bilans cieplny aparatu do konwesji

Przykład 54
Sporządzić bilans cieplny aparatu do otrzymywania wodoru metodą konwersji metanu z parą wodną według równania
Q=
CH4+ H2O ↔CO+3H2
Obliczenia przeprowadzić na 1000
3
m H2.
206200 kJ
Straty ciepła do otoczenia -6% przychodu. Stosunek objętości metanu do pary wodnej
CH4 : H2O = 1:2
Temperatura doprowadzanych do aparatu reagentówwynosi 105º C; temperatura w sterefie biegu reakcji -900º C.
Ciepło molowe substratów i produktów w kJ/(kmol*dag);
CH4
100°C
900°C
H2O
36,72
-
33,29
28,97
29,10
31,36
29,90
surowiec
ilość w m
produkty
CH4
333 CO
H2O
667
H2O
H2
razem
CH4 : H2O = 1:2
Rozchód
3
1000
razem
ilość w m3
333
334
1000
1667
Przychód ciepła
1. Ciepło wprowadzone do aparatu z metanem:
QCH4=
57317,625 kJ
2. Ciepło wprowadzone z wodą:
QH2O=
Razem
104083,266 kJ
161400,891 kJ
temperatura doprowadzanych regeneratów wynosi 105°C
38,14
Zgodnie z warunkami zadania
Przychód
H2
CO
1000 m3 H2 objętości surowców i otrzymanych produktów przedstawia tabela
105
Rozchód ciepła
Ciepło jest unoszone z produktami reakcji w temperaturz 900°C.
QCO=
QH2=
QH2O=
900
419580 kJ
1201339,29 kJ
511825,179 kJ
Ciepło potrzebne endotermicznej reakcji konwersji dostarczone jest przez spalanie określonej ojętości metanu.
206200
Według równania reakcji to ciepło wynosi 206200 kJ
Qend.=
3065383,93 kJ
Ciepł stracone: 6% ciepła doprowadzonego, tj
Qstr.=
Przychód
QCH4=
QH2O=
razem:
0,06
9684,05344 kJ
Ilość ciepłą
w kJ
Rozchód Ilość ciepłą
w kJ
QCO=
104083,266 QH2=
161400,891 QH2O=
Qend.=
Qstr.=
57317,625
razem:
419580
1201339,3
511825,18
3065383,9
9684,0534
5207812,4
Z zestawienia wynika, że po stronie przychodu występuje niedobór ciepła
∆Q=
5046411,56 kJ
Ten brak ciepła uzupełnia się spalając metan
CH4+2O2→CO2+2H2O
w ilości
Q=
5,66407942 kmola,
3
co stanowi 126,875379 m
W ostatecznym rozliczeniu bilansu mamy:
-890950 kJ/kmol
Przychód
QCH4=
QH2O=
∆Q=
razem:
Ilość ciepłą
w kJ
Rozchód Ilość ciepłą
w kJ
QCO=
104083,266 QH2=
5046411,56 QH2O=
5207812,45 Qend.=
Qstr.=
57317,625
razem:
419580
1201339,3
511825,18
3065383,9
9684,0534
5207812,4
Qstr.=
9684,0534
Ciepło otrzymane ze spania CH4
5046411,6 kJ
Przykład 55
Konwentor
Ciepło wprowadzone z surowcami
161400,89
Ciepło unoszone z gazami
po konwersji
5207812 kJ