> З повітрям
.
Тут - ентальпія вологого повітря (в кдж/кг), обчислена на 1 кг сухого повітря при 200С і відносно вологості 70% (додаток, табл Х1Х (12)).
З технічним киснем
(3.17)
Тут теплоємність аргону (не залежить від температури).
Тепло реакцій.
Тепло реакцій, що відбуваються в конверторі метану, розраховуємо, виходячи з таких міркувань. Приймаємо, що реакція в основному протікає при температурі на 50 град нижче, ніж температура відхідних газів, тобто, при 8000С (850-50). Так як в процесі конверсії відбувається паралельні реакції, врахувати які важко, а тепловий еф?? кт процесу залежить тільки від початкового і кінцевого станів системи, то розрахунок ведемо за кількістю прореагировавших речовин. Для цього розраховуємо ентальпію освіти з елементів одного кілограма кожної речовини, що бере участь в реакціях. Розрахунок проводимо за формулою:
(3.18)
де - ентальпія речовин при стандартних умовах, кдж/кг;- Ентальпія речовин за таблицями, кдж/моль (Короткий довідник фізико-хімічних величин, вид. 4 «Хімія» 1965); 1000 - коефіцієнт перерахунку кілограмів в грами, г/кг; М - мольна маса речовин, г/моль.
Ентальпії рівні (в кдж/кг):
для метану
для етану
для окису вуглецю
для двоокису вуглецю
для парів води
Згідно матеріального балансу в процесі реакції витрачається (в кг/год): метану 3684-74=3 610, етану 7, кисню 1 588 + 2819=4407, пар води 4229 + 71-3965=329.
При цьому утворюється (у кг/год): окису вуглецю 4405, двоокису вуглецю 3027-20-4=3003, водню 945.
Для теплового ефекту при 250С маємо
, (3.19)
(3.20)
Як відома з курсу фізичної хімії, тепловий ефект реакції при Т2 gt; Т1 визначається рівнянням
(3.21)
. (3.22)
У виробленому розрахунку теплоємності необхідно висловити в клж/кг * град і взяти середні в діапазоні 298-10730К. Для розрахунку користуємося інтерполяції табличних даних, які наведені в «Короткому довіднику фізико-хімічних величин». Перечет виробляємо за формулою
, (3.23)
де с - теплоємність,; С- теплоємність; 1000 в чисельнику - коефіцієнт перерахунку грамів в кілограм, г/кг; 1000 в знаменнику - коефіцієнт перерахунку джоулів кілоджоулі, дж/кдж; М - мольна маса, г/моль.
Тоді ()
для метану,
для етану,
для кисню,
для пара води,
для окису вуглецю,
для двоокису вуглецю,
для водню.
Звідси
. (3.24)
Загальний прихід тепла
(3.25)
.
Втрати в навколишнє середовище (по різниці)
(3.26)
Таким чином, втрати в навколишнє середовище складають
від приходу тепла.
Таблиця 3.2
Зведений тепловий баланс конверсії природного газу
Прихід Расходстатьякдж/чстатьякдж/НС газом З паром З повітрям З технічним киснем Тепло реакцій7084000 15650000 318000 106000 19188000С конвертованим газом У навколишнє среду41023000 1323000 Всего42346000 Всего42346000
4 Підбір технологічного обладнання
Розрахунок і підбір сировинних теплообмінників
Нагрівання сировини від t1=20 0С, t2=305 0С. Тиск в теплообміннику 6,4 МПа. Приймемо перепад температур на гарячому кінці теплообмінника? T2=15 0С. Необхідна:
(4.1)
При наступною схемою розподілу температур в теплообміннику:
(4.2)
отримаємо, згідно (6.3) [12], середню різницю температур теплоносіїв:
(4.3)
Враховуючи значну зміну температури сировини в процесі нагрівання, середню його температуру розраховуємо так:
(4.4)
Тепловий розрахунок:
Якщо враховувати, що коефіцієнт тепловіддачі від конденсирующего пара великий (?=10000 Вт/(м2К)), приймаємо орієнтовне значення коефіцієнта теплопередачі К=150 Вт/(м2К).
Тепловий потік в апараті складе:
(4.5)
Площа поверхні теплопередачі:
(4.6)
Відповідно з цим вибираємо попередньо (за табл. 6.7) [12] одноходовой теплообмінник з наступними параметрами: площа поверхні теплообміну F=536? 2=тисяча сімдесят дві м2, діаметр кожуха D=1200 мм, довжина труб L=8500 мм, труби діаметром 25? 2.
Враховуючи некорозійного теплоносіїв, приймаємо для теплообмінника матеріал - сталь марки Ст 3, що має коефіцієнт лінійного розширення? тк=12 • 10-6 К - 1, і модуль пружності Е=21,6 • 1010Па.
Площа перетину трубок і кожуха і кожуха, згідно (6.15) []:
(4.7)
(тут 1175, визначаль...
