Література

1 Очков, В.Ф. Анализ изотерм ионного обмена в среде Mathcad / В.Ф. Очков, А.П. Пильщиков, А.П. Солодов, Ю.В. Чудова // Теплоэнергетика, №7, 2003. – С. 13 - 18.

2 Запольский, А.К. Фізико-хімічні основи технології очищення стічних вод: Підручник / А.К. Запольский, Н.А. Мішкова-Кліменко, І.М. Астрелін та ін. – К.: Лібра, 2000. – 552 с.

3 Кельцев, Н.В. Основы адсорбционной техники. 2-е изд., перераб. и доп. – М., Химия, 1984. – 592 с.

4 Громогласов, А.А. Водоподготовка: процессы и аппараты / А.А. Громогласов, А.С. Копылов, А.П. Пильщиков– М.: Энергоатомиздат, 1990. –272 c.

5. Концевой, А.Л. Аналіз статики і динаміки обміну іонів різного заряду.

/ А.Л. Концевой, С.А. Концевой, О.О. Таргонська // Вода і водоочисні технології. Науково-технічні вісті. – №2(8), 2012. – С.50-58.

Розділ 31. Термодинамічний розрахунок газифікації рідких палив невідомої формули

Даний розрахунок є логічним продовженням матеріалу, викладеному в розділі 28. Використати розроблену програму і адаптувати її для розрахунку газифікації рідких палив, формула яких невідома. Передбачено за нижченаведеним текстом дещо інша ідентифікація змінних для того, щоб запобігти плутанині з програмою розрахунку конверсії (газифікації) вуглеводнів з відомою формулою.

Мета роботи: розробити в середовищі MathCad програму розрахунку рівноважного складу генераторного газу газифікації різними окисниками та їх сумішами рідких вуглеводнів, формула яких невідома.

Вихідні дані

відповідають умовам, наданим до таблиць 1 – 9. Інформація до таблиць містить розрахункові показники mі, що перевіряються в ході обчислень.

Алгоритм розрахунку

Необхідно ввести температуру (^оС – для порівняння з довідковими даними) і тиск (атм), склад вуглеводню: карбон С і водень Н, %мас., молярну масу вуглеводню М, а якщо вона невідома, температуру кипіння вуглеводню Т_к (^оС). В останньому випадку молярна маса вуглеводню дорівнює:

M = 1.902 ∙ T_K - 0.004903 ∙ T_K ² + 6.121∙ 10^-06 ∙ T_K ³ - 88.3226.

Потім вводять масові співвідношення: АА = Н₂О/вуглеводень, ВВ = О₂/ вуглеводень, CC = СО₂ / вуглеводень, AN₂ = N₂/ вуглеводень, що відповідають обраному виду дуття. В наступних розрахунках приймається, що СО и Н₂ відсутні у вихідному газі,

Деякі формули для попередніх розрахунків наведено нижче.

Водневий показник: z = 12 ∙ H / C.

Витрати відповідних компонентів, моль на 1 моль вуглеводню - молярні співвідношення відповідних компонентів і вуглеводню:

AH₂O = AA ∙ M / 18; AO₂ = BB ∙ M / 32; ACO₂ = CC ∙ M / 44;

AN₂ = AN₂.

Кількість атомів карбону (вуглецю) в умовній формулі вуглеводню:

n = M / (12 + z).

Питомі витрати водяної пари, кисню, оксиду вуглецю (ІІ) та оксиду вуглецю (ІV), водню і азоту, відповідно (число моль реагенту на 1 вуглецевий атом конвертованих вуглеводнів):

aH₂O = AH₂O / n; aO₂ = AO₂ / n; aCO₂ = ACO₂ / n; aN₂ = AN₂ / n.

Умовний водневий показник:

m = (z - 4 ∙ aO₂ - 4 ∙ aCO₂) / (1 + aCO₂) .

Умовна витрата водяної пари (число моль водяної пари на 1 моль вуглеводню СН _ММ)

α= (aH₂O + 2 ∙ aO₂ + 2 ∙ aCO₂) / (1 + aCO₂) .

Розрахувати температуру Т процесу в градусах Кельвіна і константи рівноваги. Рішення системи рівнянь і розрахунок складу одержуваного вологого і сухого генераторного газу,% об. - Дивись порядок розрахунку в роботі 28.

Порівняння результатів розрахунку з літературними даними наведено в таблицях 1 - 9. Результати розрахунку рівноважного складу генераторного газу (другий стовпчик) надати за власними розрахунками в середовищі MathCad.

Зауваження 1. Якщо користувач вводить такі масові співвідношення Н₂О/вуглеводень, О₂/ вуглеводень, N₂/ вуглеводень, СО₂/ вуглеводень, при яких розрахунок рівноважного складу не можливий, то програма в середовищі MathCad не виконує розрахунки і відмічає відповідне місце в програмі червоним кольором.

Зауваження 2. Для вуглеводнів з невідомою хімічною формулою, як для газу, так і для рідкого (мазут), неможливий розрахунок кисневої та повітряної газифікації по даній методології, за умов, викладених нижче.

За алгоритмом, запропонованим в роботі 28 в розрахунку рівноважного складу повинні дотримуватися дві умови:

1) m> 0; 2) > (4 - m) / 4 + y ,

де m - умовний водневий показник;

 - умовний витрата водяної пари;

y - число моль СО, що вступили в реакцію парової конверсії СО.

Якщо розраховується киснева газифікація, то в формулах (20) і (21) (тут и далі посилання на формули і таблиці роботи 28) показники aH₂O, aCO₂, aCO і aH₂ дорівнюють 0, виходячи з цього можна записати:

m = z - 4 ∙ aO₂;  = 2 ∙ aO₂.

Згідно таблиці 6 для мазуту складу С = 85,12 мас.%, Н = 11,4 мас.% розраховуємо z: z = 12 ∙ 11,4 / 85,12 = 1,56.

Розрахунок ведеться для вуглеводню невідомого складу, при цьому:

; ; ,

де: ВВ - масове відношення О₂/мазут;

М_маз - молярна маса мазута; М_О2 - молярна маса кисню.

; ;

Якщо по реакції СH_m + (4 - m)/4 H₂O  (4 + m)/8 CH₄ + (4 - m)/8 CO₂

отримують (4 + m) 8 моль метану, то по реакції CH₄ + CO₂  2CO + 2H₂

отримують 2 ∙ (4 + m) / 8 = (4 + m) / 4 моль СО і в реакцію

CO + H₂O  CO₂ + H₂ вступає y = (4 + m) / 4 моль СО.

Враховуючи вищевикладене, для нерівностей знаходимо спільне рішення:1) m > 0; 1,56 - 4∙a_O2 > 0; - 4∙a_O2 > -1,56;

a_O2 < 0,39; 0,43∙ВВ < 0,39; BB < 0,91.

2.  > (4 - m)/4 + y;

;

8∙a_O2 > 8; a_O2 > 1; 0,43∙ВВ > 1; BB > 2,3.

Враховуючи те, що нерівності не мають спільного рішення, приходимо до висновку про неможливість розрахунку кисневої газифікації для мазуту даного складу. Необхідною умовою газифікації у такому випадку є присутність водяної пари.

Точно також можна довести неможливість розрахунку повітряної газифікації.