Конверсия СО. Конверсия. Окись углерода

• Название: Окись углерода
• Анкор: Конверсия СО
• Дата: 21.12.2019
• Размер: 244.24 Kb.
• Имя файла: Конверсия.docx
• Тип: Документы; #101400
• страница: 4 из 7

2 Технологический расчет реактора конверсии

2.1 Исходные данные

В качестве сухой смеси после конверсии природного газа примем состав, указанный в таблице 1.

Таблица 1 - Состав сухой смеси на входе в реактор высокотемпературной конверсии

Компонент	Объемные %
CO	22,1
CO2	7,0
Н2	50,4
CH4	0,49
N2	18,7

Производительность реактора по сырью составляет 6 000 м³/ч.

Избыток пара в парогазовой смеси n=0,65

Остаточное содержание CO на входе в реактор высокотемпературной конверсии 3,58 % об.

Остаточное содержание CO на входе в реактор низкотемпературной конверсии 0,31 % об.

Общее давление Р=2 МПа.

2.1 Расчет оптимальных параметров процесса

СО + Н₂O = СО₂ + Н₂

Для расчёта равновесной степени превращения оксида углерода пересчитаем концентрации исходных компонентов реакции, приведенные в задании на сухую смесь, на их концентрации c_i.0 в парогазовой смеси:



для воды:

,

где n  отношение объёмных расходов водяного пара и сухого газа.

После пересчёта концентрации компонентов в реакции конверсии оксида углерода составят:

Компонент	Объемные %
CO	14,83
CO2	4,7
Н2	33,83
Вода H2O	32,89

Равновесная степень превращения вычисляется путем решения квадратного уравнения:


где коэффициенты рассчитываются:







Данные коэффициенты получены из уравнения:









где Кр - константа равновесия реакции, равная:

К_р =

где Рi - парциальные давления компонентов, которые находятся по уравнениям:









Также константу фазового равновесия можно найти из уравнения зависимости константы фазового равновесия от температуры:

lg К_р = + 0,297 lgT + 0,3525^. 10^-3 T  0,0508^. 10^-6 T ²  3,26

где Т-температура, К.

Тогда для температуры 450 К и n=0,49:

lg К_р = + 0,297 lg450 + 0,3525^. 10^-3 ·450  0,0508^. 10^-6 ·450 ² - 3,26=2,60

Кр=401,92

Подставляем полученное значение и концентрации в формулы:







Тогда степень превращения:



откуда х_р=0,992

Рассчитаем степень превращения при других температурах и содержания пара. Примем шаг температура равным 10 К, шаг содержания пара 0,1. Результаты расчетов представлены в таблице 2.

Таблица 2 - Результаты расчетов степени превращения

T, K	lgKp	Kp	Xp
			n=0,3	n=0,4	n=0,5	n=0,6	n=0,7
450	2,604	401,902	0,975	0,987	0,992	0,994	0,995
460	2,503	318,341	0,969	0,984	0,989	0,992	0,994
470	2,406	254,772	0,962	0,980	0,987	0,990	0,992
480	2,314	205,881	0,954	0,976	0,984	0,988	0,990
490	2,225	167,891	0,945	0,971	0,980	0,985	0,988
500	2,140	138,084	0,935	0,965	0,976	0,982	0,986
510	2,059	114,485	0,924	0,958	0,972	0,979	0,983
520	1,981	95,640	0,913	0,951	0,966	0,974	0,979
530	1,906	80,469	0,900	0,943	0,960	0,970	0,976
540	1,834	68,162	0,887	0,934	0,954	0,965	0,972
550	1,764	58,105	0,873	0,924	0,946	0,959	0,967

На рисунке 3 представлена зависимость степени превращения СО от температуры и избытка пара.


Рисунок 3 - Влияние температуры и избытка пара на степень превращения CO
Необходимо рассчитать степень превращения после высокотемпературной конверсии по вычисленной раннее концентрации СО во влажном газе:







Степень превращения после низкотемпературной конверсии составляет:



Таблица 3 - Степени превращения CO по стадиям процесса

Стадия конверсии	xн	хк
1. Высокотемпературная конверсия	0	0,759
2. Низкокотемпературная конверсия	0,759	0,913

Скорость реакции для этого превращения можно записать как:



Чтобы найти k, находят параметры уравнения Аррениуса. Известно, что:

=1,1 при = 500 K

3,1 при = 520 K











Коэффициент A рассчитывается по эмпирическому уравнению:



Парциальные давления компонентов:









Рассчитаем значения r для степеней превращения в интервале от 0,2 до 0,9 при варьировании температур от 400 до 850 K. Значения Кр находим по раннее использовавшейся формуле. Значения А и k рассчитываем по формулам.

В таблице 4 представлены результаты расчетов. Таблица составлена для пяти значении степени превращения – 0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 0,9, в интервале температур 400 850 К.

Таблица 4 - Результаты расчетов

Т,К	400	500	600	700	800	850
k	0,309	1,733	5,938	14,953	21,871	0,309
A	0,027	0,118	0,342	0,761	1,057	0,027
Kp	138,084	28,455	9,434	4,203	3,032	138,084
x=0,2	3,905	16,139	32,389	42,022	42,899	3,905
x=0,4	2,006	8,716	17,757	19,840	16,169	2,006
x=0,6	0,953	4,051	6,798	0,344	-8,924	0,953
x=0,8	0,334	1,057	-1,342	-16,630	-32,361	0,334
x=0,9	0,125	-0,006	-4,552	-24,218	-43,452	0,125

Проведём линию оптимальных температур, для каждой степени превращения найдём температуру, для которой скорость реакции максимальна:

Таблица 3 - Расчет максимальной скорости реакции

Х	r max	Топт (К)
0,2	42,90	1100
0,4	16,17	950
0,6	0,34	825
0,8	0,45	675
0,9	0,13	510

Рисунок 4 - Линия оптимальных температур
На основании проведенных расчетов, принимаем в качестве начальной температуры 600К.

Температуру низкотемпературной конверсии принимаем равной 493 К.