Избранные главы химической технологии. Дополнительный выпуск (стр. 13 )

= = .

5.2. Уравнение энергетического баланса

Уравнение энергетического баланса (40) для адиабатного реактора, с учетом уравнений (19), применительно к реактору 5 имеет вид:

0 = HH2(T6) +HCO(T6) +HH2O(T6) +

+HCO2(T6) +HCH4(T6) +HN2(Т6) +HAr (Т6)-

-HH2(T5) -HCO(T5) -HH2O(T5) -HCO2(T5)-

-HCH4(T5)- HN2 (Т5)- HAr (Т5) . (73)

Подставляя в (73) выражения (58) - (60) для потоков веществ-участников реакции (2) и тождество

= - ( - ) ,

а также равенства (72) для инертных компонентов, получим

0 = ( - ) [HH2(T6) - HCO(T6) -HH2O(T6) +HCO2(T6)]+

+[HH2(T6) - HH2(T5)] +[HCO(T6) - HCO(T5)] +

+[HH2O(T6) - HH2O(T5)] +[HCO2(T6) - HCO2(T5)]+

+[HCH4(T6) - HCH4(T5)] + [HN2 (Т6) - HN2 (Т5)]+

+[HAr (Т6) - HAr (Т5)] (74)

Или

0 = (

-

)

2H(Т6)+

, (75)

  где k - число всех компонентов в смеси, поступающей на вход 5 реактора.

В приближении постоянства теплоемкостей газов (23) - (26) и с учетом соотношений (65) и (68) имеем:

где потоки определяются по уравнениям (62) - (67).

Уравнение энергетического баланса (75) можно разрешить также относительно Т6 . Представим 2H(Т6) как 2H(Т5)+ 2CP(Т6-Т5), тогда:

. (77)

Найденная зависимость Т6(6 ) является возрастающей. Так как на промежутке от входа реактора до любого его поперечного сечения процесс конверсии СО протекает в адиабатных условиях, уравнение (77) можно использовать для описания профиля температуры внутри реактора, понимая под Т6 и 6 соответственно текущие температуру и координату процесса конверсии монооксида углерода.

5.3. Расчет равновесной степени превращения

Ясно, что степень превращения CO в СО2 по реакции (2) в реакторе 5 не может превысить равновесного значения. Для нахождения предельного, равновесного значения параметра 6 выразим константу равновесия реакции (2) через мольные доли компонентов:

КР,2(Т6 ) = = , (78)

мольная доля i-го вещества в потоке 6 рассчитывается по уравнению

= ,

где - число веществ в потоке 6. Сокращая числитель и знаменана величину и подставляя выражения потоков (68) - (71), получим уравнение, аналогичное уравнению (50) для Ш. Р.:

62 + 6 + = 0 , (79)

где = 1-КР,2; = (3-2 ) 4 + КР,2 (+2 4);

= - КР,2 4 [+(2 -1) 4] .

Рассуждения, аналогичные тем, которые были приведены при анализе уравнения (15) для Т. П. и уравнения (50) для Ш. Р., позволяют сделать вывод, что (79) имеет единственное решение, обладающее физическим смыслом:

6 = . (80)

Равновесная величина 6 является функцией Т6 (через константу КР,2) . Уравнение (80) и уравнение энергетического баланса (76) совместно определяют равновесные значения как состава смеси, так и температуры на выходе реактора конверсии монооксида углерода. Решение этой системы уравнений может быть найдено, в частности, графическим способом.

В промышленных конвертерах монооксида углерода достигается степень превращения СО до 98% от равновесной для конвертера первой ступени и до 97% - для конвертера второй ступени [2, 4] .

Упражнение.

Катализатор первой ступени конверсии монооксида углерода имеет рабочий интервал температур от 593 до 793 К. Состав смеси на выходе Ш. Р. отвечает параметрам 4=0.973, 4=0.45, =4, 0.300. Возможно ли достижение на выходе реактора первой ступени равновесной доли 6=0.92, и если возможно, то при каких условиях?

Литература

1. . Критерии термодинамического совершенства технологических систем. М.: Химфак МГУ, 1998.

2. Справочник азотчика. М.: Химия, 1986.

3. , , и др. Производство аммиака / Под ред. . М.: Химия, 1985.

4. , . Производство аммиака по энерго-технологической схеме (учебное пособие для рабочих профессий). М.: НИИТЭХИМ, 1979.

5. . Кинетические модели гетерогенно-каталитических реакций. Элементы теории кинетики сложных химических реакций. Глава 1. В сб.: Химическая и биологическая кинетика / Под ред. , , . М.: Изд-во Моск. ун-та, 1983.

6. . Химия и технология основного органического и нефтехимического синтеза. М.: Химия, 1981.

7. , , и др. Термодинамические свойства индивидуальных веществ / Под ред. . М.: Наука, 1978. Т. 1. Кн. 1.