Материальный и энергетический балансы отделения (цеха) на часовую производительность

Материальный баланс представляет собой вещественное выражение закона сохранения массы применительно к ХТП: масса веществ, поступивших на технологическую операцию (приход), равна массе веществ, полученных в этой операции (расход):

∑^М_приход= ∑^М_расход

Рассчитаем приходную часть материального баланса по первой реакции.

2CH₃OH+3O₂=2CO₂+4H₂O    

2CH₃OH - 64кг/моль

3O₂ - 96кг/моль

2CO₂ - 88кг/моль

4H₂O - 72кг/моль

Найдём количество метанола вступившего в реакцию.

Общее количество метанола-126,3 кг/ч

0,95-степень окисления метанола

126,3•0,95=119,985 кг/ч

количество метанола, не вступившего в реакцию

126,3-119,885=6,315 кг/ч     

Кислород, необходимый для реакции.

O₂= (119,985/64) •96=179,977 кг/ч

Количество веществ, образующихся в ходе реакции

CO₂= (119,985/64) •88= 164,979 кг/ч   

H₂O=(119,985/64) •72= 134,983 кг/ч    

50.52 КГ/Ч

Рассчитаем приходную часть материального баланса по второй реакции.

(CH₂)₆N₄+9O₂=6CO₂+6H₂O+2N₂

(CH₂)₆N₄ -140КГ/Кмоль

9O₂ - 288КГ/Кмоль

6CO₂ - 264КГ/Кмоль

6H₂O - 108КГ/Кмоль

2N₂ - 56КГ/Кмоль

Уротропин вступает в реакцию полностью.

Рассчитаем количество кислорода, необходимого для реакции:

О₂=(50,52•288)/140=103,926кг/ч (7)

СО₂=50,52х264/140=95,266кг/ч (8)

Н₂О=(50,52х108)/140=38,972кг/ч (9)

N2=(50.52•56)/140=20.208кг/ч (10)

49,509кг/ч

СН₂О+О₂=СО₂+Н₂О

СН₂О - 30КГ/Кмоль

О₂- 32КГ/Кмоль

СО₂- 44КГ/Кмоль

Н₂О - 18КГ/кмоль

Общее количество формальдегида вступившего в реакцию

0,98-степень окисления формальдегида

50,52•0,98=49,509 кг/ч 

количество формальдегида, не вступившего в реакцию

50,52-49,509=1,011 кг/ч

Кислород необходимый для реакции

О₂=(49,509•32)/30=52,809 кг/ч (13)

Рассчитаем количество веществ, образующихся в ходе реакции

СО₂=(49,509•44)/30=72,613 кг/ч (14)

Н₂О=(49,509•18)/30=29,705 кг/ч (15)

Рассчитаемобщее количество О₂. пошедшее на весь процесс

179,977+103,926+52,809=336,712 кг/ч (16)

336,712/32•22,4=235,698 м³ (17)

Рассчитаем количество азота содержащегося в воздухе при найденном количестве кислорода:

О₂-21% в воздухе 235,698-21%

N₂-79% в воздухе ХN₂-79%

N₂=235,698•79/21=886,674 м³/ч (18)

886,674/22,4•28=1108,342 кг/ч (19)

Рассчитаемобщую массу воздуха:

1108,342+336,712=1445,054 кг/ч (20)

Составим таблицу 8 материального баланса.

Таблица 8 Материальный баланс

Приход	КГ/Ч	Расход	КГ/Ч
1.Пром.стоки в т.ч: -метанол -формальдегид -уротропин -вода	2526 126,3 50,52 50,52 2293,608	1.Дымовые газы в т.ч: -СО2 -Н2О -N2	332,858 2497,268 1128,55
2.Воздух на окисление в т.ч: -О2 -N2	1445,054 336,712 1108,342	-метанол -формальдегид	6,315 1,011
Итого:	3971,054	Итого:	3971,054

Чтобы перейти к расходным коэффициентам по сырью, нужно решить пропорцию на 1 тонну продукта (синтез газ).

Расходные коэффициенты по сырью:

На 3,971054т. продукта нужно 0,1263 метанола, 0,05052 формальдегида и уротропина, 2,298608 воды и 1,445054 воздуха, а на 1 т дымового газа Х, X₁ , Х₂ и Х₃тонны соответственно, т.е: Х=0,032 тонны метанола, х₁ , 0,013 тонн формальдегида и уротропина, Х₂=0,578 тонн воды, Х₃=0,3638 тонн воздуха.

Рассчитаем тепловой баланс ТОПС.

Тепловой баланс составляют по аппаратам или стадиям производства для определения расхода охлаждающей воды, греющего пара или температуры системы в конце процесса.

Таблица 9– Термодинамические свойства веществ

Компонент	∆Н, кДж/моль	СР , Дж/моль*К	Компонент	∆Н, кДж/моль	СР , Дж/моль*К
СН3ОН	-238,57	81,6	(СН2)6N4	3131,09	190,79
О2	0	29,37	N2	0	29,17
СО2	-393,51	37,11	СН2О	-115,90	35,39
Н2ОЖ	-285,83	75,30	Н2ОГ	-241,81	33,61

2CН₃ОН+3О₂=2СО₂+4Н₂О

∆Н⁰ ₂₉₈=∑∆Н._ПРОД.-∑∆Н._ИСХ=(2•(-393,51)+4•(-285,83))-2•(-238,57)= -1453,2кДж/моль(21)

Q_ХРI=119.985/64•1453.2=2724.4 кДж (22)

Q-это ∆Н с обратным знаком, т.еQ=-∆Н.

(CН₂)₆N₄+9O₂=6CO₂+6H₂O+2N₂

∆H⁰ ₂₉₈=(6•(-393.51)+6•(-285.83))-31.09=4044.95 кДж/моль  

Q_ХРII=50,52/140•(-4044,95)=-1459,6кДж (24)

CН₂О+О₂=СО₂+Н₂О

∆Н⁰ ₂₉₈=((-393,51)+(-285,83))-(-115,90)=-563,44кДж/моль (25)

Q_ХРIII=49.509/30•563,44=929,8кДж (26)

Учёт фазовых переходов воды, содержащейся в стоках:

∆Н (Н₂О_Г)-∆Н (Н₂О_Ж)=-241,81+285,83=44,02кДж/моль (27)

Рассчитаемколичество тепла, необходимого для испарения:

Q=-∆Н или ∆Н =-Q

Q_XP=2293,608/18•(-44,02)=-5609,1кДж (28)

Рассчитаемколичество теплоты, вносимое с промстоками:

Q=T•(G_CH3OH•C_CH3OH+G_CH2O•C_CH2O+G_УР•С_УР+G_H2O•C_H2O) (29)

Т=40*С=313К (30)

С=С_Р/Мr=Дж/кгК                         (31)

В таблице 10 указанны показатели теплового баланса.

Таблица 10 Тепловой баланс

Вещество	СР , Дж/моль*К	С, Дж/кг*К
СН3ОН	81,60	2,55
СН2О	35,39	1,17
(СН2)6N4	190,79	1,36
Н2ОЖ	75,30	4,18
Н2ОГ	33,61	1,86
О2	29,37	0,91
N2	29,12	1,04
СО2	37,11	0,84

Q_{ПРОМСТ.}= 313 х (126,3 х 2,55+ 2293,608 х 4,18 + 50,52 х 1,36+ 50,52 +1,17)=10037,161кДж(32)

Рассчитаемколичество теплоты вносимое с воздухом:

Т=200*С=473 К (33)

Q=Tх(G_O2хC_O2+G_N2х C_N2)=473 х (336,712 х 0,91+1108,342 х 1,040)=39832,571кДж(34)

Рассчитаемколичество тепла, уносимое дымовыми газами:

Q=T х (G_CO2х C_CO2+ G_H2Oх C_H2O+G_N2х C_N2+G_CH3OHх C_CH3OH+G_CH2Oх C_CH2O)

T=900*C=1173K

Q_ДЫМ=1173 х (332,858 х 0,84+2497,268 х 1,86+1128,55 х 1,04+6,315 х 2,55+1,011 х 1,17)=7173476,655 кДж

Составим уравнение теплового баланса:

Q_ПРИХ=Q_РАСХ

Q_ПРОМСТ+Q_ВОЗД+Q₁+Q_III=Q_ДЫМ+Q_II+Q_IV+Q_ПОТЕРЬ

Q_ПОТЕРЬ принимаем 5% от прихода.

Q_ПРИХ=10037,161+39832,571+2724,4+929,8=412020,932 кДж

Q_ПОТЕРЬ= 412020,932 х 5/100=20601,466 кДж

Q_РАСХ=7173476,655+(-1459,6)+44,02+20601,466=7201146,821 кДж

Найдём дефицит теплоты:

∆Q_{ПОДВОДА}=Q_РАСХ-Q_ПРИХ=7201146,821-412020,932=6789125,889 кДж

Подвод теплоты в зону реакции осуществляют путём сжигания природного газа, по уравнению реакции:

СН₄+2О₂=СО₂+2Н₂О+890950 кДж/кмоль

Найдём необходимое количество газа для сжигания:

6789125,889/890950=7,62 кмоль

Найдём объём газа:

7,62 х 22,4=170,69 м³

Сведём данные теплового баланса в таблицу 11.

Чтобы перейти к расходным коэффициентам по энергии, нужно решить пропорцию на 1 тонну продукта (промстоки).

Расходные коэффициенты по энергии:

На 3,971054 тонны продукта нужно 7201146,821 КДж тепла, а на 1 тонну дымовых газов Х тонн, т.е:

Х=7201146,821/3,971054=1813409,4 КДж тепла

В таблице 11 приведены полученные данные расчета теплового баланса терм обезв про ст вод

Таблица 11 - Сводный тепловой баланс

Приход	кДж	Расход	кДж
QПРОМСТОКОВ	10037,161	QДЫМ	7173476,655
QВОЗД	398329,571	QII	1459,6
QI	2724,4	QIV	5609,1
QIII	929,8	QПОТЕРЬ	20601,466
QПОДВОДА	6789125,889
Итого:	7201146,821	Итого:	7201146,821

 

---

Дата добавления: 2018-02-28; просмотров: 330; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!