Данные для расчета:
Основная реакция:
(1)
Побочные реакции:
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(7)
Рабочий объем катализатора – 24 м3.
Расход оксида углерода и метанола на побочные продукты с учетом рецикла, %(масс.):
СО СН3ОН
Реакция 2 – 3,8 реакция 6 – 1,9
Реакция 3 – 4,1 реакция 7 – 0,5
Реакция 4 – 2,5
Реакция 5 – 0,7
Итого: 11,1 2,4
Температура – 655 К – 382 оС.
Давление – 38,8 МПа.
Объемная скорость газа – 22,2·103 
.
Мольное соотношение Н2: СО – 7,5.
База для расчета – 1 час работы установки.
1) Объем синтез-газа подаваемого в реактор за 1 час (учетом рецикла)
расход при нормальных условиях
V0=22,2·103·24=532,8·103 нм3/ч;
при условиях реактора (по формуле Менделеева-Клайперона)
.
2) Массы водорода и оксида углерода, подаваемые в реактор
количество кмоль синтез-газа:
532,8∙103·1000/(22,4∙1000)=23785,7 кмоль/ч;
количество моль водорода:
;
количество кмоль СО
23786-20988=2798 кмоль/ч.
, 
;
, 
.
3) Расход оксида углерода
на целевую реакцию:
78344·(100 - 11,1)/100=69648 кг/час;
на побочные:
78344-69648=8696 кг/час.
4) Масса образующегося метанола
масса водорода на целевую реакцию
;
Масса метанола
69648+9950=79598 кг/ч.
5) Расход метанола на побочные реакции
на реакцию (6)
79598·1,9/100=1512 кг/ч;
на реакцию (7)
79598·0,5/100=398 кг/ч.
Часовая производительность установки на 100% метанол:
79598-1512-398=77688 кг/ч.
6)Балансовый расчет по реакциям
реакция (2)
СО: 78344·3,8/100=2977 кг/ч;
Н2: 
;
СН4: 
; 
Н2О: 
;
реакция(3)
СО: 78344·4,1/100=3212 кг/ч;
Н2: 
;
СН4: 
;
СО2: 
;
реакция(4)
СО: 78344·2,5/100=1959 кг/ч;
С: 
;
СО2: 
;
реакция(5)
СО: 78344·0,7/100=548 кг/ч;
Н2: 
;
НСНО: 
;
реакция(6)
СН3ОН: 1512 кг/ч;
(СН3)2О: 
;
Н2О: 
;
реакция(7)
СН3ОН: 398 кг/ч
Н2: 
;
СН4: 
;
Н2О: 
;
Масса непрореагировавшего водорода
41976-9950-638-229-39-25=31095 кг/ч.
Всего образовалось:
∑СН4 = 1701+918+199=2818 кг/ч;
|
|
∑Н2О = 1914+425+224=2563 кг/ч;
∑СО2 = 2524+1539=4063 кг/ч.
Основные технологические показатели процесса:
Конверсию исходного сырья рассчитываем как отношение количества израсходованного сырья (СО+Н2) – (Gн - Gк), где Gк – количество непрореагировавшего водорода, к общему количеству сырья в начале процесса Gн:
Селективность нахожу как отношение готового продукта Gп к прореагировавшему сырью Gc (на 100 % метанол)
Выход целевого продукта.
Если количество целевого (товарного) продукта Gп, то выход продукта Р в расчете на сырье Gз составит
Интенсивность работы катализатора рассчитываем как отношение производительности установки по метанолу на объем катализатора:
где П=79598 кг/ч – количество метанола, полученного в результате реакции (1).
7) Материальный баланс процесса
Таблица 3.
Материальный баланс реактора
| № п/п | Приход | кг/ч | № п/п | Расход | кг/ч |
| СО | СН3ОН | ||||
| Н2 (с учетом рецикла) | Н2О | ||||
| СО2 | |||||
| СН4 | |||||
| С | |||||
| НСНО | |||||
| (СН3)2О | |||||
| Н2 (на рецикл) | |||||
| ИТОГО: | ИТОГО: |
РАБОТА НАД ОШИБКАМИ
Селективность нахожу как отношение готового продукта Gп к прореагировавшему сырью Gc (на 100 % метанол)
где GП=77688 кг/ч – расход метанола (по материальному балансу);
Gс – расход прореагировавшего сырья:
78344 кг/ч – расход СО, 9950 кг/ч – расход водорода на целевую реакцию (1).
Интенсивность работы катализатора рассчитываем как отношение производительности установки по метанолу на объем катализатора:
|
|
где П=77688 кг/ч – количество полученного метанола (по материальному балансу).
ЛИТЕРАТУРА
1. Кутепов А.М., Бондарева Т.И., Беренгартен М.Г. Общая химическая технология. Учебник для технических ВУЗов. – М.: «Высшая школа», 1990. – 512 с.
2. Лебедев Н.Н. Химия и технология основного органического и нефтехимического синтеза: Учебник для вузов. – М. Химия, 1988. – 592 с.
3. Общая химическая технология: Учеб. для химико-техн. спец. вузов. В 2-х т./под ред. проф. И.П.Мухленова. – М.: Высш. шк., 1984. – 263 с.
4. Паушкин Я.М., Адельсон С.В., Вишнякова Т.П. Технология нефтехимического синтеза, в двух частях. Ч. I. Углеводородное сырье и продукты его окисления. М.: «Химия», 1973. – 448 с.