Тепловий баланс

3.2 Тепловий баланс

Тепловий ефект реакції утворення аміаку 92.38 кДж/моль. За годину повинно утворитись 56 667 кг аміаку. Це:

З яких виділиться :

Q_виділ= 3333.4*10³*92.38=309 335 153кДж тепла

Оскільки за годину через колону проходитиме 255 100 кг газу то на 1кг газу припадатиме тепла:

309 335 153/255 100=1212 кДж/ кг.

Ентальпія АВС при 200 ^оС 4750 кДж/кг. Поглинувши тепло , ентальпія збільшиться:

4750+1212=5962 кДж/кг,

Що при вмісті аміаку 18%об. відповідає близько 675 ^оС, що неприпустимо для каталізатора.

Нагрів поступаючої АВС від 190^о до 200^о С на шляху до теплообмінника поглине:

Q_погл1=m*∆i₁=255 100*(4750-4700)=12 755 000 кДж

Де 255 100-маса свіжого циркулюючого газу (АВС),кг/год; 4750 та 4700 –ентальпії АВС (3% об. аміаку) при 200^о та190^о відповідно. Залишається:

Q_зал1 =309 335 153-12 755 000=296 580 154 кДж тепла.

Оскільки реакційна АВС на вході в каталізатор повинна мати температуру 470^оС , то для її нагріву від 200 до 470^оС в теплообміннику потрібно:

Q_{погл 2}=m*∆i₂=255 100*(5700-4750)=242 345 000 кДж тепла.

Залишається :

Q_зал2 =296 580 153-242 345 000=54 235 153 кДж тепла,

з яких на 1кг циркулюючого за годину газу припадає:

І_залиш=Q_зал2/m_цирк=54 235 153/255 100=212 кДж/кг А

Оскільки байпас потрібно подавати після 1, 2 , 3 то цю масу необхідно збільшити втричі і загальна маса циркулюючого газу ,що походитиме через холодний бай пас становитиме :

ρ _см= ρ_азоту*х_азоту+ ρ_водню*х_водню+ ρ_аміаку*х_аміаку+ ρ_метану*х_метану+ ρ_аргону*х_аргону (3.2)

ρ_{о см} = 1.25* 0.22+ 0.09*0.68+0.77*0.03+0.72*0.04+1.78*0.03=0.38 кг/м3

ρ_{вих см} = 1.25* 0.19+ 0.09*0.56+0.77*0.18+0.72*0.04+1.78*0.03=0.509 кг/м3 ρ= ρ_о*(РТ_о/Р_оТ) (3.3)

ρ₂₀₀=65.8 кг/м3 ( вхідна суміш) ρ₅₀₀=53.8 кг/м3 (вихідна суміш)

Таким чином в теплообмінник йде 1550 м3/год , на байпас -2326 м3/год. В колону поступає 3876м3/год газу.

Таблиця3

3.3 Розрахунок теплообмінника

Ціллю розрахунку теплообмінника являється визначення поверхні теплообміну:

,

Де F-поверхня теплообміну ,м2 , K-коефіцієнт теплопередачі , Вт/(м^2оС)

∆t -середня різниця температур ^оС.

Температури потоків в теплообміннику згідно теплового розрахунку, ^оС:

530 → 490

470 ← 200

Різниця температур:

∆t_м=60^оС ∆t_б=290 ^оС

Визначаємо середню різницю температур за формулою:

∆t_сер=(∆t_б-∆t_м)/  (3.5)

∆t_сер=(290-60)/ln(290/60)=146 ^оС

Коефіцієнт теплопередачі К визначається по формулі:

, (3.6)