Материальные расчеты неравновесных ВТП

1.

ЛЕКЦИЯ № 4
Исходные данные:
1) состав исходных компонентов;
2) соотношения расходов отдельных компонентов. То есть
задаем ко-эффициенты расходов i-х компонентов;
3) перечень химических реакций;
4) σi – степень завершения каждой i-й реакции:
σi = 1 – реакция прошла необратимо, до конца;
σi = 0 – реакция не идет. Вещества не реагируют.
Искомые величины – те же, что
и в МР_ИВТП.
1

2.

Пример 3.2
Доменная
печь
Неравновесный процесс обжига известняка
Исходные данные:
1) состав известняка:
CaCO3 , MgCO 3 ,SiO 2 , Al 2O3 , Fe2O3 , H 2O
карбонаты
балласт
( не участвует в хим. реакциях )
2) химические реакции:
CaCO3 CaO CO2
100 кг
56 кг
44 кг
MgCO 3 MgO CO2
84 кг
40 кг
44 кг
σ1
σ2
3) степени завершения каждой реакции:
σ1 < 1; σ 2 = 1; σ балласт = 0; σ H 2O = 0.
Искомые величины:
mCaCO3 , mCaO , mMgCO3 , mMgO , mбал , mН2O , mCO2 , mт.п , mо.г , Vо.г
2

3.

Пример 3.2
Доменная
печь
Решение:
mCaO
mCaCO3
56
0,01CaCO3 σ1
100
0,01CaCO3 1 σ1
mMgO
40
0,01 MgCO 3 σ 2
84
0,01MgCO3 1 σ2 0
mMgCO3
mбал 0,01 SiO 2 Al 2O3 Fe 2O3 1 σ3
mт.п mCaO mCaСa 3 mMgO mбал
mH2O 0,01H 2O
mCO2
44
100
0,01CaCO3 σ1
mо.г mCO2 mН2O
Vо.г
mCO2
ρCO2
mН2O
ρ Н 2O
44
84
; ρCO2
0,01 MgCO 3 σ 2
44
22,4
;
ρ Н 2O
18
22,4
3

4.

Пример 3.3
Доменная
печь
Пиролиз газообразного топлива (неравновесный процесс)
Исходные данные:
1) состав топлива: CH4т 100 %
2) химическая реакция и степень ее завершения:
CH 4 C 2H 2 ; 0 σ 1 .
Искомые величины:
VCH4 ; VH2 ; Vг VCH4 VH2 , м3 м3 топлива ; mC , кг м3 топлива .
Решение:
1) VCH4 1 σ; VH2 2σ; Vг 1 σ 2σ 1 σ;
2) Уравнение материального баланса по углероду:
VCH 4
1
12
12 mC ;
22,4
22,4
исх
МC
1
22,4
12
1 σ
22,4
12 mC ; mC σ
12
22,4
.
продукты
МC
4

5.

Пример 3.4
Доменная
печь
Неравновесный процесс паровой конверсии природного газа
Исходные данные:
т
1. состав топлива:
т
т
т
т
CH4 , C2H6 , C3H8 , CO2 , N2 , %,
влагосодержание топлива d т , г/м3;
ок
2. состав окислителя: H 2O
100 % ;
3. удельный расход окислителя: Vок , м3/(м3 топлива);
4. перечень химических реакций и степени их завершения:
4)
CH 4 H 2O CO 3H 2 ,
C2 H 6 2H 2O 2CO 5H 2 ,
C3H8 3H 2O 3CO 7 H 2 ,
CO H 2O CO 2 H 2 ;
5)
CO2 , N2 , H2Oт
1)
2)
3)
т
т
0 < σ1 < 1
σ 2 =1
σ3 =1
0 < σ4 < 1
σ5 =0
Искомые величины:
VCH4 ; VCO ; VCO2 ; VH2 ; VH2O ; VN2 ; Vп.к , м3/(м3 топлива)
5

6.

Пример 3.4
Доменная
печь
Решение
VCH4 0,01CH4 1 σ1
VC2H6 VC3H8 0 , т.к. σ 2 = σ3 = 1;
т
Суммарный выход СО по реакциям 1, 2, 3
VCO
(1, 2,3)
т
т
т
0,01 CH 4 σ1 C2H 6 σ 2 C3H8 σ3 .
Расход СО по реакции 4
VCO
( 4)
VCO
(1, 2,3)
σ4 .
Итоговый выход СО по реакциям 1–4
VCO VCO
(1, 2,3)
VCO
( 4)
VCO
(1, 2,3)
1 σ 4 .
Суммарный выход Н2 по реакциям 1, 2, 3
VH2
(1, 2,3)
т
т
т
0,01 3CH4 σ1 5C2H6 σ 2 7C3H8 σ3 .
6

7.

Пример 3.4
Доменная
печь
Выход Н2 по реакции 4
VH2
( 4)
VCO .
( 4)
Итоговый выход Н2 по реакциям 1–4
VH2 VH2
(1, 2,3)
VH2
( 4)
.
Выходы прочих компонентов
VH2O
dт
804
Vок VCO
т
(1, 2,3)
VCO
( 4)
dт
804
Vок VCO
(1, 2,3)
1 σ4 ;
VCO2 0,01CO2 VCO ;
( 4)
т
VN2 0,01 N 2 .
Выход продуктов конверсии
Vп.к VCH4 VCO VCO2 VH2 VH2O VN2 .
Выход сухих продуктов конверсии
Vс.п.к VCH4 VCO VCO2 VH2 VN2 .
7

8.

Пример 3.5
Доменная
печь
Кислородная газификация углерода (неравновесный процесс)
Исходные данные:
1. Состав исходных компонентов:
Cр 100%, O 2 ок 100 % .
2. Состав технологического продукта – генераторного газа:
г.г
г.г
CO г.г , CO 2 , % ; ( CO г.г CO 2 100 ).
3. химические реакции, определяющие состав продукта:
2C O 2 2CO, C O 2 CO 2 .
Искомые величины:
удельный расход окислителя Vок , м3/(кг топлива);
удельный расход генераторного газа Vг.г и его компонентов VCO , VCO2 , м3/(кг
топлива).
8

9.

Пример 3.5
Доменная
печь
Решение
VCO VCO2
р
12
0
,
01
C
22,4
р 22, 4
VCO 2VCO2
16
Vг.г 0,01 C
ок
12
16 Vок 0,01 O 2 2
,
22,4
22,4
V COг.г 2CO г.г 2V O ок
2
ок
2
г.г
VCO VCO Vг.г
2
р 22, 4
Vг.г 0,01 C
12
V 100 CO г.г 2V O ок
2
ок
2
г.г
Vг.г , Vок . Затем находим удельные выходы компонентов
Вычисляем
генераторного газа:
VCO 0,01 Vг.г COг.г ; VCO2 Vг.г VCO .
9