Расчет материального баланса ХТС.

 

Тадл. №1. Составы потоков.

 

Показатель	Размерность	Значение	Обозначение
Содерж. СО в циркул. газе	Мольн. доли	0,12
Содерж. Н2 в циркул. газе	Мольн. доли	0,74
Содерж. СН4 в цирк. газе	Мольн. доли	0,14
Содерж СН4 в свежем газе	Мольн. доли	0,04
Общая конверсия СО:	Мольн. доли	0,2
- доля СО, преврат. в СН3ОН		0,95
- доля СО, преврат. в (СН3)2О		0,03
- доля СО, преврат. в С4Н9ОН		0,02
Базис расчета	т. СН3ОН

 

1.Структурная блок – схема.

Производство метанола основано на реакции:

 

СО + 2Н₂ «СН₃ОН +Q,

 

Одновременно протекают побочные реакции:

 

СО +3Н₂ «СН₄ +Н₂О

2СО + 4Н₂ «(СН₃)₂О +Н₂О

4СО + 8Н₂ «С₄Н₉ОН + 3Н₂О

 

Составляем уравнения материального баланса:

Табл. №2. Соответствие переменных потокам.

 

Поток	Переменная	Размерность	Значение по расчету
	X1	моль	234,375
	X2	Моль	53,267
	X3	Моль	1509,233
	X4	Моль
	X5	Моль	133,168
	X6	моль	53,267

 

 

Производим замену переменных и записываем линейные уравнения следующим образом:

1. X₁ – X₂ – 0.12X₃ = 0

2. X₄ – X₅ – 0.74X₃ = 0

3. X₄ – 0.4X₁ – 0.74X₃ – 0.74X₆ = 0

4. 0.8X₁ – 0.12X₃ – 0.12X₆ = 0

5. 0.04X₂ + 0.04X₅ – 0.14X₆ = 0

6. 6.4X₁ = 1500

 

Матрица коэффициентов.

 

X1	X2	X3	X4	X5	X6	Свободныечлены
	-1	-0,12
		-0,74		-1
-0,4		-0,74			-0,74
0,8		-0,12			-0,12
	0,04			0,04	-0,14
6,4

 

Табл. №3.

Материальный баланс химико-технологической системы производства метанола на 1500т метанола.

 

Приход	масса	%масс.	Расход	масса	%масс.
СО	1491,476	0,792	СН3ОН
Н­2	266,336	0,142	(СН3­)2О	32,347	0,017
СН4(инерт)	124,3	0,066	С4Н9ОН	17,344	0,009
			Н2О	25,31	0,014
			СН3ОН(чист.)		0,759
			Отдув. газы	377,153	0,201
Всего	1882,102		Всего	1877,153
			Невязка	4,949

Расчет:

M=M*N

Приход:

Расход:

 

Расчёт технологических показателей:

1) Степень превращения

X = (1580,6 - 198,95)/ 1580,6 * 100% = 87,4 %

 

2) Селективность

s = 46,88 Ммоль * 28 г/моль / (1580,6т - 198,95т) * 100% = 95,0 %

 

3) Выход целевого продукта

h = 1500 т / (56,45 Ммоль * 32 г/моль) *100 % = 83,1 %

 

4) Расходный коэффициент

g = 1580,6т / 1500т = 1,05

 

Теоретический расходный коэффициент

g = 1380,4т / 1500 т = 0,92

 

 

Поточная диаграмма:

 

 

Выводы

 

Принцип наилучшего использования сырья

Возможность использования избытка реагента для регулирования технологических параметров. В процессе синтеза метанола:

CO + 2H₂ = CH₃OH

Избыток водорода способствует смещению равновесия, ускорению лимитирующей стадии – хемосорбции водорода, регулированию температуры, подавлению побочных реакций, а также увеличивает срок службы катализатора в результате гидрирования продуктов уплотнения, отлагающихся на катализаторе в процессе синтеза.

 

Принцип интенсивности процесса

Для увеличения движущей силы процесса используются: повышение давления в процессах с участием газовой фазы, создание производств не имеющих вредные выбросы в атмосферу, схемы с рециркуляцией газов.

 

Принцип наилучшего использования энергии

Регулирование нагрузки реактора. Если в системе, состоящей из теплообменника и реактора, полное количество тепла, необходимое для нагревания газов до заданной температуры перед входом в реактор, поставляются газом, покидающим реакционное пространство, то такая система будет работать автотермично. Это наиболее выгодный режим работы. Его осуществляют в процессах синтеза аммиака, метанола, конверсии СО. Интенсивность потока газа на входе или нагрузка реактора позволяет регулировать температурный режим процесса.

 

Принцип экологической безопасности химических производств

В настоящее время применяется, в основном, термин “чистое производство” – это производство, которое характеризуется непрерывным и полным применением к процессам и продуктам природоохранной стратегии, предотвращающей загрязнение окружающей среды таким образом, чтобы понизить риск для человечества и окружающей среды. Например, такие современные производства, как производство аммиака, азотной кислоты, серной кислоты(из серы), метанола, этанола, аммофоса и ряд других можно отнести к разряду малоотходных технологий.

 

Список литературы

1. А.М.Кутёпов, Т.И.Бондарёва, М.Г.Беренгартен. Общая химическая технология, Москва "Высшая школа", 1990г

2. И.П.Мухлёнов, Общая химическая технология. Том 2 - Важнейшие химические производства

3. Г.Н.Кононова,В.В.Сафонов, Е.В.Егорова, "Расчет материального баланса химико-технологических систем интегральным методом".