Термохимический анализ процесса

Стехиометрия и материальные расчеты.

Сводная таблица расчета материального баланса.

Компонент	M кг/кмоль	Взято	Получено
кмоль/ч	кг/ч	кмоль/ч	кг/ч
C3H8	44,097	437,5404	19294,22	30,62783	1350,595
C2H4	28,054			406,9126	11415,53
СН4	16,043			406,9126	6528,098
Н2О	18,015	437,5404	7882,29	437,5404	7882,29
Σ		875,0808	27176,51	1281,993	27176,51

Реакция эндотермическая, сопровождается поглощением тепла, поэтому при проведении реакции необходимо подводить тепло к зоне реакции.

Задаем температуру на входе в реактор Т_вх=1088К, в реактор поступает G_С3Н8 =437,5404кмоль/час, G_H2O=437,5404кмоль/час, степень конверсии 93%, Х=0,93.

При разбавлении пропана 1:4, т.е. 1 кмоль пропана на 4 кмоль воды.

	Взято			Получено
Компонент	M кг/кмоль	кмоль/ч	кг/ч	кмоль/ч	кг/ч
C3H8	44,097	437,5404	19294,22	30,62783	1350,595
C2H4	28,054			406,9126	11415,53
СН4	16,043			406,9126	6528,098
Н2О	18,015	1750,162	31529,16	1750,162	31529,16
Σ		2187,702	50823,38	2594,615	50823,38

Разбавление 1 кмоль пропана на 6 кмоль воды.

	Взято			Получено
Компонент	M кг/кмоль	кмоль/ч	кг/ч	кмоль/ч	кг/ч
C3H8	44,097	437,54039	19294,219	30,62782752	1350,59531
C2H4	28,054			406,9125656	11415,52511
СН4	16,043			406,9125656	6528,098289
Н2О	18,015	2625,2424	47293,741	2625,242358	47293,74109
Σ		3062,7828	66587,96	3469,695317	66587,9598

Разбавление 1 кмоль пропана на 7 кмоль воды.

	Взято			Получено
Компонент	M кг/кмоль	кмоль/ч	кг/ч	кмоль/ч	кг/ч
C3H8	44,097	437,5404	19294,22	30,62783	1350,595
C2H4	28,054			406,9126	11415,53
СН4	16,043			406,9126	6528,098
Н2О	18,015	3062,783	55176,03	3062,783	55176,03
Σ		3500,323	74470,25	3907,236	74470,25

2Разбавление 1 кмоль пропана на 8 кмоль воды.

	Взято			Получено
Компонент	M кг/кмоль	кмоль/ч	кг/ч	кмоль/ч	кг/ч
C3H8	44,097	437,54039	19294,219	30,62782752	1350,59531
C2H4	28,054			406,9125656	11415,52511
СН4	16,043			406,9125656	6528,098289
Н2О	18,015	3500,3231	63058,321	3500,323145	63058,32145
Σ		3937,8635	82352,54	4344,776103	82352,54016

По закону Гесса рассчитываем тепловой эффект реакции:

∆rH⁰_т=Σ(v_j∆fH⁰_т)_{продукт} - Σ(v_i∆fH⁰_т)_исх

	пропан	метан	этилен	вода	ΔrH01088, кДж/моль
ΔHf01088, кДж/моль	-135,6500	-91,8600	43,5750	-29,6836	87,3650

Таким образом в результате полученной энтальпии реакции ΔrH01088=87,3650 кДж/моль - процесс эндотермичный.

Qр=-∆rH⁰_т*n*1000, Дж/ч

Qр=-87,365*1000*406,91=-35549916 Дж/ч

Рассчитываем количество тепла на входе в реактор: Qвх=Gвх*Cp*Tвх, Дж/ч

Qвх 1=437,5404*181,7*1088=86497946,96 Дж/ч в реактор пропана,

Qвх 2 =1750,1616*42,226*1088=80407288,36 Дж/ч воды;

Qвх общ= Qвх 1+ Qвх 2= 106599769,1 Дж/ч

Q'вых= Qвх+Qр, с учетом потерь в окружающую среду

Q'вых=106599769,1 –(-35549916)+ 106599769,1 *0,05=123010057 Дж/ч

Далее рассчитываем Твых из реактора по уравнению Qвых расч =∑Gвых*Ср*Твых, методом последовательного приближения:

	пропан	метан	этилен	H20
Сp,Дж/моль*К	181,7016	77,4196	97,5056	42,22682

(1:4)

Т вых, К	Q вых расч,Дж/ч
	161008850,2
	182430204,2

Твых_Х= (Q'вых+b)/a= 935,6595К

∆Т= Т_Х-Твх= 152,3404К

При разб.1:6

Т вых, К	Q вых расч,Дж/ч
	200619480,4
	227003220,9
	254111973,3

Твых_Х= 939,2190К

∆Т=148,7809 К

При 1:7 молей воды

Т вых, К	Q вых расч,Дж/ч
	220424795,5
	249289729,2
	278965815,9

Твых_Х= 957,6366К

∆Т= 130,3633К

При разб.1:8

Т вых, К	Q вых расч,Дж/ч
	240230110,5
	271576237,6
	303819658,5

Твых _Х= 1004,5825К

∆Т= 83,4174К

Влияние разбавителя на разность температур на входе и выходе, представим графиком зависимости ∆Т(n).

График показывает, что с увеличением количества разбавителя происходит уменьшение разности температур на входе и выходе.

Разбавление сырья водяным паром благотворно сказывается на процессе пиролиза. При работе с большими количествами перегретого водяного пара (до 1: 4; 1: 8) резко снижается парциальное давление и вследствие увеличивается выход этилена до 45% на пропущенный пропан при 815⁰С и времени контакта 0,4 сек.

Вывод: таким образом адиабатический перепад температур ∆Т=83,4174 К следовательно при данном процессе нельзя использовать адиабатический режим.

Дата добавления: 2015-06-26