1598005439-1326b994f1090c560653e496106b7ac8 (811216), страница 69
Текст из файла (страница 69)
При составлении материального баланса дан- 1.3. Система единиц шеста, определить отношение молей элементов и молекул, которые при составлении материального баланса должны быть выражены в единицах массы. При анализе промышленных процессов редко используются стехиометрические соотношения, так как реакция может протекать не до конца или могут иметь место побочные реакции. И в том и в другом случае при составлении материальных балансов надо учитывать всю массу веществ, принимающих участие в процессе.
При оценке данных относительно процесса, включая химические реакции, важное значение имеют: ° лимитирующий реагент — минимальное количество исходного реагента, необходимого для протекания равновесной реакции; ° избыточный реагент — избыточное количество реагента по сравнению с тем, которое требуется для реакции с лимитирующим реагентом в соответствии с химической реакцией; ° незавершенная реакция — лимитирующий реагент не полностью превращается в продукты реакции; ° конверсия (превращение) — фракция основного реагента (обычно лиМитирующего) в потоке сырья, расходуемая на образование продуктов реакции: х, = Израсходованный реагент, моли/Реагент.
в сырье, моли, Индивидуальный продукт, моли/Исходный реагент, моли, Выход = или Продукт, моли/Израсходованный исходный реагент, моли, Избирательность = Конечный продукт А, моли/Конечный продукт В, моли; ° инертные вещества — химические компоненты, не принимающие участия в реакциях, например )ч), в газификаторах с воздушным дутьем. В связи со сложностью и многообразием реакций, происходящих при превращенш! биомассы в топливо, возможно, что нельзя будет написать соответствующие химические уравнения. Однако оценка проектных расчетов может быль сделана на основе данных о конверсии и выходных данных для реагентов и продуктов.
Если известно количество поступающего в систему и выходящего из нее материала, то можно составить общий материальный баланс системы. Для составления массового баланса может быть использована любая система единиц. Рекомендуе~ся производить расчеты в международной системе единиц (СИ). Однако расчеты или по крайней мере его результаты должны быть представлены в единицах, которые обычно используются промьпцленностью (табл. 1 и 2).
Баррель (42 гадлона для нефти) Британская тепловая единица, БТЕ БТЕ/фунт масса Е БТЕ/ч БТЕ/с БТЕ/фут' ч Р БТЕ/фута ч Калория К ад/~ С фу 3 Галлон Мощность (550 фут — фунт = сила/с) фунты на квадратный дюйм Ватт-ч 3 Дж Дж/кг К Вт Вт Дж,'мв с К Дж/ма. с Дж Дж/ и в Вт Па Дж 1,5898729 1О ' 1,0550559 1О 4,186800. 1Ов 2,9307107 10 1,0550559 10 5,678263 3,1545907 4,1868000 4*!86800 1Ов 2,8316847. 10 3,7854! 18.10 в 7,4569987 10* 6 8947573.10« 3,6000000. 10« 343 Технические и зкономические аспекты Часть 1П Таблица 4. Материальный баланс реактора [61 Вхаххшпй патов, вг Выховвшпй пата«, «г Коыповшгы Войно ггар 997,0 3,0 1103,0 2103,0 997,0 3,0 1103,0 2103,0 Вал 997,0 3,0 1103,0 2! 03,0 3,0 3,0 Вада Вхаххшпв пати, кг выход«вша пагак, кг Древесина 100 Воздух 164 Водяной пар 17 Итого 281 Газ 263 Зола 3 Вода 15 Итого 281 дрхнесила Рис.
2. Упрощенная схема технологи- ческого комбинированного процесса пи ролнз-газификация. Рнс. !. Упрощенная схема технологического процесса газификации с воздушным дутьем. Таблица 3. Материальный баланс системы газифи- кации с воздушным дутьем (на 100 кг древесины) [51 ного типа нет необходимости знать, какое количество массы образуется или расходуется.
И в то же время это действительный баланс, поскольку общая поступающая масса включает все реа~ирующие и инертные вещества, а общая масса выходящих веществ — все инертные и непрореагировавщие вещества, а также продукты, образовавшиеся в результате реакции, за вычетом израсходованных реагентов. Если известны точная природа реакции и выход продук'юв, то можно рассчитать состав исходных потоков Пример 2 Пиролизно-газификациоииый реактор. Данные о материальном балансе комбинированной системы пиролиза и газификации приведены в табл. 4. Схема технологического процесса приведена на рис. 2.
Вначале из влажной древесины испаряется вода а затем водяной пар и древесина направляются в реактор для получения газа. Поскольку известны количество образующегося или расходуемого материала в ходе химических реакций и количество инертных веществ в каждом потоке, можно составить материальный бачанс по компонентам системы. Для этого необходима следующая информация: Реактор первой ступени Древесина Органические вещества Зола Вола И.гого Пиролизно-гаэификвционный реактор Древесина Органические вещества Зола Водяной пар Итого Воздух Кислород Азот Аргон диоксид углерода Водорол Моноксид УглеРода Метан Водяной пар И~ого Всего 482,8 1575,5 26,9 1,1 0,0 0,0 0,0 11,3 2097,6 4200,6 0,0 1575,5 26,9 938,0 65,3 505,8 26,5 1059,6 4197,6 4200,6 Ч РП ь "й -ььь ""о ьи ! ь ф ь Ь,ь ь йчь ежйь ь ь ь й чи ! ь с ~~ юь (3) ь ь йь зз-аэ ° состав древесины (т.е.
содержание углерода, водорода, кнспорода и золы в масс. %) и ° выход водорода, моноксида углерода, диоксида углерода и метана. Пример 3. Пиролиз древесины (рис. 3). Материальный баланс по компонентам и атомным группам приведен в забл. 5. Выходы определялись с пересчетом иа сухую и беззольную древесину.
В расчетах было принято 30 масс.',~ угпистого вещества (безводиого и беззольлого). 25 масс.у,' топливной жидкости (с 12 масс.";,' воды) и 13 масс.)8 воды. Мы можем также проверить общий материальный баланс: Общее постулпение массы = Потоки (1 + 2 е 7 + 9) = = 1бб,7-> 28,8 е 809,3 ч 34,1 = = 1033,9 !Оз кг/ч. Общий выход массы Потоки (8+ 10+ топливная жидкость + Ч- углистое вещество) = = 937,9 е 50,0+ 20,8 е 25,2 = = 1033,9 10 кг/ч.
Данные, представленные в примере 3, оказываются наиболее удобными для оценки процесса переработки древесины. 2. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ БАЛАНС При рассмотрении массового баланса мы исходили из закона сохране- ния массы, в данном же случае мы должны исходить из закона сохране- ния энергии. 2.1.
Основные уравнения н общие сведения Согласно первому закону термодинамики, для системы в стационарном режиме имеем где АН вЂ” изменение энтальпии от впускных до выпускных потоков, й — тепло, пересекающее границы системы, И',— работа, произведенная жидкостью в аппарате. Тепло, переданное системе, величина положительная; тепло, отобранное от системы, величина отрицательная; работа положительна, когда она передается от системы к окружающей среде. Члены кинетической и потенциальной энергии по сравнению с другими ничтожно малы.
Подробный вывод этого уравнения и его применение можно найти в стандартном учебнике по термодинамике !8, 91. Следует подчеркнуть, что энтальпня представляет собой функцию состояния и, следовательно, ее значение зависит только от состояния системы, т.е. от температуры, дапления и объема. Изменение энталытии зависит только от начальных и конечных состояний системы и не зависит от пути или метода, которыми достигнуто изменение состояния. ь3 ьй ьй Я; й йь а 4 й о о б % и х О й Технические я экономические аспекты Фазовые изменении. Обычно фазовые превращения в процессе переработки биомассы происходят при испарении и конденсации. В этом случае АН соответствует разности энтальпин при постоянных температуре и давлении веществ в жгщком и парообразном состояниях или скрытой теплоте испарения. Ф~Я~~~Е11111111 ча чч очй г 1 г г е 1 1 ! 1г ! 1мччО 1 !К ! ! ! 11! ! ! ! !':(~! ! ! где ЛН вЂ” энтальпия на единицу массы (моль), Ср-теплоемкость на едгг- ницу массы (моль).
Теплоемкости газов, жидкостей и твердых неществ приводятся в таблицах, например в работе [101. г г \ О чзжчч 11111!О!1 3-1 ! ! ! г ъ Химические реакщ2и я теплоты сгорания. Большая часть энергетических изменений, происходящих при термохимических превращениях, является результатом высвобождения или поглощения энергии при протекании химической реакции. Теплота реакции представляет собой разность между энтальпиями продуктов реакции и реагентов. Для экзотермической реакции энтальпия продуктов меньше энтальпии реагентов, и во время реакции тепло высвобождается в окружающую среду.
Для эндотермической реакции энтальпия продуктов реакции больше, чем энтальпия реагентов, и тепло реакции будет поглощаться. Тепло реакции определяется по закону Гесса го ф !!!!!!!!!!66!!!! ~яЬяЗ Фяо ! о!о ач о е ! о о" ц $о й бф лН (реакции) =,Гну(продуктов) —,2 ЛНу(реагентов), (5) где ,'ГЛН'р — сумма стандартных теплот обраювания продуктов или реагентов. Стандартные теплоты образования представляют собой энтальпию изменений в реакции на ! моль соединения элементов.
Стандартное состояние реагентов и продуктов реакции при ! атм и 298 К. Теплоты реакции могут также быть определены по теплотам сгорания (ЛН;), которые представляют собой энтальпию изменений (при 298 К и ! атм), связанных с реакциями, в которых происходит соединение с кислородом до образования конкретных продуктов горения (например, Н2О и СО,).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
