Príklad 8 - Zemýply 3. Bilačá schéma 1. Zadaie príkladu 1 - zemý ply 1 =? kmol/h 3 - sytézy ply x 1 =? x 1B =? 3 = 500 kmol/h PEC x 1C =? x 3 = 0.0516 x 3B = 0.0059 x 3C = 0.3932 2 - vodá para x 3 = 0.4409 x 3E = 0.0503 2 =? x 3F = 0.0581 kmol/h x 2 = 1 r = 2*x 1 + 2*x 2 r - reakčý prúd Zložky: - CH4 Sytézy ply sa pripravuje v peci reakciou metáu s vodou parou. o pece vstupuje vodá para a zemý ply o teplote 25 C a tlaku 101,3 kpa, obsahujúci metá, dusík a vodík. V plyej fáze prebiehajú reakcie: CH4 + H2O = CO+ 3 H2 CH4 + 2 H2O = CO2 + 4 H2 Odchádzajuci ply z pece obsahuje v obj. %: 5,16 % CH4, 5,81 % CO2, 39,32 % H2, 5,03 CO 44,09 % H2O a 0,59 % N2. Vyrobí sa 500 kmol/h sytézeho plyu. Vypočítajte: 1. Objemový prietok zemého plyu. 2. Stupe premey metáu a vodej pary v jedotlivých reakciách a ich celkový stupeň premey. 3. Zložeie vstupujúceho zemého plyu. CELKOVÝ VIZUÁLNY OBRZ... 2. "Metála itegrácia iformácií"... čítaie 4. Riešeie sytéza vizualizácia Prúdy 1 2 r 1 r 2 3 Zložky : CH 4 1*x 1 (-1)*ξ 1 (-1)*ξ 2 3*x 3 80-25.15-29.05 25.8 B: N 2 1*x 1B 3*x 3B 2.95 2.95 C: H 2 1*x 1C 3*ξ 1 4*ξ 2 3*x 3C 4.95 75.45 116.2 196.6 : H 2O 2*x 2C (-1)*ξ 1 (-2)*ξ 2 3*x 3 303.7-25.15-58.1 220.45 E: CO 1*ξ 1 3*x 3E 25.15 25.15 F: CO 2 1*ξ 2 3*x 3F 29.05 29.05 S 1 2 r1 =2*x 1 r2 =2*x 2 3 87.9 303.7 50.3 58.1 500 aalýza logika predstavivosť
MB - 2 : Príklad 8 Sytézy ply sa pripravuje v peci reakciou metáu s vodou parou. o pece vstupuje vodá para a zemý ply o teplote 25 C a tlaku 101,3 kpa, obsahujúci metá, dusík a vodík. V plyej fáze prebiehajú reakcie: CH 4 + H 2 O = CO+ 3 H 2 CH 4 + 2 H 2 O = CO 2 + 4 H 2 Odchádzajuci ply z pece obsahuje vodú paru a vodík v objemovom pomere 1,121:1, 5,16 obj. % CH 4, 5,81 obj. % CO 2, 5,03 obj. % CO a 0,59 obj. % N 2. Vyrobí sa 500 kmol/h sytézeho plyu. Vypočítajte: 1. Objemový prietok vstupujúceho zemého plyu a jeho zložeie. 2. Stupe premey metáu a vodej pary v jedotlivých reakciách a ich celkový stupeň premey. Odporúčaý postup riešeia príkladov z Materiálových bilacií.. Čítať zadaie príkladu, aj iekoľkokrát, veľmi pozore. Je vhodé si predstaviť každé slovo, slové spojeie z textu príkladu do podoby obrázkov, plé "farieb, pohybu a radosti zo života" a "metálej obrazovke a vytvoriť si z ich celkový obraz. Na základe tejto vizuálej aalýzy a sytézy idetifikovať počet zariadeí, všetky vstupujúce a vystupujúce prúdy, počet bilacovaých zložiek a základ výpočtu. Trasformovať takto získaé iformácie z textu príkladu do matematických symbolov, hodôt, jedotiek a vzťahov do Bilačej schémy. Zostaviť materiálové bilacie a pomocé vzťahy, riešiť teto bilačý systém, overiť a kritickým "logickým okom" posúdiť výsledky. Základ výpočtu: * Základ výpočtu je spravidla defiovaý a vstupe resp. výstupe, buď ako možstvo prúdu alebo zložky v prúde. * Pri materiálových bilaciách s reakciou môže byť základom výpočtu aj rozsah reakcie alebo zdrojový čle zložky (možstvo zložky, ktoré vzike alebo zaike v chemickej reakcii) * Vzhľadom k jeho hodote sa dopočítavajú možstvá ezámych prúdov a zložiek. * V prípade, že základ výpočtu ie je defiovaý, je uté si ho voliť. Spravidla a vstupe alebo výstupe, kde býva aviac iformácií o bilacovaom systéme.
Bilačá schéma: 1 - zemý ply 3 / 3C = 1.121 / 1 1 =? kmol/h 3 - sytézy ply x 1 =? x 1B =? 3 = 500 kmol/h x 1C =? x 3 = 0.0516 x 3B = 0.0059 x 3C =? 2 - vodá para x 3 =? x 3E = 0.0503 2 =? kmol/h x 3F = 0.0581 x 2 = 1 PEC Zložky: - CH 4 B - N 2 C - H 2 - H 2 O E - CO F - CO 2 r = 2*x 1 + 2*x 2 r - reakčý prúd Stechiometrické rovice: CH 4 + H 2 O CO + 3 H 2 (-1)*ξ 1 (-1)*ξ 1 ξ 1 3*ξ 1 r1 = 2*ξ 1 kmol/h CH 4 + 2 H 2 O CO 2 + 4 H 2 (-1)*ξ 2 (-2)*ξ 2 ξ 2 4*ξ 2 r2 = 2*ξ 2 kmol/h
Riešeie Na základe iformácii zo zadaie je uté sa rozhodúť, či sa výpočet zrealizuje v jedotkách hmotosti a hmotostých zlomkoch, alebo látkových možstvách a mólových zlomkoch. 1. krok výpočtu Výpočet mólových zlomkov vodíka a vodej pary vo vystupujúcej plyej zmesi: a. Matematicky: 3 / 3C =1.121 / 1 ( 3 *x 3) / (3*x 3C) = 1.121 / 1 x 3 / x 3C = 1.121 / 1 Platí väzbové pravidlo: x 3C + x 3 = 0.8341 x 3 + x 3B + x 3C + x 3 + x 3E + x 3F = 1 x 3 = 0.0516 x 3B = 0.0059 x 3E = 0.0503 x 3F = 0.0581 x 3 + x 3B + x 3E + x 3F = 0.1659 Riešeím dvoch rovíc o dvoch ezámych: x 3 / x 3C = 1.121 / 1 x 3C + x 3 = 0.8341 x 3C = 0.3933 x 3 = 0.4408 b. Úvahou: x 3C = P /P *Pf Zložky etvoria 100 percet x 3 = P B /P *Pf príslušej zmesi. Prepočítavací faktor P C = 1 Pf = 0.8341 P = 1.121 P = P C + P P = 2.121 P - počet dielov v zmesi x 3C = 0.3933 x 3 = 0.4408 2. krok výpočtu Výpočet tokov látkových možstiev vystupujúceho prúdu: (viď materiálovú bilaciu v 3. kroku)
3. krok výpočtu Zostaveie materiálovej bilacie: Prúdy 1 2 r 1 r 2 3 Zložeie vystupujúceho prúdu: Zložky : CH 4 1 *x 1 (-1)*ξ 1 (-1)*ξ 2 3 *x 3 x 3 = 0.0516??? 25.8 B: N 2 1 *x 1B 3 *x 3B x 3B = 0.0059 2.95 2.95 C: H 2 1 *x 1C 3*ξ 1 4*ξ 2 3 *x 3C x 3C = 0.3933??? 196.63 : H 2 O 2 *x 2C (-1)*ξ 1 (-2)*ξ 2 3 *x 3 x 3 = 0.4408??? 220.42 E: CO 1*ξ 1 3 *x 3E x 3E = 0.0503? 25.15 F: CO 2 1*ξ 2 3 *x 3F x 3F = 0.0581? 29.05 S 1 2 r1 =2*x 1 r2 =2*x 2 3 1???? 500 500 4. krok výpočtu Výpočet rýchlosti prvej reakcie z bilacie CO: E : 11 3 x3e 1 25.15 kmol/h 5. krok výpočtu Výpočet rýchlosti druhej reakcie z bilacie CO 2 : F : 12 3 x3f 2 29.05 kmol/h 6. krok výpočtu Výpočet reakčého prúdu: = 2 2 r r1 r2 1 2 108.4 kmol/h 7. krok výpočtu Výpočet toku látkového možstva vodej pary z jej zložkovej bilacie: : x 2 x 2 2 1 2 3 3 2 2 303.7 kmol/h
8. krok výpočtu Výpočet toku látkového možstva zemého plyu z celkovej materiálovej bilacie: 1 2 r 3 1 87.93 kmol/h Spätým dosadeím vypočítaých údajov do materiálovej bilacie,vypočítame možstvo a zložeie vstupujúceho zemého plyu. 9. krok výpočtu Materiálová bilacia: Prúdy 1 2 r 1 r 2 3 Zložeie zemého plyu: Zložky : CH 4 1 *x 1 (-1)*ξ 1 (-1)*ξ 2 3 *x 3 x 1 = 0.9098 80-25.15-29.05 25.8 B: N 2 1 *x 1B 3 *x 3B x 1B = 0.0335 2.95 2.95 C: H 2 1 *x 1C 3*ξ 1 4*ξ 2 3 *x 3C x 1C = 0.0566 4.98 75.45 116.20 196.63 : H 2 O 2 *x 2C (-1)*ξ 1 (-2)*ξ 2 3 *x 3 303.67-25.15-58.10 220.42 E: CO 1*ξ 1 3 *x 3E 25.15 25.15 F: CO 2 1*ξ 2 3 *x 3F 29.05 29.05 S 1 2 r1 =2*x 1 r2 =2*x 2 3 87.93 303.67 50.30 58.10 500 87.93 50.3 58.1 500 10. krok výpočtu Objemový prietok zemého plyu: 1 = 87.93 kmol/h R = 8.314 kj/kmol/k 1 R T1 V 2151 m 3 /h 1 t 1 = 25 C P1 T 1 = 298.15 K P 1 = 101.325 kpa
11. krok výpočtu Stupe premey metáu a vodej pary v jedotlivých reakciách: Vypočítame z prepočtových vzťahov medzi rýchlosťou reakcie a stupňom premey reaktata v príslušej reakcii, alebo z defiičého vzťahu a výpočet stupňa premey rektata pre daú reakciu. Prepočtový vzťah: 1 1 1 1 1 1 1 2 2 1 2 2 1 2 2 1 Celkový stupeň premey 0.314 reaktata: 0.363 a = 0.678 1 1 2 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 0.083 0.191 a = 0.274 efiičý vzťah: Zdrojový čle zložky v prvej reakcii. i i, i, vstup 1 1 1, 1 0.314 2 2 1, 1 0.363 1 1 2, 2 0.083 1 1 2, 2 0.191