 |
Složitější materiálová bilance
s fiktivními proudy
|
[ZPĚT na OBSAH]
Zadání:
Vodík a oxid uhelnatý pro výrobu syntetického metanolu podle reakce:
2H2 + CO = CH3OH
se získávají parciální oxidací kapalných uhlovodíků. Směs plynu, která
oxidací vznikne, obsahuje 46,2 mol% H2, 46,7 mol% CO, 4,6 mol%
CO2, 0,4 mol% CH4
a 2,1 mol% N2. Tuto
směs nelze přímo použít k syntéze, neboť podmínky reakce vyžadují, aby
v syntézním plynu byl molární poměr H2 : CO = 2 : 1. Proto se
část plynu po oxidaci vede ke konverzi s vodní párou. Vodní pára přichází
ve stechiometrickém množství.
CO + H2O = H2 + CO2
Tím se obsah vodíku v poměru k oxidu uhelnatému zvýší. Suchý plyn po
konverzi obsahuje 2 mol% nezreagovaného CO. Žádaného poměru H2
ku CO se dosáhne mísením plynu z oxidace a konverze. Z této směsi se ještě
odstraní CO2 a H2O.
Určete:
a) jaká část z celkového látkového množství po oxidaci se vede
ke konverzi s vodní parou
b) jaké je složení syntézního plynu
Řešení:
Proudy:
| 1 - plyn po oxidaci |
5 - fiktivní proud (CO + H2O) |
| 2 - vodní pára |
6 - fiktivní proud (H2 + CO2) |
| 3 - oxid uhličitý a vodní pára |
|
| 4 - syntézní plyn |
|
Uzel III je prostý dělič => složení proudu 1, 7 a 8 je totožné
Matice zadání
| |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
|
nj
|
n1 |
n2 |
n3 |
n4 |
n5 |
n6 |
n7 |
n8 |
n9 |
| A-H2 |
0,462 |
- |
- |
xA4 |
- |
1/2 |
0,462 |
0,462 |
xA9 |
| B-CO |
0,467 |
- |
- |
xB4 |
1/2 |
- |
0,467 |
0,467 |
xB9 |
| C-CO2 |
0,046 |
- |
xC3 |
- |
- |
1/2 |
0,046 |
0,046 |
xC9 |
| D-CH4 |
0,004 |
- |
- |
xD4 |
- |
- |
0,004 |
0,004 |
xD9 |
| E-N2 |
0,021 |
- |
- |
xE4 |
- |
- |
0,021 |
0,021 |
xE9 |
| F-H2O |
- |
1 |
xF3 |
- |
1/2 |
- |
- |
- |
xF9 |
-> 21 neznámých => 21 lineárně nezávislých rovnic
| Bilance uzlu I |
| Celková |
n8 + n2
+ n6 = n5 + n9 |
(1) |
| Složka A |
0,462 n8 + 0,5 n6
= xA9 n9 |
(2) |
| Složka B |
0,467 n8 = 0,5 n5
+ xB9 n9 |
(3) |
| Složka C |
0,046 n8 + 0,5 n6
= xC9 n9 |
(4) |
| Složka D |
0,004 n8 = xD9
n9 |
(5) |
| Složka E |
0,021 n8 = xE9
n9 |
(6) |
| Společná bilance uzlů II a IV |
| Celková |
n7 + n9 = n3
+ n4 |
(7) |
| Složka A |
0,462 n7 + xA9
n9 = xA4 n4 |
(8) |
| Složka B |
0,467 n7 + xB9
n9 = xB4 n4 |
(9) |
| Složka C |
0,046 n7 + xC9
n9 = xC4 n4 |
(10) |
| Složka D |
0,004 n7 + xD9
n9 = xD4 n4 |
(11) |
| Složka E |
0,021 n7 + xE9
n9 = xE4 n4 |
(12) |
| Bilance uzlu III |
| Celková |
n1 = n7 + n8 |
(13)
|
| Součtové rovnice |
| Proud 3 |
xc3 + xF3 = 1 |
(14) |
| Proud 4 |
xA4 + xB4 +
xD4 + xE4 = 1 |
(15) |
| Proud 9 |
xA9 + xB9 + xC9
+ xD9 + xE9 + xF9
= 1 |
(16)
|
| Doplňkové rovnice |
| Fiktivní proudy |
n5 = n6 |
(17)
|
| Doplňkové rovnice ze zadání |
| V syntézním plynu je molární poměr H2
: CO = 2:1 |
|
 |
(18)
|
| Suchý plyn po konverzi obsahuje 2 mol.% CO |
| - suchý proud 9 (plyn po konverzi) má
velikost: n9 - nH2O,9 |
| - z definice látkového zlomku: |
|
 |
|
|
 |
(19)
|
| Voda přichází ve stechiometrickém množství |
|
n2 = xB8 n8 |
(20)
|
| Základ bilance |
|
n8 = 100 mol |
(21)
|
Zdrojový text
|
|
|