Разработка энергохимико-технологической системы ЭХТС (стр. 1 из 4)
Российский химико-технологический университет
им. Д. И. Менделеева
кафедра процессов и аппаратов химической технологии
Курсовая работа по технической термодинамике:
"Разработка энергохимико-технологической системы (ЭХТС)"
Выполнил
студент группы О-31
Ситник А. С.
Преподаватель: Миносьянц С.В.
Москва, 2010
Содержание
1. Введение
2. Описание технологической схемы
3. Технологический расчет и эксергетический анализ конверсии метана
3.1 Материальный баланс конверсии метана
3.2 Энергетический баланс
3.3 Баланс механической энергии
3.4 Эксергетический КПД процесса конверсии метана
4. Технологический расчет и эксергетический анализ процесса горения
4.1 Материальный баланс процесса горения
4.2 Энергетический баланс
4.3 Эксергетический баланс
5. Разработка ЭХТС на базе печи конверсии метана
5.1 Энергетический баланс горения, определение расхода топлива
5.2 Эксергетический анализ химического реактора
6. Процесс теплообмена
6.1 Эксергетический анализ
6.2 Расчет турбокомпрессора
6.3 Определение механической мощности турбокомпрессора
6.4 Парасиловой цикл Ренкина
6.4.1 Аналитический расчёт парасилового цикла
6.4.2 Определение механической мощности ПСЦ
6.4.3 Определение термического КПД ПСЦ
6.4.4 Определение эксергетического КПД ПСЦ
Выводы
Список литературы
1. Введение
Технологические газы – смесь Н2, СО, СО2, Н2О и некоторых других – используют в агрегатах синтеза аммиака и метанола.
Преимущественно их получают путем двухступенчатой конверсии углеводородных газов, в основном, метана. В первый ступени, которой служит трубчатая печь, совершается конверсия метана с водяным паром; во второй ступени, которой является шахтный реактор, конверсия метана осуществляется кислородом воздуха. В данной работе берется в расчет только первая ступень конверсии.
Очищенный от тяжелых фракций во входном холодильнике-конденсаторе (на схеме не показан) природный газ (в данной работе – метан) сжимается турбокомпрессором ТК от давление Р6 до давления Р7. Турбокомпрессор – двухступенчатый. После сжатия в первой ступени метан охлаждается до исходной температуры T6. Охлаждение осуществляется водой в охладителе ОХ. Для охлаждения воды используется градирня Г. Подача охлажденной воды осуществляется насосом Н.
Пройдя аппарат сероочистки (на схеме не показан) нагретый до температуры Т8 газ смешивается с водяным паром и подается в трубчатую печь, в первую её ступень – подогреватель газовой смеси ПГС. Трубчатая печь состоит из двух последовательно включенных по ходу газа теплообменников: конвективного подогревателя ПГС и радиантных труб РТ. Конвективный и радиантный подогреватели конструктивно представляют систему параллельно включенных труб. Радиантные трубы содержат насадку-катализатор в форме колец Рашига или таблеток.
Химический процесс конверсии метана эндотермический, поэтому для осуществления такого превращения необходим подвод теплоты конвертируемому газу. С этой целью в топке-печи сжигается топливо. Конвертируемый газ после радиантных труб РТ трубчатой печи ТП направляется с параметрами Р9, Т9 в конвертор второй ступени – шахтный реактор (на схеме не показан). Дальнейший ход данного процесса в работе также не рассматривается.
Дымовые газы, образовавшиеся при сжигании топлива в топке трубчатой печи, передают теплоту конвертируемому газу в РТ и ПГС, потом воде и водяному пару в котле-утилизаторе КУ. Котел-утилизатор состоит из водяного экономайзера ВЭ, парового котла ПК, паросборника-сепаратора (на схеме не показан), пароперегревателя ПП.
После того как дымовые газы, передав теплоту воде в водяном экономайзере, покинут парогенератор, они с температурой 450К проходят очистку и выбрасываются дымососом D через дымовую трубу в атмосферу (в данной работе эти процессы не рассматриваются).
Питательная вода для парогенератора подается питательным насосом ПН сначала в водяной экономайзер ВЭ, затем в барабан паросборника ПС.
Из парогенератора выходит перегретый пар с параметрами Р1,Т1. Перегретый пар, получаемый в парогенераторе, используется в паровой турбине ПТ для привода турбокомпрессора и насоса, а также и для других целей, если мощность турбины превосходит суммарную мощность турбокомпрессора и насоса. После совершения работы на лопатках турбины пар конденсируется в конденсаторе К при давлении 0,05 бар и снова подается питательным насосом в парогенератор. Вода, используемая в конденсаторе К для охлаждения водяного пара, также охлаждается с помощью градирни Г.
2. Описание технологической схемы
3. Технологический расчет и эксергетический анализ конверсии метана
3.1. Материальный баланс конверсии метана
Исходные данные:
Объемный расход метана
.Мольный (объемный состав) газовой смеси
Степени превращения:
Уравнение реакции конверсии метана:
Мольные потоки на входе в реактор:
Массовый поток на входе
Мольные потоки на выходе:
Прореагировало:
Поэлементный материальный баланс:
а) по "H":
б) по "C" :
в) по "O" :
Массовый поток на выходе (проверка правильности материального баланса):
3.2 Энергетический баланс
Исходные данные:
Температура на входе в реактор и выходе из него: T8=573K, T9=1073K.
Давление на выходе из реактора: P9=2,5 МПа
Энергетический баланс:
Энтальпии компонентов на входе в реактор и выходе из него
| Компонент |  |  |  |  |  |
CH4 | -74,8 | 14,32 | 0,075 | 573 | -61,94 |
| H2O | -241,8 | 32,30 | 0,002 | 573 | -232,25 |
| CH4 | -74,8 | 14,32 | 0,075 | 1073 | -23,873 |
| H2O | -241,8 | 30,0 | 0,002 | 1073 | -212,73 |
| H2 | 0 | 27,3 | - | 1073 | 22,885 |
| CO2 | -393,5 | 44,14 | 0,022 | 1073 | -356,87 |
CO | -110,5 | 28,41 | 0,004 | 1073 | -86,4 |
Тепловая мощность химического реактора:
(мольные потоки – см. п. )
3.3 Баланс механической энергии
Допущения:
1. Газовые смеси подчиняются законам идеальных газов.
Параметры трубчатой печи
Число труб nтр=426 ; диаметр трубы dB=0,072м ; длина трубы LГ=42м
Диаметр зерна в зернистом слое dЗ=0,0027м
Баланс кинетической энергии: (второй закон)
Баланс кинетической энергии записывается в виде:
Давление P8 на входе в реактор ищем методом итераций:
