Технологический расчет и эксергетический анализ конверсии метана

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 n_тр =426; диаметр трубы d_B =0,072 м; длина трубы L_Г =42 м

Диаметр зерна в зернистом слое d_З =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