3.1.2 Розрахунок основних видаткових коефіцієнтів на одиницю продукції, що випускається

Видатковий коефіцієнт по метанолу становить:

,

де 71,86 –витрата метенолу за реакціями 3-6, ,

5119,05- годинна продуктивність агрегату за формаліном, кг,

0,999- масова частка метанолу в технічному метанолі.

Видатковий коефіцієнт по повітрю:

;

де 1,29-густина повітря при нормальних умовах,.

Видатковийкоєфіцієнт по воді:

,

де 2405- витрата води на зрошення, кг/г.

3.2 Теплоенергетичні розрахунки основних технологічних стадій процесу

Вихідні дані:

• витрата парогазової суміші на вході в контактний апарат 263,651 кмоль/г;

• температура парогазової суміші на вході у контактний апарат 100–120°С;

• витрата формальдегідного газу 305,287 кмоль/г;

• температура формальдегідного газу на виході з апарата 700 – 750 °С.

Загальне рівняння теплового балансу безперервного процесу має такий вигляд:

Q1 + Q2 + Q3 = Q4 + Q5 + Q6 + Q7,

(3.1)

де Q₁ – тепловий потік вступник сировини;

Q₂ – тепловий ефект екзотермічних реакцій і фазових переходів;

Q₃ – тепловий потік, що надходить в апарат з теплоносієм;

Q₄ – фізична теплота продуктів реакцій;

Q₅ – тепловий ефект ендотермічних реакцій і фазових переходів;

Q₆ – теплота, що відводиться від апарата холодоагентом;

Q₇ – теплові втрати поверхнею апарата.

Q1,4 = ΣЗμ,i·Fi·t,

(3.2)

де З_μ,i – молярна теплоємність, ;

F_i – молярний потік, кмоль/з;

t – температура речовин, °С.

ΔНо973= ΔHо298 + ΔСр, 298-Т ·(Т – 298),	(3.3)
Q2,5 = ΣΔНо973·νi	(3.4)

де ν_i – стехіометричний коефіцієнт;

ΔH_i – энтальпія утворення, ;

Т – термодинамічна температура реакції, К.

Приймаємо Q_3,6 = 0, тому що апарат є адіабатичним.

Втрати тепла Q₇ приймаємо 3 % від приходу тепла (Q₁ + Q₂).

З довідника [5] визначаємо коефіцієнти а, b, з і с', на підставі яких визначаємо теплоємності за рівняннями:

для неорганічних речовин	(3.5)
для органічних речовин	(3.6)

Таблиця 3.2 – Значення коефіцієнтів а, b, з, с' і теплоємкостей продуктів і реагентів

		O2	CO	H2O	H2	CO2	N2	СН2О(г)	СН3ОН(г)
	а	31,46	28,41	30	27,28	44,14	27,87	18,82	15,28
	в*103	3,39	4,1	10,71	3,26	9,04	4,27	58,38	105,2
	с*106	0	0	0	0	0	0	-15,61	-31,04
T, K	с' *10-5	3,77	-0,46	0,33	0,5	-8,54	0	0	0
110+273	Cp T, K	35,33	29,67	34,33	28,87	41,78	29,51	38,89	51,02
700+273	Cp T, K	35,16	32,35	40,46	30,50	52,03	32,02	60,85	88,25

Таким чином, тепло принесене з реагентами буде:

На підставі довідкових даних энтальпії утворення [5] і середньої теплоємності [5] визначаємо теплоти реакцій:

Таблиця 3.3 – Визначення теплоти реакції (1.3)

	СН3ОН(г)	= СН2О(г)	+ H2	
моль	1	1	1	1
	-201,2	-115,9	0	85,3
Cp 298-1000 K	69,22	49,5	28,77	9,05

.

Таблиця 3.4 – Визначення теплоти реакції (1.4)

	СН3ОН(г)	+ 0,5O2	= СН2О(г)	+ H2O	
моль	1	0,5	1	1	0,5
	-201,2	0	-115,9	241,81	156,51
Cp 298-1000 K	69,22	32,43	49,5	37,07	1,135

.

Таблиця 3.5 – Визначення теплоти реакції (1.5)

	СН3ОН(г)	+ 1,5O2	= СO2	+ 2H2O	
моль	1	1,5	1	2	0,5
	-201,2	0	-393,51	-241,81	-675,93
Cp 298-1000 K	69,22	32,43	47,15	37,07	3,425

.

Таблиця 3.6 – Визначення теплоти реакції (1.6)

	СН3ОН(г)	= CO	+ 2H2	
моль	1	1	2	2
	-201,2	-110,53	0	90,67
Cp 298-1000 K	69,22	30,92	28,77	19,24

.

Таким чином, теплота реакції буде

Разом з реагентами з реактора вийде тепла:

Прихід тепла:

Q₁ + Q₂ = 416,688 + 2744,678 = 3161,366 кВт.

Втрати тепла в навколишнє середовище складуть:

Q₇ = 0,03∙ 3161,366 = 94,841 кВт.

Витрата тепла:

Q₄ + Q₇ = 4,11·t_x + 94,841.

Звідки температура формальдегідного газу на виході з реактора складе:

,

що відповідає прийнятому інтервалу температур.