Расчёт конверсии метана / Расчет конверсии метана

5.2 Энтальпийный баланс ГТ

ii= jj

 Мы получаем Т при которой выполняет баланс энергии

по методу графика

Т=2253=Тадиабат

5.3 Эксергетический анализ процесса горения

^{адиабат} _{х = j х}^_{j P2=P1=Po=1atp}

_iх^_{i T1=298,16 T2=2305}

_{При Т=2253  Кр1=1116,5 Kp2=1487,3}

Константы равновесия получаются из справочника или исползяй форму

dlnKp= H (Применяем что Н(Т))

_{dT RT}²

^{X=0,029 Y=0,024}

_{j х}^_{j (T=T2=2253}^o₎

1. _х^_{= х}^ _+Cph^_{(T2-To) -Toc .Cps}^_{ln(T2/To) + Toc.R}^_ln(Pj/Po)

Вещества	a	b	Cph	Cps	Мол	P	х^ МДЖ/КМоль	х^ МДЖ/КМоль
CO2	32,20	0,022	60,26	53,47	1,55	0,10	20,10	100,11
O2	31,50	0,003	35,33	34,40	0,081	0,0053	3,95	39,37
N2	27,90	0,004	33,00	31,77	11,12	0,720	0,70	45,35
OH	29,00	0,06	105,53	87,00	0,062	0,004	42,20	182,61
H2	28,80	0,000	31,57	30,54	0,031	0,002	235,00	262,99
CO	28,40	0,004	33,50	32,27	0,046	0,003	275,40	307,12
H2O	34,30	0,002	34,85	34,23	2,54	0,17	8,60	51,80

 _{j х}^_{j =837,8} МДЖ/ КМоль

• _iх^_{i :}

		T=298.16	To=298.16
Вещества	a	b	Cph	Cps	P	Moль	х^ МДЖ/КМоль	х^ МДЖ/КМоль
C3H8	1,72	0,271	82,52	-103,30	0,020	0,30	2149,00	2139,30
CH4	14,32	0,075	36,68	-74,80	0,046	0,70	830,00	822,40
O2	31,50	0,003	32,39	0,00	0,196	2,96	3,95	-0,088
N2	27,90	0,004	29,09	0,00	11,12	11,12	29,09	-0,056

_iх^_{i = 1216,6} МДЖ/КМоль

 ^{адиабат} _{х = j х}^_{j = 837,8/1216,6= 0,69}

_iх^_i

6.Эксегетический анализ процесс теплообмена

_х ^об/мен ₌ _{хQ89 где}

_хQ12

_{хQ89=Qe89(1-Toc/T89)}

_{хQ12= Qe12(1-Toc/T12)}

_{T89=(T9-T8)/ln(T9/T8)=(1123-573)/ln(1123/573)=817,4}^о_К

_{T12=(T2-T1)/ln(T2/T1)=(2253-1835)/ln(2253/1835)=2036,87} ^о_К

_^об/мен_х= ^{T12(1-Toc/T89)} _{= 0,74}

T89(1-Toc/T12)

7.Процесс течения на примере стуйного компрессора

Струйный компрессор – это техническое устроитство обеспечиваюшее повышение давления эктертируемого компонента

за счёт кинетической энергии эктертирющего агента

1

Пар Н₂О

4

2 5

5

1 2 4

3 3

СН₄

Р₁=66 бар Т₁=451^оС=724^оК ^e_S=0,9 m^о_n=25,92 Kг/Кмоль

Р₃=8 бар Т₃=25^оС=298^оК m^о_CH4=5,76 Kг/Кмоль

W₁=W₃=W₅0 ^д_S=0,82

Р₂=Р₃=Р₄=8 бар

f₂=f₄

C_рh=C_рs=37,7КДж/Кмоль.К

К=1,3

h=C_р.Т M=17,6Kг/Кмоль

*Рассматрим часть 1-2s

ds=0; q^e=0;d=0

Tds=dh-vdp h₁-h_2s= k.RT₁ 1-(P₂/P₁) ^(k-1)/k где R=R/18

k-1

h₁-h_2s= 558,65 КДЖ/Кг

W_2s=(2(h₁-h_2s))^0,5=33,43 (M/C)

=w_2д/w_2s=(^e_S)^0,5  w_2д=31,71(M/C)

Баланс энергии

m^о_n(h₁+w₁²/2) + m^о_CH4(h2+w₃²/2) = (m^о_n + m^о_CH4)(h₅ + w₅²/2)

m^о_n.Cp.T₁ + m^о_CH4.Cp.T₃ = (m^о_n + m^о_CH4)Cp.T₅

T₅=638,8⁰K

*Часть 2-4

Баланс сохранения импульса

m^о_n. w_2д +P₂.f₂ = (m^о_n + m^о_CH4)w₄ +P₄.f₄

Получаем w₄= m^о_n* w_2д/(m^о_n + m^о_CH4)=25,95(M/C)

Энергетический баланс

(m^о_n + m^о_CH4)(h₄ +w₄²/2) = (m^о_n + m^о_CH4)(h₅ +w₅²/2)

Cp.T₄ + w₄²/2 =Cp.T₅

Получаем T₄=481,7⁰K

*Часть 4-5s:

ds=0; q^e=0;d=0

h₄-h_5s= ^k RT₄[1-(P5/P4)^(k-1)/k]

k-1

^д_S=_45s/^e₄₅=(h₄-h_5s)/(h₄-h₅)

h₄-h_5s=0,82.(h₄-h₅)= -276,1 КДЖ/Кг

h₄-h_5s= ^k RT₄[1-(P5/P4)^(k-1)/k]

k-1

Получаем P₅=23,4 бар

*^ck_х:

_х см(P_5,T₅)=12,1 MДЖ/Кг

_х H₂O(P_1,T₁)= 16,5 MДЖ/Кг

_х CH₄(P_3,T₃)= 5,16 MДЖ/Кг

^ck_х= m^о_см. _х см(P_5,T₅)

m^о_H2O. _х H₂O(P_1,T₁) + m^о_CH4. _х CH₄(P_3,T₃)

^ck_х=0,84

8.Мноступенчатая компрессорная установка

Процесс повышения давления метана до давления Р8 осуществляется с помощью многоступенчатой компрессорной установки.

В холодильнике , охлаждающая вода берется из водооборотного цикла.

^T_S=0,8 _Mex=0,95 _Пер=1 n₂₅o=h^”-h’=2500 KДж /Кг

Т=11,5^оК

8.1 Определение механической мощности

*Масса метана: m6=V6.M_CH4/22,4=8.10³.16/22,4=5,714[kг/c]

^к= ^T_S*_Mex*_Пер=0,76

^e₆₇=_67s/^к (1)

*Степень повышение давления:

3==(P_k/Pн)^1/z=(P8/8 бар) P8=3,2Мпа

z  2

*Обший случай работа

_12s=z ^k RT₁[1-(P2/P1)^{(k-1)/ zk}]

k-1

В этом случай

₆₇₌ ^{z k} RT₆[1-(P_k/P_н)^(k-1)/k] ₌ 2 *1,3*8314*300[1-(32/8)^0,3/(2*1,3)]

k-1 0,3*16

₆₇= -2,34.10⁵ ДЖ

^e₆₇ =_67s/^к = -3,1.10⁵ ДЖ

Z= m^o_CH4. ^e₆₇= -1,77MBT

8.2.Определение массы воды при охлаждении

Q^e₁₂=m^o(h₂-h₁) + Z^e₁₂

_но m^o(h₂-h₁)>> Z^e₁₂

_ Q^e₁₂=m^o(h₂-h₁)=m^o_CH4(h_b-h_a)

Q^e_cd=m^o_H2O(h_d-h_c)

 Q^e_ab= -Q^e_cd

_ m^o_CH4(h_b-h_a)= -m^o_H2O(h_d-h_c)

m^o_CH4(h_a-h_b)= m^o_H2O(h_d- h_c)

m^o_H2O= ^moCH4(ha-hb)

h_d- h_c

ТК m^o_H2O мало зависит от Т

m^o_H2O= ^moCH4(ha-hb) T_d-T_c=11,5^O

С_pH₂O(T_d-T_c)

m^o_H2O= 296,96 кг/c

8.3.Определение Т_а

Определим температуру после охлаждения

^T_S=_67s/^e₆₇=(h₆-h_7s)/(h₆-h₇)=(T₆-T_7s)/(T₆-T₇)

Где T_7s=T₆(P_k/P_н)^(K-1)/ZK=352,0^oK

^T_S=0,8=(300-352,0)/(300-T_a)

T_a=365,1^oK

9.Паросиловой цикл Рекина

1835^oK

480^oK

BK

ПК

ПП

Р₁=81 бар t₁=472^оС

из диаграма h₁=3330KДж/Kг,s₁=6,74KДж/Kг.K

P₂=0,072 бар t₂=40 ^оС

из диаграма h₂=2570KДж/Kг,s₁=6,14KДж/Kг.K

^’_S=0,95 ^нас=0,5

*Часть 1-2s

а)Обратимый процесс

ds=0; q^e=0;d=0

q_12s= h_2s-h₁ + _12s

_12s=h₁-h_2s=760 KДж/Kг

б)Необратимый процесс

^’_S= (h₁-h₂)/( h₁-h_2s)=0,95

^e₁₂=0,95.760=722 KДж/Kг

h₂=h₁-0,95(h₁-h_2s)=2608 KДж/Kг

*Часть 2s-2’:

а) Обратимый процесс

dp=0 q_2s2’=h_2’-h_2s+_2s2' h_2’=Cp.T_кин=4,187.40=167,48 KДж/Kг

б) Необратимый процесс

dp=0 q_22’=h_2’-h₂+^e_22'

q_22’ = - 2440,52 KДж/Kг

*Часть 2’- 4

а) Обратимый процесс

ds=0; q^e=0;d=0

q_2’4s= h_4s-h_2’ + _2'4s

h_4s= h_{2’ +}v(P₁-P₂).10²=175,57 KДж/Kг тк v=0,001

б) Необратимый процесс

^нас=0,5=_2'4s/^e_2'4=(h_2’-h_4s)/(h_2’-h₄)

^e_2'4=-16,18 KДж/Kг

h₄=h_2’- ^e_2'4=183,66 KДж/Kг

*Часть 4-1

а) Обратимый процесс

dp=0 q_4s1=h₁-h_4s+_4s1= h₁-h_4s=3154,43 KДж/Kг

б) Необратимый процесс

dp=0 q ^e₄₁=h₁-h₄+^e₄₁= h₁-h₄= 3146,3 KДж/Kг

Получаем таблицы

*Для обратимых процессов

	Обратимый процесс
Наим процесс	q KДж/Kг	,KДж/Kг
1-2s	0	760
2s-2'	-2402,5	0
2'-4s	0	-8,1
4s-1	3154,4	0

q= =751,9 KДж/Kмоль ^обр_th= _ц/q_4s1=0,238

*Для необратимых процессов

	Необратимый процесс
Наим процесс	q KДж/Kг	,KДж/Kг
1-2	0	722
2-2'	-2440,52	0
2'-4	0	-16,2
4-1	3146,3	0

q=705,82 KДж/Kг=  

^необр_th= _ц/q ^e₄₁=0,225

 ^обр_th > ^необр_th

хq_4s1= q_4s1(1-T_oc/T_4s1)

T_4s1= q_4s1/(S₁-S_2’)

Где S_2’ =S’_TT +_TTT  ^TKCpdT/T  S_2’=Cpln(T_K/T_TT)=0,572 KДж/Kг.K

 T_4s1=518,9⁰K

хq_4s1=1343,18 KДж/Kг

Q_УТИЛ=Q^e₄₁=m^o_ТГ(h₁₈₃₅-h₄₈₀)

m^o_ТГ=n^o_ТГ.М_ТГ где М_ТГ=М=27,98КГ/Кмоль

n^o_ТГ= _ТГ.n_B=4,61 Кмоль/c

m^o_ТГ=129,1КГ/c

h=Cp(T-T_o) h=h.

*При Т=1835^о

Вещество	СО2	Н2О	N2	O2
Cp, KДж/Kмоль	55,66	34,43	32,17	34,7
h, MДж/Kмоль	85,55	52,92	49,45	53,33

h=53,8 MДж/Kмоль

*При Т=480⁰

Вещество	СО2	Н2О	N2	O2
Cp, KДж/Kмоль	40,76	33,1	29,5	32,7
h, MДж/Kмоль	7,42	6,02	5,37	5,95

h=5,69 MДж/Kмоль

 Q^e₄₁=6209,2 MBT

Кроме этого Q^e₄₁= m^o_H2O. q ^e₄₁

 m^o_H2O=1,97.10³КГ/c

9.1 Расчет механической мощности

Механическая мощность

Z_ц= m^o_H2O. _ц =1392,9 MBT

9.2 Термический К.П.Д

_th= _ц/q ^e₄₁=0,225

9.3 Эксергетический К.П.Д

_x= _ц/хq_4s1 =751,91/1343,18=0,56

10.Выводы

а)Расход топлива в топке трубчатой печи

VC₃H₈=0,3*0,3*22,4 =2,02 (M³/c)

VCH₄ =0,7*0,3*22,4 =4,70 (M³/c)

VO₂=2,958*0,3*22,4=19,88(M³/c)

VN₂=11,12*0,3*22,4=74,72(M³/c)

V=101,31(M³/c)

б) Термический К.П.Д паросиловой установки

_th=0,37

в) Эксергетический К.П.Д паросиловой установки

_x= 10,6

В данной работе мы:

1) Рассмотрели полную схему получения технологического газа .

2)Выбрали оптимальные составляющие системы

3)Учли все технологические особенности данного процесса

4)Нашли КПД характеризующие процессы протекающие в данной системе.

5)Получили результаты вычислений, которые удовлетворяют физическим представлениям.

6)

Литература

1.Термодинамические расчеты основных процессов в энерго- химико-технологических системах

В.А.СМИРНОВ, Л.Ф. ШИБАЕВА, С.В.МИНОСЬЯНЦ Москва 1988