Massebalanse over varmevekslerne - Ntnu fakultet for kjemi og biologi Norges teknisk-naturvitenskapelige Institutt...

Massebalanse over varmevekslerne
Etter reaktoren strømmer gassen gjennom tre varmevekslere. Disse kjøler strømmen slik at noe gass kondenserer. Andel væske i strøm F6 og F7 ble beregnet ut fra flytskjema 2. Dette tilsvarer 1426 kmol/h i F6 og 1944 kmol/h i F7. I strøm F8 ble det antatt at all metanol og vann har kondensert til væske.
Ved hjelp av de reelle damptrykk (pA) og damptrykk over ren komponent (poA) ble molfraksjon i væskefasen bestemt.
Raoults lov: (B4.17)
(B4.18)
Komponentbalanse: (B4.19)
Ved å kombinere likningene B4.17,18 og 19 fikk en uttrykk for væskefraksjon x og gassfraksjon y:
(B4.20)
(B4.21)
Damptrykket for rene komponenter ble beregnet fra likning B4.22 (Yaws,1999).
(B4.22)
Verdiene for A, B, C, D og E er hentet fra Yaws. De beregnede damptrykkene er vist i tabell B4.5.
Tabell B4.5: Damptrykk for ren metanol og rent vann ved 118 og 110 grader Celcius.
|
Partialtrykk metanol
|
Partialtrykk vann
|
Temp (K)
|
Log P
|
P mmHg
|
P bar
|
log P
|
P mmHg
|
P bar
|
391
|
3.654
|
4510
|
6.011
|
3.143
|
1389
|
1.851
|
383
|
3.553
|
3575
|
4.766
|
3.029
|
1068
|
1.424
|
De beregnede fraksjonene er vist i tabell B4.6.
Tabell B4.6: Væske-og dampfraksjoner for vann og metanol.
|
Metanol
|
|
Vann
|
|
Strøm
|
X
|
y
|
x
|
Y
|
F6
|
0.699
|
0.0516
|
0.347
|
0.00789
|
F7
|
0.721
|
0.0425
|
0.309
|
0.00543
|
En ser at summen av væskefraksjonene ble større enn 1, hvilket gjør at væskeflowen totalt ble litt høyere enn 3,3%. Dette kan vises:
Total væskestrøm i F6: (495+997) kmol/h = 1492 kmol/h > 1426 kmol/h
For inerter, CO, H2 og CO2 ville strømmene bli de samme som i F5, og sammensetningene for F6 og F7 kan beregnes (se tabell B4.7).
Tabell B4.7: Massebalanse for alle strømmene:
|
F1
|
|
F2
|
|
F3
|
|
F4
|
|
|
Fraksjon
|
Flow (kmol/h)
|
Fraksjon
|
Flow (kmol/h)
|
Fraksjon
|
Flow (kmol/h)
|
Fraksjon
|
Flow (kmol/h)
|
CO2
|
0.082
|
918.4
|
0.082
|
918.4
|
0.067
|
3338.0
|
0.067
|
3338.0
|
CO
|
0.211
|
2363.2
|
0.211
|
2363.2
|
0.068
|
3358.7
|
0.068
|
3358.7
|
H2
|
0.689
|
7716.8
|
0.689
|
7716.8
|
0.690
|
34155.6
|
0.690
|
34155.6
|
CH4
|
0.014
|
156.8
|
0.014
|
156.8
|
0.144
|
7127.3
|
0.144
|
7127.3
|
N2
|
0.002
|
22.4
|
0.002
|
22.4
|
0.021
|
1018.2
|
0.021
|
1018.2
|
Ar
|
0.001
|
11.2
|
0.001
|
11.2
|
0.010
|
509.1
|
0.010
|
509.1
|
H2O
|
0.001
|
11.2
|
0.001
|
11.2
|
0.000
|
11.2
|
0.000
|
11.2
|
CH3OH
|
0.000
|
0.0
|
0
|
0
|
0.000
|
0.0
|
0.000
|
0.0
|
|
1.000
|
11200.0
|
1
|
11200
|
1.000
|
49518.0
|
1.000
|
49518.0
|
F5
|
|
F6
|
|
|
|
|
Fraksjon
|
Flow (kmol/h)
|
Fraksjon x
|
Flow l (kmol/h)
|
Fraksjon y
|
Flow g (kmol/h)
|
Flow tot (kmol/h)
|
0.058
|
2524.5
|
0.000
|
0.0
|
0.060
|
2524.5
|
2524.5
|
0.024
|
1017.9
|
0.000
|
0.0
|
0.024
|
1017.9
|
1017.9
|
0.626
|
27033.6
|
0.000
|
0.0
|
0.647
|
27033.6
|
27033.6
|
0.165
|
7127.3
|
0.000
|
0.0
|
0.171
|
7127.3
|
7127.3
|
0.024
|
1018.2
|
0.000
|
0.0
|
0.024
|
1018.2
|
1018.2
|
0.012
|
509.1
|
0.000
|
0.0
|
0.012
|
509.1
|
509.1
|
0.019
|
824.7
|
0.347
|
494.8
|
0.008
|
329.9
|
824.7
|
0.073
|
3154.3
|
0.699
|
996.9
|
0.052
|
2157.4
|
3154.3
|
1.000
|
43209.4
|
1.046
|
1491.7
|
0.998
|
41717.8
|
43209.4
|
F7
|
|
|
|
|
Fraksjon x
|
Flow l (kmol/h)
|
Fraksjon y
|
Flow g (kmol/h)
|
Flow tot (kmol/h)
|
0.000
|
0
|
0.061
|
2524.5
|
2524.5
|
0.000
|
0
|
0.025
|
1017.9
|
1017.9
|
0.000
|
0
|
0.655
|
27033.6
|
27033.6
|
0.000
|
0
|
0.173
|
7127.3
|
7127.3
|
0.000
|
0
|
0.025
|
1018.2
|
1018.2
|
0.000
|
0
|
0.012
|
509.1
|
509.1
|
0.309
|
600.4
|
0.005
|
224.2
|
824.7
|
0.721
|
1401.9
|
0.042
|
1752.4
|
3154.3
|
1.030
|
2002.4
|
0.999
|
41207.1
|
43209.4
|
F8
|
|
|
|
|
F9
|
|
Fraksjon x
|
Flow l (kmol/h)
|
Fraksjon y
|
Flow g (kmol/h)
|
Flow tot
|
Fraksjon
|
Flow (kmol/h)
|
0.013
|
50.5
|
0.063
|
2474.0
|
2524.5
|
0.063
|
2474.0
|
0.000
|
0.0
|
0.026
|
1017.9
|
1017.9
|
0.026
|
1017.9
|
0.000
|
0.0
|
0.690
|
27033.6
|
27033.6
|
0.690
|
27033.6
|
0.000
|
0.0
|
0.182
|
7127.3
|
7127.3
|
0.182
|
7127.3
|
0.000
|
0.0
|
0.026
|
1018.2
|
1018.2
|
0.026
|
1018.2
|
0.000
|
0.0
|
0.013
|
509.1
|
509.1
|
0.013
|
509.1
|
0.205
|
824.7
|
0.000
|
0.0
|
824.7
|
0.000
|
0.0
|
0.783
|
3154.3
|
0.000
|
0.0
|
3154.3
|
0.000
|
0.0
|
1.000
|
4029.5
|
1.000
|
39180.0
|
43209.4
|
1.000
|
39180.0
|
F10
|
|
F11
|
|
F12
|
|
F13
|
|
Fraksjon
|
Flow (kmol/h)
|
Fraksjon
|
Flow (kmol/h)
|
Fraksjon
|
Flow (kmol/h)
|
Fraksjon
|
Flow (kmol/h)
|
0.063
|
54.4
|
0.063
|
2419.6
|
0.063
|
2419.6
|
0.013
|
50.5
|
0.026
|
22.4
|
0.026
|
995.5
|
0.026
|
995.5
|
0.000
|
0.0
|
0.690
|
594.7
|
0.690
|
26438.8
|
0.690
|
26438.8
|
0.000
|
0.0
|
0.182
|
156.8
|
0.182
|
6970.5
|
0.182
|
6970.5
|
0.000
|
0.0
|
0.026
|
22.4
|
0.026
|
995.8
|
0.026
|
995.8
|
0.000
|
0.0
|
0.013
|
11.2
|
0.013
|
497.9
|
0.013
|
497.9
|
0.000
|
0.0
|
0.000
|
0.0
|
0.000
|
0.0
|
0.000
|
0.0
|
0.205
|
824.7
|
0.000
|
0.0
|
0.000
|
0.0
|
0.000
|
0.0
|
0.783
|
3154.3
|
1.000
|
861.9596
|
1.000
|
38318.0
|
1.000
|
38318.0
|
1.000
|
4029.5
|
|