Таблица 6.2. Материальный баланс производства фосфорной кислоты

Вещество

Количество

кг/ч

Вещество

Количество

кг/ч

76%-ная

кислота

1000

1197,4

1815,46

24,92

29,84

45,24

Фосфорная кислота с 32%-ным содержанием Р2О5

Фтор (газ)

1182,5

29,46

0,15

0,74 69,65

Итого

4012,86

Пример 6-3. Составить материальный и тепловой балансы двухступенчатой конверсии метана с целью получения азотно-водородной смеси для синтеза аммиака (рис. 6.3).

Реакции, сопровождающие конверсию метана: в трубчатом конверторе первой ступени

СН4 + ЩО < СО + ЗН2 - 206 кДж/моль

СО + ЩО <=> СО2 + Н2 + 40,9 кДж/моль,

(1) (2)

Примеры расчета материального и теплового балансов химического производства , Дымовые газы

Метан

Первая ступень

Природный газ (метан)

Горелка

Вторая ступень

Конвертированный газ

(Нг, N2, СО2, СО, СН4, Н2О)

Рис. 6.3. Схема материальных потоков в процессе двухступенчатой конверсии метана водяным паром с целью получения азотно-водородной смеси в производстве аммиака

в конверторе второй ступени

СН4 + ЩО <С0 + ЪЩ - 206 кДж/моль СО + HjO <=> СО2 + Н2 + 40,9 кДж/моль Н2 + 0,5 О2 = Н2О + 481,96 кДж/кмоль.

(1) (2) (3)

Отношение объемов пар/газ в исходной смеси равно 2,5. Степень конверсии метана на первой ступени составляет 70%. Температура па-ро-газовой смеси на входе в трубчатый конвертор равна 380 °С, на выходе из трубчатого конвертора - 700 °С. Трубчатый конвертор первой ступени обогревается дымовыми газами, образующимися при сжигании метана. Температура газа на входе в конвертор второй ступени равна 690 °С, температура воздуха, поступающего в конвертор второй ступени - 18 °С, температура газа на выходе из конвертора второй ступени - 1100 °С. Соотношение (СО + H2):N2 в конвертированном газе должно быть 3,2, содержание метана в сухом конвертированном газе -0,3%. Соотношение между объемами СО и COj в конвертированном газе принять равным равновесному по реакции (2) при температуре 1010 °С. Теплопотери в окружающую среду принять равными 4% от приходящей теплоты. Давление в конверторах 9,8 МО Па. Расчет вести на 1000 м^ метана при нормальных условиях.

Расчет трубчатого конвертора первой ступени. Составим балансовые уравнения по содержанию каждого компонента в исходном и конвертированном газе после первой ступени, м^, согласно основному уравнению материального баланса для отдельного реактора

N + N = N

j вх ( внутр ист / вых'

Vcx=AЩO = У^АуЩ = AjCO = 700

м

А^СО = А,ЩО = А,СО, = А,Щ = Vo,-

Следовательно, систему уравнений материального баланса можно записать в следующем виде: по водороду

2100+Ксо х=Кн2,вых; по водяному пару

2500 - 700 -Fco 3 ,= Wix; по оксиду углерода

700 - Ксог.вых СО.вых-

Имеем три уравнения с четырьмя неизвестными. Учитывая то, что соотношение между СО и COj в выходящем газе по условию определяется равновесием реакции конверсии оксида углерода водяным паром, которое при температуре 700 °С достигается весьма быстро, запишем:

CoHjO СОНзО

ПО метану

КсН4,исх ~ СН/ КсН4,вых'

по водяному пару

по водороду

по оксиду углерода

А,СО-А2СО=Ксо,еых;

по диоксиду углерода

где Aj - изменение объема указанного компонента по реакции (1);

- изменение объема указанного компонента по реакции (2).

Согласно стехиометрическим уравнениям реакций (1) и (2) и условиям задания можно записать: