Vedlegg 3 til prosessteknikkoppgave
Tabell V.1: Gibbs energi og reaksjonsentalpi ved 255 oC
|
G255 C
(kJ/mol)
|
H255 C
(kJ/mol)
|
CO(g) + 2 H2(g) CH3OH(g)
|
27,863
|
-98,501
|
CO2(g) + 3 H2(g) CH3OH(g) + H2O(g)
|
47,174
|
-58,827
|
CO(g) + H2O(g) CO2(g) + H2(g)
|
-19,311
|
-39,675
|
Cp-verdier
-til reaktorberegninger: Cp,F4 = 32,68 J/mol K
-til varmeveksler beregninger:
For varm side: Benytt Cp=34,5 J/mol K for alle varmevekslerne
For kald side: Benytt Cp=31,8 J/mol K for VV1
Benytt Cp=75,5 J/mol K for VV2 og VV3
-til kompressorberegninger: Cp,1= 30,15 J/mol K
(middel av strøm F1/F2)
Cp,2= 30,82 J/mol K
(middel av strøm F11/F12)
Løsningsforslag
Løsningsforslaget er beregnet i Excel (se vedlagte diskett). Utgangspunktet for disse beregningene var:
- likevekt for shiftreaksjonen (ved utgangen av reaktoren)
- gitt 7,3 molprosent metanol ut av reaktor
Regnearket beregnet resirk.strømmen (F11) og reaksjonsomfangene ved iterasjon.
Omsetning av CO og CO2 er hentet fra regnearket for å gi størst mulig overensstemmelse mellom data fra regnearket og håndberegning.
Purgestrømmen er 2,2 % av resirk.strømmen som følge av at en ønsker fast inertandel inn på reaktor (17,5 %).
Cp-verdiene som behøves er gitt i vedlegg til oppgaven. I løsningsforslaget er det beskrevet hvordan en har kommet fram til disse verdiene.
For spørsmål i forbindelse med regnearket, se prosjekteringsoppgave om metanolsyntesen, SIK 2070, våren 2001.
A Massebalanse
Analyse av massebalansen:
”Frisk” føde, F1, har kjent sammensetning og mengde. Fra flytskjema ser en at F2 er lik F1 og at F3 er summen av F2 og F12, hvor F12 er ukjent. F4 tilsvarer F3, og F5 kan beregnes fra F4 i og med at en kjenner omsetningsgradene. Totalflow- og sammensetning er lik for strømmene F6, F7 og F8, men en viss andel kondenserer. I flashtanken antar en at alt vann og metanol kondenserer og tas ut i bunnen (F13). Også litt CO2 går ut sammen med væsken. Det tappes av 2,2 % av F9 i purge (F10) og resten går til resirkulering (F11). F11 er lik F12. Likningssystemet for massebalansen er dermed løsbart.
En setter opp likningene for F12 først:
Balanse for CO2: (strømmene blandes før de går inn i reaktor, 2% går ut med væsken og 2,2 % går ut i purge)
 (B13.1)
Balanse for CO:
 (B13.2)
Balanse for H2:
 (B13.3)
Inerter akkumuleres ikke i systemet, dvs at strømmen av inerter inn med frisk føde er lik strømmen av inerter ut med purgestrømmen.
Balanse for CH4:
 (B13.4)
Tilsvarende beregning for N2 og Ar gir:
Den totale flowen blir:
F12 = (995,8+497,9+6970+26384+995,2+2416,2) kmol/h = 38300 kmol/h
(Beregning av sammensetning i F6 og F7 er vist i bilag L.1)
Beregning av væskestrøm ut av flash, F13:
 (B13.5)
 (B13.6)
 (B13.7)
F13 = 824,8+50,4+3154 = 4029 kmol/h
I strøm F8 vil væskeflowen være lik F13.
Det er nå enkelt å bestemme flow og sammensetning for de resterende strømmene. Løsningene er gitt i tabellform i bilag VL.1.
Reaksjonen kan ikke gå forbi likevekt. Dette kontrolleres ved å beregne Q: (P = 82 bar)
(Q er forholdet: partialtrykk for produkter over partialtrykk for reaktanter opphøyet i støkiometrisk koeffisient)
Reaksjon med CO:
Reaksjon med CO2:
Reaksjonene har ikke nådd likevekt.
Skiftreaksjonen:
Skiftreaksjonen er ved likevekt.
B Energibalanse
|
