Расчет материального баланса ХТС.
Тадл. №1. Составы потоков.
| Показатель | Размерность | Значение | Обозначение |
| Содерж. СО в циркул. газе | Мольн. доли | 0,12 | |
| Содерж. Н2 в циркул. газе | Мольн. доли | 0,74 | |
| Содерж. СН4 в цирк. газе | Мольн. доли | 0,14 | |
| Содерж СН4 в свежем газе | Мольн. доли | 0,04 | |
| Общая конверсия СО: | Мольн. доли | 0,2 | |
| - доля СО, преврат. в СН3ОН | 0,95 | ||
| - доля СО, преврат. в (СН3)2О | 0,03 | ||
| - доля СО, преврат. в С4Н9ОН | 0,02 | ||
| Базис расчета | т. СН3ОН |
1.Структурная блок – схема.
 | |||||||
 |  | ||||||
 |
Производство метанола основано на реакции:
СО + 2Н2 « СН3ОН +Q,
Одновременно протекают побочные реакции:
СО +3Н2 « СН4 +Н2О
2СО + 4Н2 « (СН3)2О +Н2О
4СО + 8Н2 « С4Н9ОН + 3Н2О
Составляем уравнения материального баланса:
Табл. №2. Соответствие переменных потокам.
| Поток | Переменная | Размерность | Значение по расчету |
| X1 | моль | 234,375 | |
| X2 | Моль | 53,267 | |
| X3 | Моль | 1509,233 | |
| X4 | Моль | ||
| X5 | Моль | 133,168 | |
| X6 | моль | 53,267 |
Производим замену переменных и записываем линейные уравнения следующим образом:
1. X1 – X2 – 0.12X3 = 0
2. X4 – X5 – 0.74X3 = 0
3. X4 – 0.4X1 – 0.74X3 – 0.74X6 = 0
4. 0.8X1 – 0.12X3 – 0.12X6 = 0
5. 0.04X2 + 0.04X5 – 0.14X6 = 0
6. 6.4X1 = 1500
Матрица коэффициентов.
| X1 | X2 | X3 | X4 | X5 | X6 | Свободныечлены |
| -1 | -0,12 | |||||
| -0,74 | -1 | |||||
| -0,4 | -0,74 | -0,74 | ||||
| 0,8 | -0,12 | -0,12 | ||||
| 0,04 | 0,04 | -0,14 | ||||
| 6,4 |
Табл. №3.
Материальный баланс химико-технологической системы производства метанола на 1500т метанола.
| Приход | масса | %масс. | Расход | масса | %масс. |
| СО | 1491,476 | 0,792 | СН3ОН | ||
| Н2 | 266,336 | 0,142 | (СН3)2О | 32,347 | 0,017 |
| СН4(инерт) | 124,3 | 0,066 | С4Н9ОН | 17,344 | 0,009 |
| Н2О | 25,31 | 0,014 | |||
| СН3ОН(чист.) | 0,759 | ||||
| Отдув. газы | 377,153 | 0,201 | |||
| Всего | 1882,102 | Всего | 1877,153 | ||
| Невязка | 4,949 |
Расчет:
M=M*N
Приход:
Расход:
Расчёт технологических показателей:
1) Степень превращения
X = (1580,6 - 198,95)/ 1580,6 * 100% = 87,4 %
2) Селективность
s = 46,88 Ммоль * 28 г/моль / (1580,6т - 198,95т ) * 100% = 95,0 %
3) Выход целевого продукта
h = 1500 т / (56,45 Ммоль * 32 г/моль ) *100 % = 83,1 %
4) Расходный коэффициент
g = 1580,6т / 1500т = 1,05
Теоретический расходный коэффициент
g = 1380,4т / 1500 т = 0,92
Поточная диаграмма:
Выводы
Принцип наилучшего использования сырья
Возможность использования избытка реагента для регулирования технологических параметров. В процессе синтеза метанола :
CO + 2H2 = CH3OH
Избыток водорода способствует смещению равновесия, ускорению лимитирующей стадии – хемосорбции водорода, регулированию температуры, подавлению побочных реакций, а также увеличивает срок службы катализатора в результате гидрирования продуктов уплотнения, отлагающихся на катализаторе в процессе синтеза.
Принцип интенсивности процесса
Для увеличения движущей силы процесса используются: повышение давления в процессах с участием газовой фазы, создание производств не имеющих вредные выбросы в атмосферу, схемы с рециркуляцией газов.
Принцип наилучшего использования энергии
Регулирование нагрузки реактора. Если в системе, состоящей из теплообменника и реактора, полное количество тепла, необходимое для нагревания газов до заданной температуры перед входом в реактор, поставляются газом, покидающим реакционное пространство, то такая система будет работать автотермично. Это наиболее выгодный режим работы. Его осуществляют в процессах синтеза аммиака, метанола, конверсии СО. Интенсивность потока газа на входе или нагрузка реактора позволяет регулировать температурный режим процесса.
Принцип экологической безопасности химических производств
В настоящее время применяется, в основном, термин “чистое производство” – это производство, которое характеризуется непрерывным и полным применением к процессам и продуктам природоохранной стратегии, предотвращающей загрязнение окружающей среды таким образом, чтобы понизить риск для человечества и окружающей среды. Например, такие современные производства, как производство аммиака, азотной кислоты, серной кислоты(из серы), метанола, этанола, аммофоса и ряд других можно отнести к разряду малоотходных технологий.
Список литературы
1. А.М.Кутёпов, Т.И.Бондарёва, М.Г.Беренгартен. Общая химическая технология, Москва "Высшая школа", 1990г
2. И.П.Мухлёнов, Общая химическая технология. Том 2 - Важнейшие химические производства
3. Г.Н.Кононова,В.В.Сафонов, Е.В.Егорова, "Расчет материального баланса химико-технологических систем интегральным методом".
