Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!

6. Расчет материального и энергетического балансов. Определение расходных норм по сырью и энергии. Пути использования вторичных энергоресурсов

6. 1 Материальный баланс

Произведем расчет материального баланса по реакции:

CH₄ + H₂O ↔ CO + 3H₂ (6. 1)

на 1000 м³ метана, если известно, что соотношения CH₄: H₂O = 1: 2, степень конверсии 0, 7. Состав метана: CH₄ – 98%, N₂ – 2%. Температура на входе 105^оС, на выходе 900^оС.

Исходное сырьё: 980 м³ – CH₄, 20 м³ – N₂.

Найдем количество поступающего метана:

Найдем количество конвертируемого метана:

V = 0, 7*980= 686 м³

После реакции осталось:

V непр (СН₄) = 980 – 686 = 294 м³

m непр (СН₄) = 700 – 490 = 210 кг

Найдем необходимое количество воды для осуществления реакции:

Исходя из этого условия рассчитаем количество поступающего водяного пара:

V = 2 × 1000 = 2000 м³

Не прореагировало водяного пара:

m(Н₂О) = 1607, 14 – 551, 25 = 1055, 89 кг

V(Н₂О) = 2000 – 686 = 1314 м³

В реактор поступает азот:

Т. к. азот не участвует в химической реакции, то на выходе:

m = 25 кг

V = 20 м³

Найдем количество образовавшегося в ходе реакции СО:

Найдем количество образовавшегося водорода:

Полученные результаты занесем в таблицу 6. 1

Таблица 6. 1. Тепловой баланс

Приход				Расход
статья	m, кг	V, м³	%	статья	m, кг	V, м³	%
1. Метан				СН_{4 непр}			9, 00
- CH₄			67, 59	N₂			1, 07
- непр.			28, 97	Н₂О _непр.	1055, 89		45, 28
- N₂			3, 45	СО	857, 5		36, 77
2. Пар	1607, 14			Н₂	183, 75		7, 88
- H₂O	551, 25		34, 30
- непр.	1055, 89		65, 70
Итого:	2332, 14			Итого:	2332, 14

6. 2 Тепловой баланс

Произведем расчет теплового баланса.

Таблица 6. 2. Справочные данные

В-во	∆ H^o₂₉₈, кДж	Ср, Дж/моль*град	С, кДж/кг*град
H₂O (г)	-241, 84	33, 56	1, 86
CH₄ (г)	-74, 85	35, 79	2, 24
CO (г)	-110, 5	29, 15	1, 04
H₂ (г)		28, 83	14, 42
N₂ (г)		29, 10	1, 04

∆ H_{х. р.}= (-110, 5*1+0*3)-(-241, 84*1-74, 85*1) = 206, 19 кДж/моль

∆ H_{х. р.} = – Q_{х. р.}

Q_{х. р.} = –206, 19 кДж/моль => реакция эндотерм. => расход.

Q’_x._p. = *M_CH₄ = 12886. 875*490 = 6314568, 75 кДж

Q_г = 378*2332, 14*(0, 9655*2, 24+1*1, 86) = 3546224, 47 кДж

Q’_г=1173*2332, 14*(0, 09*2, 24+0, 0107*1, 04+0, 4528*1, 86+0, 3677*1, 04+0, 0788**14, 42) = 7040450, 15 кДж

Q_пр = Q_г = 3546224, 47 кДж

Q_расх = Q’_x._p. + Q’_г = 6314568, 75 + 7040450, 15 = 13355018, 9 кДж

Q_пот = 13355018, 9*5/95 = 702895, 73 кДж

Q_p = Q_расх + Q_пот = 14057914, 63 кДж

Q_подв = Q_р – Q_пр = 10511690, 16 кДж

Полученные результаты занесем в таблицу 6. 3

Таблица 6. 3. Тепловой баланс

Приход		Расход
Статья	кДж	Статья	кДж
1. Принос. тепло	3546224, 47	1. Унос. тепло	7040450, 15
2. Подвод тепла	10511690, 16	2. Тепло эндотерм. р-ции	6314568, 75
		3. Тепло потерь	702895, 73
Итого:	14057915, 63	Итого:	14057915, 63

РК_CH4 = 700/725 = 0, 9655 кг/кг

РК_H2_O = 1607, 14/725 = 2, 217 кг/кг

РК_СО= 10511690, 16/857, 5 = 12258, 53 кДж/кг

6. 3 Пути использования вторичных энергоресурсов

К вторичным энергоресурсам относятся продувочные газы, которые могут использоваться для регулирования соотношения реагирующих компонентов в синтез-газе. Отходы ректификации, как и продувочные газы, могут идти на сжигание в трубчатую печь.

Тепловым ВЭР является физическая теплота выходящего из колонны циркуляционного газа, которая используется для подогрева синтез-газа.

7. Экологическая оценка производства, отходы производства, их утилизация, ПДК

Работа и развитие предприятий химической промышленности, к сожалению, всегда связаны с негативными нагрузками на окружающую среду. Поэтому осуществление производственного экологического контроля является обязательным условием деятельности предприятия. При производстве 1 т метанола-ректификата образуются следующие отходы:

Твёрдые отходы

К ним относятся отработанный катализатор синтеза метанола. Предусматривается его использование в качестве вторичного сырья предприятиями цветной металлургии. По окончании своего срока службы катализаторы становятся опасными отходами, которые должны быть направлены на переработку или утилизацию. Катализаторы, содержащие медь, цинк и др. обязательно поступают на переработку для извлечения металлов. Организация переработки и утилизации отработанных катализаторов проводится на сертифицированных перерабатывающих предприятиях с привлечением квалифицированных инспекционных компаний. [11]

Жидкие отходы

К жидким отходам можно отнести кубовый остаток после основной ректификации следующего состава (% вес): H₂O - 99, 98%; CH₃OH - 0, 02%.

Жидкие отходы направляются на биологическую очистку.

Газообразные отходы

К газообразным отходам синтеза метанола относятся продувочные газы и танковые газы (газы, выделяющиеся из метанола-сырца при снижении давления в сборнике). Эти газы будут использоваться в качестве водородсодержащего сырья для гидрирования сернистых соединений, а также в качестве топлива в трубчатых печах. Танковые газы же будут направляться в горелки печи риформинга в качестве топлива.

Самые большие объемы выбросов - топочные газы вспомогательного котла, где содержание токсичных веществ превышает ПДВ. Производство метанола можно считать экологически безопасным при условии снижения выбросов диоксида азота вспомогательным котлом. Для этого необходимо высокотемпературное или каталитическое восстановление диоксида азота до азота.

Ниже приводятся предельно допустимые концентрации:

ПДК_мр – предельно допустимая максимальная разовая концентрация химического вещества в воздухе населенных мест.

ПДК_СС – предельно допустимая среднесуточная концентрация химического вещества в воздухе населенных мест.

ПДК рз – предельно допустимая концентрация в воздухе рабочей зоны.

СН3ОН (метанол)

ПДК рз = 5 мг/м³.

ПДКсс = 0, 5 мг/м³

ПДКмр = 1, 0 мг/м³

Метанол сильный нервно-сосудистый яд с резко выраженным кумулятивным действием. Попав в организм, он вызывает поражение центральной нервной системы, зрительного нерва, печени, почек и других органов. При приеме вовнутрь - смертельная доза – 30 мл, 5¸ 10 мл вызывает тяжелое отравление, сопровождающееся потерей зрения. Метанол вызывает отравление и при всасывании через поры кожи, а также при вдыхании паров. Поэтому крайне важен жесткий контроль над производством и транспортировкой готового продукта.

СО (оксид углерода)

ПДКмр=5 мг/м³

ПДКсс=3 мг/м³

ПДКрз=20 мг/м³

СН4 (метан)

ПДКрз = 7000 мг/м³

⇐ Предыдущая 1 2 3 4 567 Следующая ⇒

Воспользуйтесь поиском по сайту: