Мы поможем в написании ваших работ!



ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?

Расчет материального и энергетического балансов процесса получения водорода

Поиск

Материальный баланс

По закону Фарадея в результате прохождения через электролит двух фарадеев электричества на катоде выделяется 2 г-экв водорода (1 моль занимающий при нормальном давлении и температуре 0,0224) и 1 г-экв кислорода (0,5 моля - объем 0,0112) и израсходован 1 моль воды.

Фактически водорода и кислорода выделяется меньше, так как выход по току в этом процессе ниже 100 % и составит 95-98%, а воды израсходуется больше из-за уноса ее паров с газами. [2]

Паров уносится тем больше, чем выше температура, при которой идет электролиз.

Материальный баланс ¾ это количество загружаемых реагентов и получаемых продуктов на каждой стадии технологического процесса с учетом промежуточных и побочных продуктов.

Материальный баланс составляется на основании закона сохранения массы вещества - количество веществ, вступивших в реакцию, равно количеству веществ, полученных в результате реакции.

Приходные статьи баланса

Расход воды на электролиз

 = ,

где , - электрохимический эквивалент воды, г/А ч;

 = 0,336∙1∙192∙1000∙0,95 =  61386,4 г/ч

или  = 61,38 кг/ч

Расходные статьи баланса

На катоде выделяется газообразного водорода за 1 час:

K:2   = ,

где I ¾ cила тока, проходящего через электролизер, а n ¾количество ячеек в электролизере, шт;

 ¾ электрохимический эквивалент водорода, г/А∙ ч;

 = 2/2∙ 26,8 = 0,037 г/А ∙ч

Или  = 22,4/2∙ 26,9 = 0,418 л/А ∙ ч

  ¾ выход по току, доли; ф ¾продолжительность электролиза, час.

 = 1000∙1∙0,037∙0,95∙192 = 6748,8 г/ч

или  = 6,7 кг/ч

На аноде выделится газообразный кислород за 1 час:

A: 2О+1/2

  = I∙ф ∙Bm∙ n

где  ¾ электрохимический эквивалент кислорода, г/А∙ч;

= 16/2∙26,8 = 0,298 г/А∙ч

или  = 11,2/2∙26,8 = 0,209 л/А∙ч

 =1000∙1∙192∙0,298∙0,95 = 55355,2 г/ч

Или  = 55,3 кг/ч

Расход воды на испарение.

Для расчета требуется найти объем газов в реальных условиях, то есть в условиях температуры и влажности атмосферы промышленного предприятия.

Объем выделившихся за 1 час газов - водорода и кислорода

 = ∙ Bm∙ I∙n∙ф = 0,418∙0,98∙1000∙192∙1 = 78650,88

= ∙ Bm∙  I ∙  n ∙  ф = 0,209 ∙  0,98 ∙ 1000 ∙  192 ∙ 1 = 39325,44

Объем влажного газа при реальной температуре:

где p - давление насыщенного водяного пара при температуре воздуха, Па;

B- барометрическое давление, Па;

t - реальная температура в аппарате.

= 78650,88 ∙760∙ (273+80) / 273 ∙ (7502 - 17,5) ∙0,995 = 10378,8 л

= 39325,44 ∙760 ∙ (273+80) / 273 ∙ (7502 - 17,5) ∙0,995 = 5189,3

Суммарный объем влажных газов:

 =   +  = 10378,8 + 5198,3 = 15568,1 л

 = 15,6 м3

 = 15,6 * 20 *10-3 = 0,31 м/час

Приход

Расход

Вещество Масса (кг/ч%) Вещество Масса (кг/ч%)
Обессоленная вода 61,4 Водород (газ) 5,99
    Кислород (газ) 55,3
    Вода 0
    На унос газами: 0,31
       
Итого 61,4   61,6

 

Потери находятся в допустимых пределах.

Энергетический баланс

Составить тепловой (энергетический) баланс реактора для получения водорода каталитической конверсией метана.[1]

Расчет ведем на 1000 м3 Н2.

Потери теплоты в окружающую среду примем 6% от прихода теплоты.

Расчет ведем по реакции

СН4 + Н2О ↔ СО + 3Н2 – 206200 кДж

 Исходные данные:

СН42О = 1:2.

Температура поступающих в реактор реагентов 1050 С; температура в зоне реакции 9000 С.

Теплоемкости в кДж/(кмоль ∙0С):

С СН4 Н2О СО Н2
0        
1000С 36,72 33,29 28,97 29,10
0        
900 С - 38,14 31,36 29,90

 

В соответствии с условием на 1000м3 Н2 объем исходных реагентов[6]

и полученных продуктов будет составлять:

Приход

Расход

Исходное вещество м Продукт м3
СН4 333 СО 333
Н2О 667 Н2О 334
    Н2 1000
Итого 1000   1667

 

Приход теплоты:

Qфиз.СН4 = (334/22,4)∙36.72∙105 =58180 кДж

Qфиз.Н2О = (667/22,4)∙33.29∙105 = 104130 кДж

ΣQфиз = 162310 кДж

Расход теплоты

Теплота, уносимая продуктами реакции из реактора при 9000С:

QСО = (333/22,4)∙37.36∙900 = 419500 кДж

QН2 = (1000/22,4)∙29.90∙900 =1202700 кДж

QН2О = (334/22,4) ∙38.14∙900 = 511825 кДж

ΣQфиз ун. = 2133025 кДж

Qр = (333/22,44) ∙206200 = 3065400 кДж

Всего: 5198425 кДж

Qп = 162310∙0.06 = 9738 кДж

Тепловой баланс конверсии метана:

Приход

Расход

Вещество кДж Вещество кДж
QH2O 104130 QСО 419500
QCH4 58180 QH2 1201700
    QH2O 511805
    Qп 9738
    3065400
Итого 162130   5208160

 

ΔQ = 5208160 – 162130 = 5040030 кДж

Подвод теплоты в зону реакции осуществляется за счет сжигания части метана природного газа (98% СН4 и 2% N2):

СН4 + 2О2 = СО2 + 2Н2О + 890950 кДж/кмоль.

Для покрытия образовавшегося дефицита теплоты ΔQ необходимо сжечь метана

5046030/890950 = 5.66 кмоль или 5.66 · 22.4 = 127м3 СН4., то есть. 129.5 м3 природного газа.



Поделиться:


Познавательные статьи:




Последнее изменение этой страницы: 2021-05-27; просмотров: 305; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы!

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 18.218.1.38 (0.006 с.)