V. Разработка эхтс на базе печи конверсии.

V.1. Энергетический баланс горения. Определение расхода топлива.

Допущения:

1. Вся тепловая мощность, полученная при охлаждении топочных газов от температуры адиабатного горения до температуры T₂=1835К, передается смеси метана и воды.

Энергетический баланс:

(см. )

(см. )

(см. )

Расход топлива равен

VI. Эксергетический анализ химического реактора.

Эксергетический КПД химического реактора определяется из соотношения:

Зависимость эксергии компонента от температуры и парциального давления выражается соотношением:

Сечение 1-1:

T₁=T_oc=T₀=298,15K ; P₁= Pº=1 атм

Эксергии компонентов:

Компонент
CH4	830,0	0,0315	821,43	0,5
С3H8	2149,0	0,025	2139,85	0,4
O2	3,95	0,19683	-0,079	Эксергиями компонентов воздуха пренебрегаем
N2	0,70	0,74631	-11,90611

Сечение 2¹-2¹:

T₂=1835К ; P₂= Pº=1 атм

Эксергии компонентов:

Компонент
CO2	20,10	44,14	0,009	0,105	69,105	1,7
O2	3,95	31,50	0,003	0,007	23,69	0,12
H2O	8,60	30,0	0,011	0,16	46,82	2,6
N2	0,70	27,90	0,004	0,728	32,66	11,8312

Сечение 8-8:

T₈=578K ; P₈=3,95МПа ( )

Эксергии компонентов:

Компонент
CH4	830,0	14,32	0,075	0,25	839,751	0,446
H2O	8,60	30,0	0,011	0,75	19,86	1,338

Сечение 9-9:

T₉=1173K ; P₉=3,2МПа

Эксергии компонентов:

Компонент
CH4	830,0	14,32	0,075	0,03381	865,41	0,08474
H2O	8,60	30,0	0,011	0,3630	32,74	0,90984
H2	235,0	27,3	0,00326	0,4591	255,6	1,15068
CO2	20,10	44,14	0,009	0,0267	43,73	0,0669
CO	275,4	28,41	0,004	0,1174	293,47	0,29436

Эксергетический КПД химического реактора:

VII. Процесс теплообмена

VII. 1. Эксергетический анализ.

Допущение: участвующие в теплообмене газы рассматриваются как идеальные.

Эксергетический КПД процесса теплообмена определяется из соотношения:

Эксергия тепловой мощности:

VI.2 Расчет турбокомпрессора.

Исходные данные:

Давление метана на входе в компрессор P₆=8 бар

Температура на входе в компрессор Т₆=300К

Энтропийный КПД компрессора

Механический КПД

Допущения:

1. Давление метана на выходе из компрессора принимается равным давлению газовой смеси на входе в реактор, P₇=P₈=3,95 бар (см. ).

2. Реальный процесс сжатия – политропный. Показатель политропы метана k=1,31.

3. КПД электродвигателя и передачи принимаются за 1.

4. Теплоемкость воды не зависит от температуры

VI.3 Определение механической мощности турбокомпрессора.

Массовый поток метана:

Механическую мощность турбокомпрессора находим по формуле

КПД компрессорной установки

Степень сжатия газа в ступени полагаем ε=3;

Значит, турбокомпрессор – двухступенчатый, z=2.

Работа обратимого процесса (удельная):

Внешняя работа (работа реального процесса):

Механическая мощность турбокомпрессора:

Графическое представление процесса сжатия в турбокомпрессоре.

pv - диаграмма

P7t 7 7s

P₇

P_a b a

P₆

v

Ts - диаграмма

T

P₇ P_a P₆

7_д a_д

T₇

7_s a_s

T_7s

b

T₆

s

Примечание: диаграммы построены без соблюдения масштаба.