Задача 2

Рассчитать среднюю теплоемкость парогазовой смеси (ПГС), подаваемой на паровую конверсию метана, при температурах 500, 520, 560 °С. Состав ПГС, м3: CH4 – 93,8; C2H6 – 3,3; C3H8 – 1,6; N2 – 3,854; H2 – 7,416; Ar – 0,03; H2O – 370.

 

 

Решение:

Расчет теплоемкости выполняем по правилу аддитивности:

, (2)

где Vi – объем компонента в смеси газов, м3; сi – средняя объемная теплоемкость компонента в смеси газов, кДж/(м3×К).

Теплоемкости компонентов смеси рассчитываем по следующим формулам в кДж/(кмоль×К):

Для H2 (при 298-3000 К):

(3)

Для N2 (при 298-2500 К):

(4)

Для H2O (при 298 – 2500 К):

(5)

Для CH4 (при 298-1500 К):

(6)

Для C2H6 (при 298-1500 К):

(7)

Для C3H8 (при 298-1500 К):

(8)

Для Ar:

, (9)

где R – универсальная газовая постоянная.

1) Расчет средней теплоемкости ПГС при 500 °С (773 К).

По формулам (3) – (9) рассчитываем теплоемкости компонентов смеси:

Переводим теплоемкости компонентов смеси в кДж/(м3·К). Для этого необходимо теплоемкости в кДж/(кмоль·К) разделить на молярный объем 22,4 м3/кмоль:

Сведем полученные данные в таблицу.

Таблица 2.

Средняя теплоемкость компонентов ПГС при температуре 773 К.

Компонент с, кДж/(кмоль·К) с, кДж/(м3·К)
СН4 48,974 2,186
С2Н6 81,844 3,654
С3Н8 117,837 5,261
N2 30,167 1,347
Н2 29,243 1,305
Ar 20,785 0,928
Н2О 35,865 1,601

 

 

Рассчитываем среднюю теплоемкость ПГС по формуле (2):

= 1,735 кДж/(м3·К).

2) Расчет средней теплоемкости ПГС при 520 °С (793 К).

По формулам (3) – (9) рассчитываем теплоемкости компонентов смеси. Результаты расчетов представлены в таблице 3.

Таблица 3.

Средняя теплоемкость компонентов ПГС при температуре 793 К.

Компонент с, кДж/(кмоль·К) с, кДж/(м3·К)
СН4 49,504 2,210
С2Н6 82,877 3,700
С3Н8 119,370 5,329
N2 30,209 1,349
Н2 29,270 1,307
Ar 20,785 0,928
Н2О 35,969 1,606

 

Рассчитываем среднюю теплоемкость ПГС по формуле (2):

= 1,744 кДж/(м3·К).

3) Расчет средней теплоемкости ПГС при 560 °С (833 К).

По формулам (3) – (9) рассчитываем теплоемкости компонентов смеси. Результаты расчетов представлены в таблице 4.

Таблица 4.

Средняя теплоемкость компонентов ПГС при температуре 833 К.

Компонент с, кДж/(кмоль·К) с, кДж/(м3·К)
СН4 50,550 2,257
С2Н6 84,895 3,790
С3Н8 122,361 5,463
N2 30,295 1,352
Н2 29,325 1,309
Ar 20,785 0,928
Н2О 36,177 1,615

 

Рассчитываем среднюю теплоемкость ПГС по формуле (2):

= 1,761 кДж/(м3·К).