Задача 9. Рассчитать материальный баланс процесса горения смеси веществ No = 3000 кмоль/ч состава nN2=0,2; nC2H6=0,4; nC2H4=0,3; nCO2=0,1 в воздухе (избыток воздуха -

Рассчитать материальный баланс процесса горения смеси веществ N_o = 3000 кмоль/ч состава n_N2=0, 2; n_C2H6=0, 4; n_C2H4=0, 3; n_CO2=0, 1 в воздухе (избыток воздуха - 15%). Х_i = 1.

Решение

1. Рассчитываем мольный расход каждого компонента горючего газа (табл. 1.15).

Таблица 1.15.

Мольный расход компонентов горючего газа

Вещество	Mi, кг/кмоль	ni	ni, 0, кмоль/ч
N2		0, 2	3000× 0, 2=600
C2H6		0, 4	3000× 0, 4=1200
C2H4		0, 3	3000× 0, 3=900
CO2		0, 1	3000× 0, 1=300
ВСЕГО

2. По стехиометрическим уравнениям реакций рассчитываем количество кислорода, необходимое для полного сгорания компонентов смеси:

- по реакции (1): 2С₂Н₆+7О₂=4СО₂+6Н₂О

N_O2, ₁ = N_{C2H6, 0}= 1200=4200 (кмоль/ч);

- по реакции (2): С₂Н₄+3О₂=2СО₂+2Н₂О

N_O2, ₂ = N_{C2H4, 0} = 900=2700 (кмоль/ч);

3. Суммарное количество кислорода, необходимое для обеих реакций, с учетом избытка:

N_{O2, возд} = (N_{О2, 1}+ N_{О2, 2}) × 1, 15 = (4200+2700) × 1, 15 = 6900× 1, 15 = 7935 (кмоль/ч);

4. Рассчитываем мольный расход азота, пришедшего в реактор из воздуха вместе с кислородом N_{N2, возд}:

N_N2, _возд= N_O2, _возд= 7935=29850, 71 (кмоль/ч);

5. Так как в исходном газовом потоке уже присутствовал азот, его общее количество на входе в реактор составит:

N_N2, _общ= N_{N2, возд}+ N_N2, ₀= 29850, 71 +600=30450, 71 (кмоль/ч);

6. Избыточное количество кислорода на выходе из реактора:

N_O2 = N_O2, _возд. - (N_O2, ₁ + N_O2, ₂) = 7935- 6900=1035 (кмоль/ч);

7. Количество азота, вышедшее из реактора, остается неизменным: N_N2 = N_{N2, общ}.

8. Количество образовавшихся продуктов:

- по реакции 1: 2С₂Н₆+7О₂=4СО₂+6Н₂О

N_СO2, ₁ = N_{C2H6, 0} = 1200 = -2400 (кмоль/ч);

N_{Н2O, 1} = N_{C2H6, 0} = 1200 = -3600 (кмоль/ч);

- по реакции 2: С₂Н₄+3О₂=2СО₂+2Н₂О

N_{СO2, 2} = N_{C2H4, 0} = 900 = -1800 (кмоль/ч);

N_{Н2O, 2} = N_{C2H4, 0} = 900= -1800 (кмоль/ч);

10. Суммируем аналогичные продукты по обеим реакциям:

N_СO2(1+2)= -N_{СO2, 1} - N_{СO2, 2} = -2400-1800= -4200 (кмоль/ч);

11. С учетом СО₂, поступающего на вход реактора, его суммарное количество на выходе составит: N_СO2 = N_{СO2, 0} - (-N_{СO2, (1+2)}) = 4200+300=4500 (кмоль/ч);

12. Суммарное количество воды на выходе из реактора: N_Н2O = 0-(-N_{Н2O, (1+2)} )= 3600+1800= 5400 (кмоль/ч).

Результаты расчета сводим в таблицу материального баланса (табл.1.16). При решении задачи на компьютерах с помощью пакета Excel решение выполняется в такой же таблице.

Таблица 1.16.

Материальный баланс при одновременном протекании нескольких реакций

В-во	Mi, кг/кмоль	Приход	Реакции	Расход
ni, 0, кмоль/ч	mi, 0, кг/ч	ni, 1	ni, 2	ni, хр, кмоль/ч	ni, кмоль/ч	mi, кг/ч
C2H6					-		-	-
C2H4				-			-	-
CO2				-4	-2	-4200
О2
Н2О		-	-	-6	-2	-5400
N2		30450, 71	852619, 88	-	-	-	30450, 71	852619, 88
ВСЕГО	40785, 71					41385, 71