Лабораторная работа №2 (файл: laban2.Psd)

Объект: система конверсии метана вместе с обеспечения сырьем (природным газом) завода производства аммиака.

Цель работы:

1. Расчет и анализ материального и теплового балансов системы, определение источников энергопотерь и потерь метана (после вторичного риформинга метан нигде не расходуется) в зависимости от нагрузки при сохранении существующих технологических параметров:

• соотношение Пар/Метан (заданное преподавателем)

• фиксированное соотношение концентраций N₂/(H₂+CO)=3,000,01 в потоке 29 (за счет изменения расхода технологического воздуха перед компрессором С-18)

• полное сгорание топлива в реакторе R-16 с остаточным содержанием кислорода 1-2%об.

• температура на входе в паровой риформинг G-13 равная 55025^ОС

2. оптимизация работы системы с целью снижения концентрации метана в выходном потоке и энергопотерь при сохранении норм технологического режима. Оценка необходимых материальных затрат или эффекта в описательной форме (без выхода на экономические расчеты)

Отчетность: отчет на Word с графиками и таблицами, подтверждающими расчеты и выводы.

Схема:

За основу взята схема из Лаб.раб№1, однако, для подогрева используется огневой подогреватель Н-8, подогревающий до 350^ОС топливом с Q_ГОР=33МДж/нм³ , КПД=70%, Р=1,5кг/см²

Исходные данные:

• Исходные данные из лабораторной работы 1

• Температура дымовых газов из R-16 равна 1000^ОС

• 4-х ходовой (по трубам) теплообменник Х-14 имеет: К= 110Вт/м²К и F= 350м²

• Температура на выходе парового риформинга 790^ОС

• Компрессор воздуха С-18: политропный, трехступенчатый, с межступенчатым охлаждением до 50^ОС, давления после ступеней: 14; 28; 40,5 ати

• Расход дополнительного пара от 3 до 16 т/ч.

ВНИМАНИЕ: При переделке из лабораторной №1 нужно быть внимательным, т.к. возможны различные неприятности, связанные с программой. Например, сначала поставить M-15, R-16, X-14 и G-13, просчитать, а затем все остальное… а не все сразу… т.е. по шагам…

Лабораторная работа №3

Объект: система конверсии метана вместе с обеспечения сырьем (природным газом) завода производства аммиака.

Цель работы:

Модификация технологической схемы из Лабораторной работы №2 посредством использования вместо равновесного химического реактора с учетом кинетики паровой конверсии метана на катализаторе (вторичный риформинг).

• на начальном этапе – составить упрощенную технологическую схему, представленную на рисунке (диаметр реактора = 3.7 м, высота слоя – 4.15 м) и добиться ее работоспособности

• на заключительном этапе – модифицировать составленную технологическую схему, составленную на лабораторной работе №2. Выполнить индивидуальное задание этой работы.

• Отчетность: отчет на Word с графиками и таблицами, расчеты и выводы.

Данные для самопроверки студентов по (РИВ):

Keyword Input: DIAmeter (M) = 3.7 LENgth (M) = 4.15 R 1 = (1*2 + 1*62 = 1*48 + 3*1) R 2 = (1*48 + 1*62 = 1*49 + 1*1) TYPe = ADIabatic (RIF2KIN): Inline Fortran (Необходимо указать в окошке Plug Flow Reactor): C-* R1: CH4 + H2O = CO + 3H2 C-* R2: CO + H2O = CO2 + H2 DURING C-* AMERICAN => SI T=TEM/1.8 TC=T-273.15 P=PRE/14.2236 C-* REACTION RATE PARAMETERS AKC1=2.03E6*EXP(-90850.0/(8.31*T)) AKC2=30.9 C-* CONCENTRATIONS FROM AMERICAN SUM=CONC2+CONC62+CONC48+CONC1+CONC46 CCH4=CONC2/SUM CH2O=CONC62/SUM CCO=CONC48/SUM CH2=CONC1/SUM CCO2=CONC49/SUM C-* PARTIAL PRESSURE OF COMPONENTS PCH4=P*CCH4 PH2O=P*CH2O PCO=P*CCO PH2=P*CH2 PCO2=P*CCO2 C-* EQUILIBRIUM CONSTANTS AKP1=10.0**(-9840/T+8.343*ALOG10(T)-2.059E-3*T+ * 0.178E-6*T*T-11.96) AKP2=10.0**(2203.24/T+5.1588E-5*T+2.5426E-7*T* * T-7.461E-11*T*T*T-2.3) C-* REACTION RATES C-* PCH4M=PCH4*1E10 C-* PH2M=PH2*1E10 RATE1=AKC1*PCH4/PH2*(1.0-1.0/AKP1*PCO*PH2**3/(PCH4*PH2O)) RATE2=AKC2*PCO*(1.0-1.0/AKP2*PCO2*PH2/(PCO*PH2O)) C-* WRITE(3,100)TC,AKP1,AKP2 C-* 100 FORMAT(/'T=',F8.1,' KP1=',F8.1,' KP2=',F8.4)

(RIF2KINM): Inline Fortran: C-* R1: CH4 + H2O = CO + 3H2 C-* R2: CO + H2O = CO2 + H2 DURING COMMON AKC1,AKC2,AKP1,AKP2,T,TOLD C-* AMERICAN => SI: R->K, PSIA->ATM T=TEM/1.8 P=PRE/14.2236 C-* CONC. FROM AMERICAN INTO PARTIAL PRESSURE: LB-MOL/FT3->ATM SUM=CONC2+CONC62+CONC48+CONC1+CONC46 PCH4=P*CONC2/SUM PH2O=P*CONC62/SUM PCO=P*CONC48/SUM PH2=P*CONC1/SUM PCO2=P*CONC49/SUM C-* KINETIC AND EQUILIBRIUM CONSTANTS AKC1=2.03E6*EXP(-90850.0/(8.31*T)) AKC2=30.9 IF (ABS(T-TOLD).LT.10.0) GOTO 1 TOLD=T AKP1=10.0**(-9840/T+8.343*ALOG10(T)-2.059E-3*T+ * 0.178E-6*T*T-11.96) AKP2=10.0**(2203.24/T+5.1588E-5*T+2.5426E-7*T* * T-7.461E-11*T*T*T-2.3) 1 CONTINUE C-* REACTION RATES RATE1=AKC1*PCH4/PH2*(1.0-1.0/AKP1*PCO*PH2**3/(PCH4*PH2O)) RATE2=AKC2*PCO*(1.0-1.0/AKP2*PCO2*PH2/(PCO*PH2O))

Лабораторная работа №4

Расчет системы ректификации

В производстве Фреона-122 (R122) существует необходимость проведения процесса разделения смеси, содержащей:

С₂СL₄ – 1.5%, HF – 0.01%, HCL – 0.01%, R121 – 3.5%, R122 – 90.48%, R123 – 4.5%,

T = 0^OC, P = 1.3 кг/см², G = 200 кг/ч

Система состоит из двух ректификационных колонн:

Колонна Т-1 имеет: 24 теор. тарелки, Р верха = 1,0 атм, Р низа = 1,3 атм, Флегмовое число может изменяться от 1 до 20, Температура куба = 80+/-10^ОС, Питание подается на 12 теор. тарелку

Колонна Т-2 имеет: 24 теор. тарелки, Р верха = 1,0 атм, Р низа = 1,2 атм, Флегмовое число может изменяться от 1 до 10, Температура куба = 105+/-10^ОС, Питание подается на 12 теор. тарелку

Задание: определить технологический режим работы системы колонн, позволяющий получить продукт (R122) с чистотой не менее 99,99%масс. с наименьшими энергетическими затратами (минимальная нагрузка на куб и дефлегматор) и максимальной степенью извлечения фреона R122 из исходной смеси (минимальными потерями). Определить необходимый диаметр колонн.

Примечание:

1. При расчетах использовать "Equilibrium K-values:" – давление насыщенных паров (Vapor Pressure).

2. Данные для R121 и R122 отсутствуют. Известно только:

R121: Т _кип = 389.75К

R122: Т _кип = 345.00К

T_с = 519.15К; P_с = 36.52 атм V_с = 310.46 см³/моль

Структура:

Инструкция по выполнению работы:

1. Для веществ отсутствующих в базе данных Design-II (R121 и R122) выбрать компоненты Chem-200 и Chem-201. Создать базу данных пользователя для этих компонентов с помощью утилиты ChemTran

AB123

* R-121, R-122 FREONS PROPERTIES ADDITION IN DATABASE

COMP = 200, 201

C- NON-DATABASE COMPONENT NAMES

NAM 200 = R121

NAM 201 = R122

C-STRUCTURE FOR COMPONENTS

STRU 200 = C1-CL2, C1-CL3, C1-C4, C4-CL5, C4-CL6, C4-F7

STRU 201 = C1-CL2, C1-CL3, C1-C4, C4-CL5, C4-F6, C4-F7

C- PURE COMPONENT DATA FOR COMPONENT 200 (R121)

TB(K) 200=389.75

C- PURE COMPONENT DATA FOR COMPONENT 201 (R122)

TB(K) 201=345.0

TC(K) 201=519.15

PC(ATM) 201=36.52

VC(CM3/GMOL) 201=310.46

C-CREATE DESIGN II INTERFACE FILE

FILE NEW=R121,R122,DATA - будет создан файл базы данных:R121R122.DAT

SI UNI OUT

TEM UNI OUT = C

PRINT PROPERTIES

END

2. Подключить базу данных пользователя к существующей базе данных: Specify->Advanced Thermo… (файлы должны быть в одном каталоге)

3. Далее работать как обычно