Условие:
Реактор синтеза метанола заполнен низкотемпературным катализатором СНМ-1 (60 м³), производительность 1 м³ которого равна 6,24 т метанола в сутки. Для обеспечения такой производительности в реактор подают в час 2350 м³ свежего синтез-газа на 1 т образующегося метанола; объемная доля диоксида углерода в свежем газе должна быть 8%, а мольное соотношение водород: оксид углерода равно 2,8:1. Определить объемную долю свежего синтез-газа, направляемого в двухступенчатый реактор конверсии CO до CO₂ на железохромовом катализаторе.
Решение:
Для решения данной задачи, давайте разберем ее по шагам.
Шаг 1: Определение производительности реактора
Производительность катализатора СНМ-1 составляет 6,24 т метанола в сутки на 1 м³. Объем реактора равен 60 м³.Производительность всего реактора:
\[
\text{Производительность} = 6,24 \, \text{т/сут} \times 60 \, \text{м}^3 = 374,4 \, \text{т/сут}
\]
Шаг 2: Определение потребности в синтез-газе
Для получения 1 тонны метанола требуется 2350 м³ свежего синтез-газа. Следовательно, для 374,4 т метанола потребуется:\[
\text{Объем синтез-газа} = 2350 \, \text{м}^3/\text{т} \times 374,4 \, \text{т} = 880440 \, \text{м}^3/\text{сут}
\]
Шаг 3: Определен...
Объемная доля диоксида углерода в свежем газе составляет 8%. Это означает, что 92% - это другие компоненты (в основном водород и оксид углерода). Мольное соотношение водорода к оксиду углерода равно 2,8:1. Это означает, что на каждую молекулу CO требуется 2,8 молекулы H₂. Обозначим: - \( V_{CO} \) - объем синтез-газа, содержащий CO, - \( V_{H2} \) - объем синтез-газа, содержащий H₂. Согласно мольному соотношению: \[ V{CO} \] Объемная доля CO в синтез-газе: \[ V{H2} + V{синтез-газа} \] где \( V{синтез-газа} \). Подставим \( V_{H2} \): \[ V{CO} + 0,08 \cdot V{синтез-газа} \] \[ (1 + 2,8) \cdot V{синтез-газа} = V_{синтез-газа} \] \[ 3,8 \cdot V{синтез-газа} = V_{синтез-газа} \] Теперь выразим \( V_{CO} \): \[ 3,8 \cdot V{синтез-газа} - 0,08 \cdot V_{синтез-газа} \] \[ 3,8 \cdot V{синтез-газа} \] \[ V{синтез-газа}}{3,8} \] Теперь подставим \( V_{синтез-газа} = 880440 \, \text{м}^3/\text{сут} \): \[ V_{CO} = \frac{0,92 \cdot 880440}{3,8} \approx 220000 \, \text{м}^3/\text{сут} \] Теперь мы можем определить объемную долю свежего синтез-газа, направляемого в двухступенчатый реактор конверсии CO до CO₂: \[ V_{CO2} = 0,08 \cdot 880440 \approx 70435,2 \, \text{м}^3/\text{сут} \] Объемная доля свежего синтез-газа, направляемого в двухступенчатый реактор, равна: \[ \text{Объемная доля} = \frac{V{синтез-газа}} = \frac{70435,2}{880440} \approx 0,08 \text{ или } 8\% \] Таким образом, объемная доля свежего синтез-газа, направляемого в двухступенчатый реактор конверсии CO до CO₂, составляет 8%.