Тәжірибелік сабақ №5. Мұнайхимиялық процестердің жылу баланстары.

Тапсырма:

1. Жылу баланстарын құру принциптері.

2. Есептер шығару.

3. Өздігінен шығаруға арналған есептер.

Әдістемелік нұсқаулықтар:

Химиялық процестердің жылу баланстарын құру үшін аппаратқа кіретін және аппараттан шығарылатын жылу мөлшерін анықтау қажет. Энергия сақталу заңына сәйкес жылудың кіруі мен шығуы тең болу керек:

∑Q_кір =∑Q_шығ (1)

мұндағы ∑Q_кір – реагенттермен бірге аппаратқа енгізілетін және экзотермиялық реакциялар жүргенде бөлінетін жылудың жалпы мөлшері, Вт;

∑Q_шығ – эндотермиялық реакциялар жүргенде жұтылатын жылу мен қоршаған ортаға бөлінетін шығынды қоса есептегендегі аппараттан шығатын жылудың жалпы мөлшері, Вт;

Реагенттермен бірге аппаратқа енгізілетін немесе одан реакция өнімдерімен бірге шығарылатын жылу мөлшерін есептегенде жылусиымдылық немесе энтальпияны қолдануға болады:

Сұйықтықпен бірге енгізілетін немесе шығарылатын жылу мөлшері, Вт.

Q = Gc_жt =Gі (2)

(3)

мұндағы Q – жылу мөлшері (жылу ағыны), Вт;

G – реагенттің немесе реакция өнімінің мөлшері, кг/сағ;

c_ж, c_п – сұйық пен будың сәйкесінше орташа жылусиымдылықтары, кДж/(кг·⁰С);

r – жасырын булану жылуы, кДж/кг;

t – температура, ⁰С;

t_н, t_п – қанығу және қызу температуралары сәйкесінше, ⁰С;

і – сұйықтық энтальпиясы, кДж/кг;

I – бу энтальпиясы, кДж/кг.

Жылу мөлшерін энтальпияны қолданып есептеу қолайлырақ, әсіресе жылу балансынан температуралардың біреуін анықтау қажет болса.

Есеп 1. н-бутанды дегидрлеудің реакторлық блогы регенераторының жылу балансын құрыңыз және отын мен ауа шығынын анықтаңыз.

Бастапқы деректер:

Температура, ⁰С:

кіретін катализатордың t_к1=570; шығатын катализатордың t_к2=650, кіретін ауаның t_а=200, шығатын регенерация газының t_р.г.=590; кокстелген катализатордың мөлшері G_кат=823753 кг/сағ; катализатордағы кокстің мөлшері: регенераторға кіргендегі – 0,124; регенератордан шыққандағы – 0,005; артық ауа коэффициенті £ = 1,3;

Кокстің элементтік құрамы, % (масс.): С – 97,5; Н – 2,5.

Отын газының құрамы, % (көл): Н₂ – 59,1; СН₄ – 13; С₂Н₄ – 4; С₂Н₆ – 3; С₃Н₆– 5; С₃Н₈ – 2,5; С₄Н₁₀ – 2,5; N₂ – 6,0; СО₂ – 4,9.

Есепке әдістемелік нұсқаулықтар:

н-бутанды дегидрлеудің реакторлық блогының регенераторына кокстелген катализатор, катализаторды қыздыруға арналған отын газы және оны регенерациялау мен отынды жағуға қажет ауа кіреді. Отын беру кокстың жану жылуы дегидрлеу реакциясын жүргізуге қажет жылудан айтарлықтай аз болғандықтан қажет.

Есептің шарты бойынша кокстелген катализатордың мөлшері, кокстелген және регенерацияланған катализатордағы кокстің мөлшері белгілі. Бұл мәліметтер бойынша күйдіруге тиесілі кокстың мөлшері мен регенерацияланған катализатордың мөлшерін анықтауға болады. Бірақ, коксты таза катализатордың массасына жатқызатынын ескеру қажет.

Регенерацияланған катализатордың мөлшерін табамыз, кг/сағ:

G_{рег.кат}. = G_кат + G_катх_{рег.кат.} = G_кат (1+ х_{рег.кат.}) (1)

мұндағы G_кат – таза катализатордың мөлшері, кг/сағ;

х_{рег.кат.} – регенерацияланған катализатордағы кокстың мөлшері, массалық үлес.

Сәйкесінше, кокстелген катализатордың мөлшері:

G_{кокс.кат}. = G_кат (1+ х_кокс) (2)

мұндағы х_кокс – кокстелген катализатордағы кокстың мөлшері.

2-теңдеу арқылы таза катализатордың массасын табамыз және оның мәнін 1-теңдеуге қоямыз:

(3)

(4)

Күйдіруге тиесілі кокстың мөлшерін айырмасы бойынша табамыз:

G_кокс = G_{кокс.кат.} - G_{рег.кат.} (5)

Сонымен, есептеуге қажетті барлық шамалар белгілі.

Негізгі әдебиет 4[65-88]

Қосымша әдебиет 3[14 - 18]; 7[5-24]

Бақылау сұрақтары:

1. Мұнайхимиялық процестердің жылу балансы табиғаттың қандай заңына сүйеніп құрылады?

2. Реагенттермен бірге аппаратқа енгізілетін және одан реакция өнімдерімен бірге шығарылатын жылу мөлшерін қалай есептеуге болады?

3. Экзотермиялық және эндотермиялық реакциялардың жылу эффектілері процестің технологиялық параметрлеріне қалай әсер етеді?