Примеры термодинамических расчетов ХТП

Пример 1.

Рассчитать тепловой баланс контактного аппарата окисления S02 производительностью 25000 м3/ч. В аппарат поступает смесь состава об. %: S02- 9, 0 2 - 11, N280. Степень окисления (дс) - 0,88; темпе­ ратура входящих газов Твх = 460 °С, температура выходящих газов ТВЬ1Х= 580 °С. Потери тепла в окружающую среду - 5 % от прихода тепла.

Объем газов на выходе из аппарата:

F(S03) = х- V(S02) = 2250-0,88 = 1980 м \

V(S02) = F„(S02) - х- F(S02) = 2250 -1980 = 270 м3,

V(02) = V0(O2) - 1/2 x- K(S02) = 2750 - 1980/2 = 1760 M3

Рассчитаем среднюю теплоемкость входящего газового потока: С вх. = 1,9-0,09 + 1,24-0,8 + 1,4-0,11 = 1,32 кДж/(м3-К);

выходящего из аппарата газового потока:

Свых = 2,23-0,082 + 1,9- 0,011 + 1,24 -0,833 + 1,4 -0,073 = = 1,34 кДж/(нм3-К).

Составление теплового баланса. Определим тепло входящего га­ за по формуле

0 = ЕГ,-СТвх, 0, = 25000 м3-1,32- (460 + 273) = 24189000 кДж.

Тепло реакции рассчитаем по формуле 02 = 0-«(SO2) -х,

где n(S02) = F(S02)/ VM= 100,46 кмоль,

0 2= 94207-100,446-0,88 = 8290216 кДж.

Всего: 0 np = 0i + 0 2= 24189000 + 8290216 = 32479216 кДж. Потери тепла в окружающую среду:

0з =0,05 (0, + 0 2)= 1623960,8 кДж. Определяем тепло выходящих газов:

04 = 24010-1,34 • (580 + 273) = 27443911 кДж, 0 Расх = 0з + 04 = 29067871,8 кДж.

Необходимо отвести теплоты:

0 ОТВ= 0 пр - 04 = 32479216 - 29067871,84= 3663109,5 кДж. Составляем таблицу теплового баланса.

Пример 2.

Определить равновесный выход метанола (содержание метанола в равновесной смеси в мол. долях) и равновесный состав газа (Па, мол. доли) при синтезе метанола, протекающем при температуре 350 °С, Р = 300 атм, молярное соотношение СО : Н2: а) 1 : 2; б) 1 : 4.

1.Рассчитаем значение К° константы равновесия по формуле (1) при Т= 350 + 273 = 623 К; К° = 5,63-10'5

2.Выразим константу равновесия через мольные доли (С) компонентов реакционной смеси:

3. Выразим концентрации компонентов через степень превращения вещества, находящегося в недостатке (ключевое вещество), - СО -х .

а) СО:Но = 1:2

2(1-х )

с Нг 0,41.

3 -2 х

6. Определяем равновесное парциальное давление компонентов смеси (Па):

Рi CfPобщ>

РСН)0Н= 0,38*300*105 =1,14’1067, Рсо = 0, 21-300-105 = 6,3 10е, рн = 0 ,41-300 105 = 1,23-Ю7

Р4 (1 -JC)(2 - х ) г Р2'

7.Подставим значения К° и Р, после преобразований получим

х3 - 5х2 + 7,6х - 3,34 = 0.

Решаем уравнение: х = 0,8.

8. Определяем равновесный состав реакционной смеси:

1 -х

0,06.

5 -2 х

9. Определяем равновесные парциальные давления компонентов смеси (Па):

Рi — Q P общ?

^сн,он=0,24-300-105 = 7,2-106,

Рсо = 0,06-300 105 = 1,8-10®,

Рн, =0,7-300-10s = 2,13-107

Решение. Рассчитаем константу равновесия реакции при темпе­ ратуре 550+273=823 К. Константа имеет значение 20,9 атм-0,5

Выразим константу равновесия через мольные доли (С) компо­

Выразим равновесные концентрации реакционной смеси через степень превращения сернистого газа - х. Для этого воспользуемся

Подставим полученные концентрации в выражение константы равновесия:

*(1-0,5 С 1 х Г

р(1 - *) • (С®, - 0,5С®Ог х)0’5 ■Р0’5

Для удобства расчета представим полученное выражение в виде

2*2а -о ,5 с ^ ^ >

р(1-дс)2- ( < -0 ,5 С 1 х)-Р '

Подставим в полученное выражение значения исходных концен­ траций реагентов и константы равновесия:

Степень превращения получим методом подбора: х=0,76. Равновесный состав реакционной смеси:

Вопросы для самоконтроля

1.Что понимается под стехиометрическим уравнением реакции

истехиометрическим коэффициентом?

2.Составьте стехиометрическое уравнение для реакции полного сгорания пропана,представьте его в алгебраической форме.

3.Что понимается под простыми и сложными реакциями?

4.Что такое базисная система уравнений?

5.Как определить число базисных уравнений при протекании обменной реакции, при протекании окислительно-восстановитель­ ной реакции?