Контрольная работа: Производство ацетилена
6. Материальный баланс процесса пиролиза природного газа
при окислительном пиролизе протекают следующие реакции:
2СН4↔С2Н2+Н2 Q (1)
4СН4+3О2↔2С2Н2+6Н2О+Q (2)
СН4+О2↔СО+Н2+Н2О+Q (3)
2СН4+О2↔2СО+4Н2+Q (4)
Данные для расчета
1) Состав технического кислорода, % (об.):
кислород – 98,0;
азот - 1,0;
аргон - 1,0.
2) Число дней отводимых на ремонт – 15.
3) Состав природного газа, % (об.):
СН4 - 97,5;
С2Н6 - 0,16;
СО2 - 0,50;
N2 - 1,80;
высшие углеводороды – 0,04.
4) Мощность установки по С2Н2, тыс.т/год 200;
5) Выход С2Н2 на непрореагировавший метан, % 8,8;
6) Доля СН4 на реакцию (1) 0,72;
7) Распределение СН4 на реакции (3) : (4) 1 : 4.
Часовая производительность установки
Из реакций (1) и (2) следует, что 1 моль С2Н2 получают из 2-х молей СН4, т.е. расход метана на целевые реакции составит
По заданию – выход ацетилена составляет 8,8% на метан, следовательно, количество поступившего на установку метана:
;
Состав газа в %(масс.):
Для пересчета объемного состава в массовый и обратно необходимо знать плотность ri каждого компонента:
Масса любого газа при
нормальных условиях равна его молярной массе, поделенной на объем, занимаемый
одним молем, т.е. 
, где 
- плотность газа при
нормальных условиях.
;
;
Исходя из того, что расход метана, идущего на целевые реакции 29305кг/ч, и доля метана на реакцию (1) составляет 0,72 расход метана на реакции составит:
(1) 
;
(2) 
;
Количество метана на реакции (3) и (4)
(3) 
(4) 
Материальный баланс процесса
По реакции (1)
Из 2 моль СН4 1моль С2Н2 и 3 моль Н2;
Для ацетилена – 
; 
;
Для водорода – 
; 
.
По реакции (2)
Из 4 моль СН4 и 3 моль О2 – 2 моль С2Н2 и 6 моль Н2О;
Для ацетилена - 
; 
;
Для воды - 
;
Для кислорода - 
.
По реакции (3)
Из 1 моль СН4 и 1 моль О2 – 1 моль СО, 1моль Н2О и 1 моль Н2;
Для окиси углерода – 
; 
;
Для воды – 
; 
;
Для водорода – 
; 
;
Для кислорода – 
; 
По реакции (4)
Из 2 моль СН4 и 1моль О2 – 2 моль СО и 4 моль Н2;
Для окиси углерода – 
;
;
Для водорода – 
; 
;
Для кислорода – 
; 
Расход кислорода (на технический кислород)
Расход чистого кислорода 
12 308+96 506+193010=301824
кг/ч;
Расход примесей:
;
;
;
Gтехн.кисл.
Материальный баланс процесса пиролиза метана
П Р И Х О Д |
||||
| кг/ч | %(масс.) |
Нм3/ч |
%(об.) | |
| Газ | 282460 | 47,81 | 176215 | 44,98 |
| В том числе: | ||||
| метан | 270568 | 45,80 | 336695 | 85,95 |
| этан | 734 | 0,12 | 548 | 0,14 |
| двуокись углерода | 3390 | 0,57 | 1726 | 0,44 |
| азот | 7768 | 1,31 | 6214 | 1,59 |
| Кислород технический | 308298 | 52,19 | 215528 | 55,02 |
| В том числе: | ||||
| кислород | 301824 | 51,09 | 211273 | 53,93 |
| азот | 2621 | 0,44 | 2097 | 0,54 |
| аргон | 3853 | 0,65 | 2158 | 0,55 |
| ИТОГО: | 590758 | 100,00 | 391743 | 100,00 |
Р А С Х О Д |
||||
| кг/ч | %(масс.) |
Нм3/ч |
%(об.) | |
| ацетилен | 23810 | 4,03 | 20513 | 1,88 |
| Побочные продукты | ||||
| окись углерода | 422211 | 71,47 | 337769 | 30,93 |
| водород | 58240 | 9,86 | 652288 | 59,73 |
| водяной пар | 68131 | 11,53 | 68131 | 6,24 |
| Транзитное | ||||
| этан | 734 | 0,12 | 548 | 0,05 |
| двуокись углерода | 3390 | 0,57 | 1726 | 0,16 |
| азот | 10389 | 1,76 | 8311 | 0,76 |
| Примеси | 3853 | 0,65 | 2757 | 0,25 |
| ИТОГО: | 590758 | 99,99 | 1092043 | 100,00 |
Основные технологические показатели
Конверсия исходного сырья.
Количество метана и кислорода обозначаю Gз , количество ацетилена – Gп. Тогда конверсию сырья в процентах выражается следующим уравнением:
На метан 
На кислород 
Селективность нахожу как отношение готового продукта Gп к сырью Gc (на метан)
Выход целевого продукта.
Расходные коэффициенты на получение 1 тонны продукта:
1. По метану стехиометрический
коэффициент на 1 т ацетилена:
Расходный коэффициент с учетом селективности
Кр= Кс/
= 0,615 / 0,088= 6,99 т/т
продукта.
2. По кислороду стехиометрический
расходный коэффициент на 1 т ацетилена:
Расходный коэффициент с учетом селективности
Кр= Кс/
= 0,923 / 0,088 = 10,49
т/т продукта.
ЛИТЕРАТУРА
1. Кутепов А.М., Бондарева Т.И., Беренгартен М.Г. Общая химическая технология. Учебник для технических ВУЗов. М.: «Высшая школа», 1990. – 512 с.
2. Паушкин Я.М., Адельсон С.В., Вишнякова Т.П. Технология нефтехимического синтеза, в двух частях. Ч. I. Углеводородное сырье и продукты его окисления. М.: «Химия», 1973. – 448 с.
3. Общая химическая технология: Учеб. для химико-техн. спец. вузов. В 2-х т./под ред. проф. И.П.Мухленова. – М.: Высш. шк., 1984. – 263 с.
4. Лебедев Н.Н. Химия и технология основного органического и нефтехимического синтеза: Учебник для вузов. – М. Химия, 1988. – 592 с.
