Розрахунок.

Тепловий потік, який необхідний для розігріву реактора:

[Вт]

де Q_к – тепло, яке витрачається на нагрів каталізатора;

Q_м – тепло, яке витрачається на нагрів металу;

Q_г – тепло, яке витрачається на нагрів газу;

Q_в – втрати тепла.

m_к – маса каталізатора;

с_к – питома теплоємність каталізатора ;

- температура нагріву каталізатора – зміна температури в одиницю часу

Приймається

Приймається ;

де t_к – кінцева температура;

t_п – початкова температура;

m_г – масовий потік газа [кг/с]

Сила струму:

де n – кількість паралельно ввімкнених нагрівників.

Опір електронагрівника:

Площа поперечного перерізу стрічки:

де і – питома сила току (і=4...5 А/мм²)

Опір електронагрівника

де ρ – питомий опір.

Звідси знаходимо геометричний розмір

Виділення аміаку із газової суміші.

Рівноважна концентрація а_р=26,6%; реальна концентрація а₂₍₂₎=14 - 18%;

Р=30МПа; t_р=500°С

Для виділення аміаку використовують наступні процеси:

1. Абсорбція водою;

2. Адсорбція;

3. Розділення на мембрані.

На сьогодні виділення аміаку відбувається охолодженням газу і наступною конденсацією. Відбувається фазовий перехід. Холодоагенти – вода, аміак, повітря.

Фаза – однорідна частина гетерогенної системи, при цьому частини мають границю розділу. Фази існують за визначених умов (тиск, температура, концентрація).

Розрізняють фазові переходи:

а) першого роду;

б) другого роду.

Фазовий перехід 1-го роду (плавлення, кипіння, випарювання, конденсація, сублімація). Різко змінюється питомий об’єм і ентропія. Фазові переходи супроводжуються тепловими ефектами.

Фазовий перехід 2-го роду (перехід речовини в надтекучий стан при високих температурах). Різко змінюється коефіцієнт термічного розширення.

Ми розглядатимемо фазовий перехід 1-го роду. При розв’язанні задач необхідно з’ясувати кількість незалежних параметрів, змінюючи які можна реалізувати фазовий перехід.

Закон Гіббса:

N=K+2-Ф

де N – кількість ступенів свободи (незалежних параметрів);

К – кількість компонентів;

Ф – кількість фаз.

Приклад:

Вода: К=1, Ф=3

0=1+2-3 – не можна змінити параметри

- потрійна точка

Газова суміш, яка містить аміак: К=2, Ф=2 (рідина-пара)

2=2+2-2 – можна змінити 2 параметри (Р, t, а₂₍₂₎)

Всі схеми працюють в ізобарних умовах. можна управляти температурою та концентрацією.

Приклад: нехай а₂₍₂₎=20% , Р=30МПа. При якій температурі кипить (конденсується) аміак?

, де р – парціальний тиск, Р – тиск суміші.

Закон Дальтона:

Занок Дальтона працює при ідеальних газах. Реально для оцінки температури кипіння цого можна використовувати, але для точного визначення t_кип необхідно брати більш точні результати.

Рівняння Ларсона – Блека:

де а₍₂₎ – мольна доля аміаку в газовій суміші; Р – тиск;

Т – температура конденсації.

Реалізація цього рівняння у вигляді графіка:

1 – реактор синтезу;

2 – виносний теплообмінник (охолодження до температури початку конденсації);

3 – конденсатор першого ступеня;

4 – холодильний-конденсатор (холодоагент – рідкий аміак);

5,6 – сепаратори;

7 – циркуляційний компресор (для компенсації гідравлічних втрат).

Розглянемо апарати, які використовуються в цій схемі.