення від температури і тиску.

Література

1. Атрощенко В.И., Конвисар В.И., Гельперин И.И. и др. Методы расчетов по технологии связанного азота / В.И. Атрощенко, В.И. Конвисар,

И.И. Гельперин и др. –К.: Вища школа, 1978. - 312с.