Расчет материального баланса процесса получения метанола, интенсивности работы катализатора, часовой производительности установки.

В результате процесса происходят следующие процессы:

1) СО + 2Н2 = СН3ОН + Q

2) СО + 3Н2 = СН4 + Н2О

3) 2СО + 2Н2 = СН4 + СО2

4) 2СО = СО2 + С

5) СО + Н2 = НСНО

6) 2СН3ОН = (СН3)2О + Н2О

7) СН3ОН + Н2 = СН4 + Н2О

Данные для расчета:

1. Рабочий объем катализатора – 24 м3.

2. Расход окиси углерода и метанола на побочные продукты:

СО СН3О

Реакция 2 – 3,8 Реакция 6 – 1,9

Реакция 3 – 4,1 Реакция 7 – 0,5

Реакция 4 – 2,5

Реакция 5 – 0,7

Температура Т = 643 К

Давление Р = 36,5 МПа

Объемная скорость

Мольное соотношение Н2 : СО = 6,2 : 1

3. База для расчета – 1 час работы установки.

Решение:

1. Рассчитаем объем синтез-газа, подаваемый за 1 час в реактор.

Пересчитаем объем газа из нормальных условий в условия реактора:

где р, V, Т – соответственно давление, объем при данной температуре,

р0, V0 – давление и объем при нормальных условиях.

Отсюда

Тогда учитывая объем катализатора, объем синтез-газа будет равен:

м3/ч

2. Зная мольные отношения, определим массы Н2 и СО2, подаваемые в реактор за 1 час.

Зная, что при нормальных условиях 1 моль любого газа занимает объем 22,4 л (0, 224 м3), определим количество молей водорода и оксида углерода:

моль

Тогда количества молей газов составят:

моль/ч

моль/ч

Массовый расход водорода составит

26,57 · 106 · 2 = 53,14 · 106 г/ч = 53,14 · 103 кг/ч

4,29 · 106 · 28 = 120 · 106 г/ч = 120 · 103 кг/ч

3. Расход окиси углерода на побочные и прямую реакции составит:

На реакцию 2 m (СО) = 120000 · 0,038 = 4560 кг/ч

На реакцию 3 m (СО) = 120000 · 0,041 = 4920 кг/ч

На реакцию 4 m (СО) = 120000 · 0,025 = 3000 кг/ч

На реакцию 5 m (СО) = 120000 · 0,007 = 840 кг/ч

Тогда на прямую реакцию будет израсходовано СО:

m (СО) = 120000 - 4560 – 4920 – 3000 – 840 = 106 680 кг/ч

4. Рассчитаем массу метанола исходя из уравнения реакции (1):

кг/ч

5. Рассчитаем массу метанола, реагирующего по побочным реакциям и метанола, полученного в виде продукта:

На реакцию 6 m(СН3ОН) = 121 920 · 0,019 = 2316,5 кг/ч

На реакцию 7 m(СН3ОН) = 121 920 · 0,005 = 609,6 кг/ч

Тогда в качестве продукта будет получено метанола:

m(СН3ОН) = 121920 – 2316,5 - 609,6 = 118993,9 кг/ч

6.Проведем балансовые расчеты по основной и побочным реакциям:

Реакция 1:

Расход водорода составит:

кг/ч

Реакция 2:

Расход водорода составит:

977,1 кг/ч

будет получено метана:

кг/ч

будет получено воды:

Реакция 3:

Расход водорода составит:

кг/ч