Energibalanse
De viktigste beregningene under energibalansen var over kompressorene, reaktoren og varmevekslerne. Disse energibetraktningene gjorde det mulig å beregne de ukjente temperaturer og kjølevannsmengder. I tillegg ble entalpiinnholdet i hver strøm beregnet slik at en kunne følge energiforløpet i syntesen.
Reaktor
De eksoterme reaksjonene ved dannelsen av metanol, skaper behov for kjøling. Kjølingen finner sted ved fordamping av kokende vann.
For beregninger, se bilag 5.
Mengde kjølevann: 133,5 tonn/h (håndberegning)
124,4 tonn/h (Excel)
Kompressorene
Kompresjonen ble antatt å være reversibelt adiabatisk for en ideell gass med konstant varmekapasitet. Den mekaniske virkningsgraden, er lik 0,75 (Hansen, R.).
De reelle kompresjonsarbeidene ble beregnet til:
W1reell = 41,24*109 kJ/h
W2reell = 7,84*109 kJ/h
Temperaturene ut av kompressorene, dvs i strøm F2 og F12 ble bestemt:
T2 = 152 oC
T12 = 41,6 oC
Varmevekslerne
Varmestrømmen i en varmeveksler kan beregnes fra følgende likninger:
Q = UATm (4.10)
Q = FtotCp T+HvapFv (4.11)
Fra likning 4.11 fant en Q-verdier for varm side. Ved å sette Qvarmside lik Qkaldside kunne UA-verdier beregnes. De ukjente temperaturene T3 og T4 kunne beregnes fra henholdsvis blandetemperatur og fra likning 4.10.
T3 = 66,1 oC
T4 = 255,5 oC
Kjølevannsstrømmen ble beregnet fra likning 4.12.
 (4.12)
Beregningene er vist i bilag 5. Resultatene kan leses i tabell 4.3.
Tabell 4.3: Utregnede verdier for varmevekslerne
|
VV1
|
VV2
|
VV3
|
Cp,midlere varmside(J/mol K)
|
34.46
|
34.62
|
34.34
|
Cp, midlere kaldside(J/mol K)
|
31.79
|
75.47
|
75.70
|
Q varm side (J/s)
|
6,973*107
|
8,239*106
|
5,051*107
|
Flow kjølevann (tonn/h)
|
|
109
|
2886
|
UA (kJ/h K)
|
6,33*106
|
8,76*105
|
3,89*106
|
Entalpi i strømmene
Entalpiene som er beregnet er relative til dannelsesentalpien for den enkelte komponent (i samme fasetilstand) ved 298 K, hvor en har addert integralet av Cp til den aktuelle temperaturen. Totalentalpien er totalstrømmen multiplisert med summen av komponentenes relative entalpibidrag.
Energiforløpet foreligger i grafisk form, se figur 4.1.
F
igur 4.1: Beregnet entalpiforløp for strømmene i metanolsyntesen.
|
