7.1Алгоритм розрахунку
Ввести вихідні дані для першої полиці.
Розрахувати температуру суміші на виході з полиці за рівнянням (8), а також середню температуру на полиці Т.
Розрахувати константи швидкості і рівноваги за рівняннями(4 - 6).
Розрахувати час контакту: інтегрувати вираз (10) з підстановкою в нього рівнянь для a, b. c за допомогою операторів математичного аналізу (визначений інтеграл) у середовищі MathCad. Для спрощення набору рівняння верхній індекс 0 можна не використовувати.
Розрахувати об’єм каталізатора за рівнянням (11).
Розрахувати склад (%об.) газу на виході з кожної полиці – творчо використати систему рівнянь (7).
Результати розрахунків надати в вигляді таблиці.
Скопіювати 3 рази отриманий фрагмент програми, змінити вихідні дані і виконати розрахунок для 2, 3, 4 полиць.
Розрахувати загальний об’єм каталізатору в колоні.
Розрахувати продуктивність колони за метанолом, т/год, за отриманими результатами.
7.2Індивідуальна самостійна робота
Написати програму з індексованими змінними, що суттєво зменшує текст програми, при цьому вихідні дані з таблиці необхідно представити у вигляді матриць значень. Аналогом такого підходу є розрахунок окиснення оксиду сульфуру – дисципліна «Алгоритмізація і програмування науково-технічних розрахунків»
7.3Контрольні питання
Методи синтезу метанолу, переваги і недоліки. Хімічні реакції – основні і побічні. Каталізатори синтезу. Кінетика, термодінамика процесу. Шляхи інтенсифікації процесу. Конструкції колон синтезу, переваги і недоліки. Опис технологічної схеми.
7.4Література
1. Технологія зв'язаного азоту [Текст] : підручник / Л. Л. Товажнянський [та ін.]. ; ред. О. Я. Лобойко ; Харківський політехнічний ін-т, нац. техн. ун-т. – Х. : НТУ “ХПІ”, 2007. – 536 с. – ISBN 978-966-384-070-3.
2. Караваев М. М. Технология синтетического метанола [Текст] : научное издание / М.М. Караваев, В.Е. Леонов, И.Г. Попов, Е.Т. Шепелев. – М.: Химия ,1984. – 240с.
3. Hamad Abdulwahab Al Adwani. A Kinetic study of methanol synthesis in a slurry reactor using a CuO/ZnO/Al2O3 catalyst./ Hamad Abdulwahab Al Adwani // NTIS, 1992. – 107 p.
8Розрахунок теплообміну в колоні синтезу аміаку
8.1Мета роботи
Розрахунок в середовищі MathCAD байпасних потоків за заданим температурним режимом і даними матеріального балансу.
8.2Короткі теоретичні відомості
Для каталітичних оборотних екзотермічних реакцій температурний профіль (раціональний чи близький до оптимального) визначається конструкцією реактора і способом регулювання тепловим режимом. В багатополичних реакторах найбільш розповсюдженими способом організації теплообміну є використання проміжних теплообмінників або байпасування. Колона синтезу аміаку є основним технологічним апаратом відділення синтезу аміаку. Тепловий баланс колони розраховується на основі даних загального матеріального балансу відділення синтезу. Принципове розташування колони синтезу аміаку у відділенні синтезу аміаку представлено на рисунку 1.
Представлення технологічного вузла колони синтезу на рисунку 1 є спрощеним, оскільки відображає лише вхідний та кінцевий потоки, не розкриваючи ходу газу у колоні. На цьому етапі важливо відзначити точки схеми, що визначатимуть режим матеріальних потоків у колоні синтезу: точки 8 і 9.
Рисунок 1 – Принципова схема відділення синтезу аміаку
Більш конкретно вузол колони синтезу аміаку представлено на рисунку 2. Таким чином, вихідний потік (з параметрами точки 8 на рисунку 1) поступає до вузла колони синтезу і розгалужується на основний потік та байпаси. З колони синтезу аміаку виходить кінцевий потік (з параметрами точки 9 на рисунку 1).
За схемою, представленою на рисунку 1, та якщо відомі параметри точок 8 і 9, можливо розрахувати загальний тепловий баланс. Такий розрахунок буде містити дані про загальний прихід та витрату теплоти, але не ілюструватиме тепловий профіль колони синтезу.
Важливим параметром при здійсненні синтезу аміаку є співвідношення витрат у колоні синтезу за основним ходом та байпасами. Роль байпасів у такому випадку полягає в регулюванні температурного режиму колони. Це є важливим для забезпечення максимального виходу продукту та попередження спікання каталізатора. Разом з цим температура на виході полиці має бути нижче, ніж рівноважна температура – це пропонується порівняти за допомогою відповідного рисунка. Відповідні розрахунки можна здійснити за схемою на рисунку 2, застосовуючи як вихідні дані параметри точок 8 і 9 матеріального балансу та результати загального теплового балансу.
Програмування вище описаних розрахунків є метою цієї роботи.
1 – теплообмінник, 2 – перший шар каталізатора, 3 – другий шар каталізатора, 4 – третій шар каталізатора, 5 – корпус високого тиску
Рисунок 2 – Схема матеріальних потоків у колоні синтезу