2020-01-14
140
Материальный баланс конверсии метана
Исходные данные:
Объемный расход метана 
.
Мольный (объемный состав) газовой смеси 
Степени превращения: 
Уравнение реакции конверсии метана:
Мольные потоки на входе в реактор:
Массовый поток на входе
Мольные потоки на выходе:
Прореагировало:
Поэлементный материальный баланс:
а) по "H":
б) по "C":
в) по "O":
Массовый поток на выходе (проверка правильности материального баланса):
Энергетический баланс
Исходные данные:
Температура на входе в реактор и выходе из него: T8=573K, T9=1073K.
Давление на выходе из реактора: P9=2,5 МПа
Энергетический баланс:
Энтальпии компонентов на входе в реактор и выходе из него
| Компонент | 
| 
| 
| 
| 
|
| CH4 | -74,8 | 14,32 | 0,075 | 573 | -61,94 |
| H2O | -241,8 | 32,30 | 0,002 | 573 | -232,25 |
| CH4 | -74,8 | 14,32 | 0,075 | 1073 | -23,873 |
| H2O | -241,8 | 30,0 | 0,002 | 1073 | -212,73 |
| H2 | 0 | 27,3 | - | 1073 | 22,885 |
| CO2 | -393,5 | 44,14 | 0,022 | 1073 | -356,87 |
| CO | -110,5 | 28,41 | 0,004 | 1073 | -86,4 |
Тепловая мощность химического реактора:
(мольные потоки – см. п.)
Баланс механической энергии
Допущения:
1. Газовые смеси подчиняются законам идеальных газов.
Параметры трубчатой печи
Число труб nтр =426; диаметр трубы dB =0,072 м; длина трубы LГ =42 м
Диаметр зерна в зернистом слое dЗ =0,0027 м
Баланс кинетической энергии: (второй закон) 
Баланс кинетической энергии записывается в виде:
Давление P8 на входе в реактор ищем методом итераций: 
Определяем величины, не изменяющиеся в ходе итераций:
Массовый расход парогазовой смеси: 
Сечение пучка труб
Скорость потока газов на выходе из реактора
Потеря давления в реакторе происходит за счет трения и за счет местных сопротивлений.
.; 
Коэффициент проницаемости зернистого слоя
Вязкость газовой смеси определяем как среднее арифметическое средних вязкостей на входе в реактор и выходе из него:
| Компонент | 
| 
| 
| 
| 
|
| CH4 | 13,4+0,019t | 300 | 19,2 | 0,2 | 20,06 |
| H2O | 8,3+0,040t | 300 | 20,5 | 0,8 | |
| CH4 | 13,4+0,019t | 800 | 30,5 | 0,0763 | 27,65 |
| H2O | 8,3+0,040t | 800 | 44,3 | 0,411 | |
| H2 | 9,5+0,014t | 800 | 22,1 | 0,43 |
Диссипация определяется из соотношения
Расчет давления P8 методом итераций
Т.о. 
Эксергетический КПД процесса конверсии метана
= 0,603
