Основы материального баланса и основные определения

(1)

СН_4, примесь

исх.смесь

реакционная смесь

Н₂О смеситель

t_п=105ºС

 

 

Исходная смесь	Реакционная смесь
Наименование	кг	кмоль	Наименование	кг	кмоль
(СН4)0	213,3	13,3	Н2
(Н2О)0	478,8	26,6	СО
			СН4	85,3	5,3
			Н2О	18,6	18,6
ИТОГО:	692,1		ИТОГО:	692,1

 

 

Рассчитать материальный баланс процесса (1) со следующими исходными данными:

1) производительность по водороду: G=48 кг/час

2) подано в исходной смеси:

(кг; кмоль; м³)

- для любых газов

3) СН₄(t)

СН_{4прореагир}

 

(CH₄)₀

 

CH_{4 непрореагир} t

 

Какова конверсия одного из компонентов (например, метана):

(долей)

 

СН4	Н2О	СО	Н2
				кмоль	прореагировало
8·16=128	8·18=144			кг
				кмоль	получилось
		8·28=224		кг
13,3	13,3·2=26,6			кмоль	подано
213,3	26,6·18=478,8			кг

Реакция совершается в определенных пропорциях:

1:1:1:3 (кмоль)

1·16:1·18:1·28:3·2 (кг)

Так как , то

Материальный баланс процесса горения.

Существует исходная смесь, которая вступает в реакцию горения:

С, Н, S – горючие элементы; N₂, O₂, H₂O – негорючие элементы

 

1. (моль) (г)

2. (моль) (г)

3. (моль) (г)

 

1)

2)

3)

 

Расход воздуха:

а) расход кислорода

Дано:

С^р=82%;

Н^р=17,3%;

S^р=0,7%

- объем кислорода, который подается без избытка.

 

б) воздух

О₂=21% (объемных)=23,3% (массовых)

N₂=79% (объемных)=76,7% (массовых)

 

Если топливом является газ (при н.у. углеводородные газы – это газы от метана до пентана), то:

а) органическая часть СН₄, С₂Н₄, С₂Н₆, С₃Н₆, С₃Н₈,…,С_nH_m (n<6);

б) неорганическая часть СО, Н₂, Н₂S.

Методика вычислений та же.

 

Коэффициент избытка кислорода воздуха:

Обычно воздуха подается больше и это объясняется следующими причинами:

1) неполнота сгорания:

­ вследствие невозможности полного перемешивания;

­ вследствие конечности скорости химической реакции

Всегда существует оптимальное значение коэффициента избытка. При его подсчете исходят из того, что рабочая смесь должна сгореть полностью. Если кислорода недостаточно, то этого невозможно будет осуществить. Если кислород в избытке, то это лишние расходы на прокачку воздуха. Коэффициент избытка кислорода воздуха в основном зависит от типа топки, и в меньшей степени, от вида сырья.

 

Тип оборудования
Пылеугольные топки	1,2 – 1,25
Пылеугольные топки (размол в молотковых мельницах)	1,25 – 1,3
Топка с жидким шлакоудалением	1,2
Циклонные топки	1,1
Предусмотрена циклонная топка и с удалением шлаков, снабжаемых автоматикой и регуляторов давления	1,05

 

ПРОДУКТЫ СГОРАНИЯ.

С + О₂ = СО₂

S + O₂ = SO₂

2H₂ + O₂ = 2H₂O

Продуктами сгорания являются: а) трехатомные молекулы СО₂ и SO₂ (RO₂);

б) азот N₂; в) влага Н₂О.

V – объемный расход м³ на кг топлива.

В случае а):

 

В случае б):

где .

 

В случае в):

 

где ,

масса воздуха,

d – содержание влаги в воздухе, d=10 г/кг.

 

В случае если воздух подается с избытком ( >1):

а) не изменяется;

б) , добавка ;

в) , добавка .

 

Суммируя а), б) и в) получим выход продуктов сгорания V_Г, м³/кг:

 

,

где ;

или ,

где - горючая часть,

.

Важно знать концентрации RO₂, H₂O. По RO₂ судят о экологии производства, по H₂O о количестве влаги.

; .