VI. Разработка эхтс на базе печи конверсии.

VI.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.п.III.2.)

(см.п.IV.2.)

Расход топлива равен

V. 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	0,042	822,146	0,6
С3H8	2149,0	0,021	2139,43	0,3
O2	3,95	0,195	-0,100	Эксергиями компонентов воздуха пренебрегаем
N2	0,70	0,742	-11,656

Сечение 2¹-2¹:

T₂=1835К ; P₂= Pº=1 атм

Эксергии компонентов:

Компонент
CO2	20,10	44,14	0,009	0,103	69,06	1,5
O2	3,95	31,50	0,003	0,006	26,581	0,081
H2O	8,60	30,0	0,011	0,165	46,627	2,4
N2	0,70	27,90	0,004	0,726	32,72	10,55656

Сечение 8-8:

T₈=578K ; P₈=3,4МПа (см.п.IV.3.)

Эксергии компонентов:

Компонент
CH4	830,0	14,32	0,075	0,2	838,25	0,402
H2O	8,60	30,0	0,011	0,8	19,08	1,608

Сечение 9-9:

T₉=1073K ; P₉=2,5МПа

Эксергии компонентов:

Компонент
CH4	830,0	14,32	0,075	0,029	857,22	0,07638
H2O	8,60	30,0	0,011	0,411	29,35	1,09344
H2	235,0	27,3	0,00326	0,438	252,33	1,1658
CO2	20,10	44,14	0,009	0,071	41,55	0,13668
CO	275,4	28,41	0,004	0,051	288,37	0,18894

Эксергетический КПД химического реактора:

VI. Процесс теплообмена

VI. 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=3,4 бар (см.п.IV.3.).

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

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

P 7t 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.