Задача 5. На паровую конверсию метана по реакции CH4 + H2O = 3H2 + CO - Q поступает два потока

11 12 13 14 15 16 17

На паровую конверсию метана по реакции CH₄ + H₂O = 3H₂ + CO - Q поступает два потока:

· V_0,1=1000 м³/ч, состав (мольн. доли): n_CH4=0,5, n_CO=0,3, n_H2=0,1, n_N2=0,1;

· m_0,2=2000 кг/ч, состав (мольн. доли): n_H2О=0,7, n_H2=0,2, n_CO=0,1.

Х_СН4 = 0,9. Рассчитать материальный баланс процесса.

Решение

Рассчитываем приходные части баланса для первого и второго потоков отдельно:

· 1-й поток: по формуле (1.11) N_0,1= 1000/22,4 = 44,643(кмоль/ч), далее - мольные и массовые количества всех компонентов;

· 2-й поток: по формуле (1.6) М_0,2 = S(n_i×M_i), а затем N_0,2 = m₀/ М_0,2:

М_0,2 = 18×0,7+2×0,2+28×0,1= 12,6+0,4+2,8=15,8 (кг/кмоль);

N_0,2 = 2000/15,8= 126,58 (кмоль/ч).

· Суммируем данные по обоим потокам в третьей сводной таблице общего вида.

Далее решаем по аналогии с задачей 1.

Решение задачи с использованием программы EXCEL представлено в табл.1.10.

Таблица 1.10.

Расчет материального баланса с использованием программы Excel

Задача 6

На окисление сернистого ангидрида по реакции 2SO₂+O₂Û 2SO₃+Q поступает два потока:

· N_0,1=2000 кмоль/ч, состав (мольн. доли): n_SO₂=0,8; n_SO₃=0,1; n_N₂ =0,1;

· N₀,₂=15000 кмоль/ч, состав - воздух,.

Cтепень превращения Х_SO2 = 0,9. Рассчитать материальный баланс процесса.

Решение

Для расчетов используем состав воздуха в мольных долях, приведенный в табл. 1.1. Рассчитываем состав каждого потока отдельно, а затем в сводной таблице используем суммарный поток. Решение с помощью программы EXCEL представлено в табл.1.11.

Таблица 1.11.

Расчет материального баланса с использованием программы Excel

1.6.5. Расчет материального баланса обратимых реакций при заданной производительности реактора

В химической технологии широко распространены задачи, в которых исходной величиной служит производительность по целевому продукту или по какому-либо компоненту входного потока. При этом обычно задают только состав входного потока, а его величину необходимо рассчитывать. Лишь после этого переходят к составлению материального баланса процесса. Рассмотрим 2 метода решения подобных задач.

1. Расчет массовой величины входного потока m₀ комбинированием формул:

(1.30)

(1.31)

Здесь m_R и N_R - массовая (кг/ч) и мольная (кмоль/ч) производительность реактора по веществу Rсоответственно.

2. Расчет величины входного потока по "условному" потоку.

Решение задач сводят к выполнению следующих этапов:

· Принимают, что на вход реактора поступает поток с некоторым условным расходом, например, N_{o, усл}=1000 кмоль/ч;

· По условному расходу и мольному составу потока рассчитывают материальный баланс процесса, как показано выше;

· По пропорции находят реальный расход входного потока N_o, пользуясь заданной производительностью реактора по компоненту R:

N_o = N_o,_усл× m_R/ m_R,_усл, (1.32)

где m_R - массовая производительность реактора по продукту R, m_R,.усл – то же для условного входного потока.

· Повторно решают задачу, но уже для реально полученного расхода N_o. Состав реального потока в объемных или массовых долях остается неизменным.