Поможем в ✍️ написании учебной работы

Имя

Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Выберите тип работыЧасть дипломаДипломная работаКурсовая работаКонтрольная работаРешение задачРефератНаучно - исследовательская работаОтчет по практикеОтветы на билетыТест/экзамен onlineМонографияЭссеДокладКомпьютерный набор текстаКомпьютерный чертежРецензияПереводРепетиторБизнес-планКонспектыПроверка качестваЭкзамен на сайтеАспирантский рефератМагистерская работаНаучная статьяНаучный трудТехническая редакция текстаЧертеж от рукиДиаграммы, таблицыПрезентация к защитеТезисный планРечь к дипломуДоработка заказа клиентаОтзыв на дипломПубликация статьи в ВАКПубликация статьи в ScopusДипломная работа MBAПовышение оригинальностиКопирайтингДругое

Нажимая кнопку "Продолжить", я принимаю политику конфиденциальности

 

На 1 моль формальдегида расходуется 1 моль метанола, т.е.  кг/ч.

Расход метанола с учетом побочных реакций находим: 196,012/0,86 = 227,92 кмоль/ч или 7293,47 кг/ч;

где 0,86 – доля метанола, превращенного в формальдегид по 1^ой и 2^ой реакциям.

Подают метанол с учетом степени конверсии равной 0,567.

 

227,92/0,567 = 401,96 кмоль/ч или 12862,72 кг/ч;

401,96 – 227,92 = 174,04 кмоль/ч или 5569,28 кг/ч.

По реакции первой расходуется метанола:  кмоль/ч или 189632 кг/ч.

Образуется:

формальдегида: 59,26 кмоль/ч или 1777,8 кг/ч;

водорода: 59,26 кмоль/ч или 118,52 кг/ч.

По реакции второй расходуется метанола:  кмоль/ч или 3882,56 кг/ч;

кислорода:  кмоль/ч или 2188,16 кг/ч.

Образуется:

формальдегида: 136,75 кмоль/ч или 4102,56 кг/ч;

воды: 136,752 кмоль/ч или 2461,54 кг/ч.

По реакции третьей расходуется метанола: 227,92  = 27,35 кмоль/ч или 875,21 кг/ч;

кислорода: 27,35  = 41,03 кмоль/ч или 1316,16 кг/ч.

Образуется:

диоксида углерода: 27,35 кмоль/ч или 1203,4 кг/ч;

воды: 27,35  = 54,7 кмоль/ч или 984,6 кг/ч.

По реакции четвертой расходуется метанола: 227,92  = 4,56 кмоль/ч или 145,92 кг/ч.

Образуется:

оксида углерода: 4,56 кмоль/ч или 127,68 кг/ч;

водорода:  кмоль/ч или 18,24 кг/ч.

Всего образуется:

водорода: 9,12 + 59,26 = 68,38 кмоль/ч или 136,76 кг/ч;

воды: 136,752 + 54,7 = 191,452 кмоль/ч или 3446,14 кг/ч.

Общий расход кислорода: 68,38 + 41,03 = 109,41 кмоль/ч или 3501,12 кг/ч.

Расход сухого воздуха:

объемная доля кислорода в воздухе, %, 20,7;

 кмоль/ч.

 

объемная доля водяных паров в воздухе:

 

%;

 

где, 3230 – парциальное давление водяных паров в воздухе, Па;

 – общее давление воздуха, Па.

Количество водяных паров в воздухе: 528,55 /100 = 9,51 кмоль/ч или 171,18 кг/ч.

Количество воды в техническом («свежем») метаноле:

а) с учетом разбавления метанолом ректификатом

 

12862,72 – 4453,92 = 8408,8 кг/ч – количество метанола;

 

б) количество воды 8408,8 /99,9 = 8,42 кг/ч;

где, 0,1 – массовая доля воды «свежем» метаноле, %.

Суммарное количество водяных паров в спирто - воздушной смеси:

 

171,18 + 114,79 + 8,42 = 294,39 кг/ч.

 

Расход воздуха:

 

25302,74 – 4591,67 – 8417,22 = 12293,85 кг/ч;

 

где, 25302,74 кг/ч, 4591,67 кг/ч и 8417,22 кг/ч расход спирто-воздушной смеси, метанола - ректификата и «свежего» метанола, соответственно.

Количество азота в воздухе:

12293,85 – 3501,12 – 171,18 = 8621,55 кг/ч;

 

где, 3501,12 кг/ч и 171,18 кг/ч количество кислорода и воды в воздухе.

Содержание метанола в спирто- воздушной смеси:

 

25302,74 кг/ч или 840,71 кмоль/ч^-1;

840,71 – 100%

401,96 – х%

 

х = 47,81%, что соответствует оптимальному технологическому режиму.

Материальный баланс стадии контактирования и спиртоиспарения в таблице 16.3.

 

Таблица 16.3 – Материальный баланс стадии контактирования и спиртоиспарения

Приход				Расход
Состав	кг/ч	кмоль/ч	Массовая доля, %	Состав	кг/ч	кмоль/ч	Массовая доля, %
1	2	3	4	5	6	7	8
Контактирование
[G3] 1. Смесь воздух – метанол, в т.ч.: формальдегид метанол вода азот кислород	25302,74   22,96 12862,72 294,39 8621,55 3501,12	836,39   0,77 401,96 16,34 307,91 109,41	100     0,09 50,84 1,16 34,07 13,84	[G4] 1 Контактные газы, в т.ч.: формальдегид метанол вода углекислый газ окись углерода водород азот	25302,74   5880,36 5566,60 3228,63 807,16 83,50 146,76 9589,74	986,76   196,2 173,97 179,37 18,34 2,98 73,4 342,5	100   23,24 22 12,76 3,19 0,33 0,58 37,9
Итого:	25302,74	836,39	100	Итого:	25302,74	986,76	100
Спиртоиспарение
[G2] 1. Метанол «свежий» в т.ч.: метанол вода   2. Метанол – ректиф., в т.ч.: метанол формальдегид вода   [G1] 3. Воздух, в т.ч.: кислород азот вода	8417,22     8408,80 8,42     4591,67   4453,92 22,96 114,79     12293,85   2544,83 9527,73 221,29	263,27     262,8 0,47     146,34   139,19 0,77 6,38     432,1   79,53 340,28 12,29	100   99,9 0,1     100   97 0,5 2,5   100   20,7 77,5 1,8	[G3] 1. Смесь воздух – метанол, в т.ч.: формальдегид метанол вода азот кислород	25302,74   22,96 12862,72 294,39 8621,55 3501,12	836,39   0,77 401,96 16,34 307,91 109,41	100   0,09 50,84 1,16 34,07 13,84
Итого:	25302,74		100	Итого:	25302,74		100

 

Сводная таблица материального баланса в таблице 16.4.

 

Таблица 16.4 – Сводная таблица материального баланса

Потоки	Приход			Расход
	G1	G2	G5	G6	G8	G9
Компоненты	кг/ч	кг/ч	кг/ч	кг/ч	кг/ч	кг/ч
CH2O		22,96			5858,33	22,96
CH3OH		12862,72			1108,33	4453,92
H2O	221,29	123,21	7234,81	1482,58	8866,66	114,79
N2	9527,73			8461,83
O2	2544,83
CO2				591,09
CO				96,90
H2				1480,15
∑(комп.)	12293,85	13008,89	7234,81	12112,55	15833,32	4591,67
Итого:	32537,55			Итого:	32537,55

 

Рассчитаем состав выхлопных газов в объемных долях и определим степень конверсии метанола в формальдегид по составу, пользуясь формулой:

 

 (16.7)

СO – 2,98 кмоль/ч 0,48 %;

CO₂ – 18,34 кмоль/ч 2,97 %;

N₂ – 342,5 кмоль/ч 55,55 %;

H₂ – 73,4 кмоль/ч 11,9 %;

H₂O – 179,37 кмоль/ч 29,1 %.

 

Расчет основных расходных коэффициентов

1. Расходный коэффициент по метанолу:

 

 

2. Расходный коэффициент по воде:

 

 

3. Расходный коэффициент по воздуху:

 

 

ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ

Рис.17.1 – Схема теплового баланса контактного аппарата.

Q_пр = G₁Cp₁t + G₂Cp₂t + G₃Cp₃t + G₄Cp₄t + G₅Cp₅t; (17.1)

Q_расх = G₆Cp₆t + G₇Cp₇t + G₈Cp₈t + G₉Cp₉t + G₁₀Cp₁₀t + G₁₁Cp₁₁t + G₁₂Cp₁₂t 17.2)

 

1. Стадия синтеза

 Приход:

а) теплота реакции дегидрирования;

б) теплота реакции окисления;

в) теплосодержание спирто-воздушной смеси.

Расход:

а) теплосодержание реакционных газов на входе из зоны контактирования;

б) теплопотери в окружающую среду.

Приход:

а) на реакцию дегидрирования расходуется CH₃OH = 5787,88 кг/ч;

 

1) CH₃OH → CH₂O + H₂.

 

б) на реакцию окисления расходуется CH₃OH = 7074,84 кг/ч;

2) CH₃OH + ½O₂ → CH₂O + H₂O.

 

Тепловой эффект реакции при 20^оС (293К):

реакции (1) – (-9791,18 Вт);

реакции (2) – 492840Вт [1 с. 448];

Определим тепловой эффект реакции при 650^оС (923К):

 

 Q₉₂₃ = Q₉₂₃ + ά (T – 293) + β (T² – 293²) + j (T³ – 293³);(17.3)

 

где, Т – температура реакции;

β – алгебраическая сумма коэффициентов деленная пополам;

ά – алгебраическая сумма коэффициентов из выражений молярных теплоносителей веществ;

j – алгебраическая сумма коэффициентов деленная на три [1 с. 450].

Тепловой эффект реакции дегидрирования – (-12782,14 Вт).

Тепловой эффект реакции окисления – 24837901,83 Вт.

в) теплосодержание спирто-воздушной смеси при 100^°С определяем из уравнения:

 

 (17.4)

 

где, Ср – теплоемкость, [Дж/кг К] [1 с. 471];

G – массовый расход, кг/ч [таблица 13].

 

Q_с.в.с. = 3299796 Вт.

 

Расход:

а) теплосодержание контактных газов при 650^оС

 (17.5)

 

где, Ср – теплоемкость, Дж/кг К;

 

Q_к.г. = 26505323 Вт.

 

б) материальный баланс стадии контактирования:

 

Q_с.в.с. + Q_p = Q_к.г. + Q_пот;(17.6)

Q_p = -12782,14 + 24837901,83 = 24825119,69 Вт.

 

Теплопотери определяются по разности:

 

Q_пот = Q_с.в.с. + Q_р – Q_к.г;_. (17.7)

Q_пот = 3299796 + 24825119,69 – 26505323 = 1619592,69 Вт;

что, составит:

 

от прихода тепла.

2. Количество воды на охлаждение контактных газов в подконтактном холодильнике: теплосодержание газов на входе в холодильник, Q_к.г. = 26505323 Вт.

Температуру газов на входе из холодильника принимаем 180^оС, определяем теплосодержание газов при 180^оС.

 

Всего: i = 5416347,534 Вт.

Количество теплоты, принятой водой в холодильнике составляет:

 

Q_охл = 26505323 – 5416347,534 = 21088975,47 Вт.

 

Отсюда определяем расход воды на охлаждение:

t_вх = 90^оС (конденсат);

t_вых = 123^оС (пар Р = 0,2МПа).

 

 (17,8)

G_H2O = 37966,56 кг/ч = 10,5 кг/с.

 

3. Абсорбция

Приход:

а) количество тепла приходящего с контактными газами:

 

Q_к.г. = 5416347,53 Вт;

 

б) тепло приходящее с оросительной водой при 20°С:

 

 (17.9)

где, Ср – теплоемкость воды (кДж/кг К).

 

 

в) количество тепла процесса абсорбции:

 

 (17.10)

 

Расход

а) количество тепла, уходящее с выхлопными газами, при 20°С:

 

 (17.11)

 

где, G – массовый расход (кг/ч);

Ср – удельная теплоемкость (кДж/кг К); t – температура (° С).

 

б) количество тепла, уходящее в окружающую среду (принимаем 2 % от прихода тепла):

 

 

в) количество теплоты, принятое хладоагентом теплообменников (встроенных и выносных)

 

 (17.12)

где, Q_ф.с. – количество тепла, уходящее с формалином-″сырцом″ и рассчитывается по формуле:

 

 (17.13)

4. Ректификация

Тепловой баланс:

 

 (17.14)

 

где, Q_ф.с. – тепло формалина-″сырца″;

Q₈ – тепло формалина стандартного;

Q₉ – тепло формалина-″сырца″; Q_рект. – тепло процесса ректификации.