Chemistry Labs

Bài 4

Sản xuất methanol. Methanol (CHX3OH\ce{CH3OH}) dùng làm phụ gia xăng và nhiều loại nhựa. Nhà máy dựa trên CO+2 HX2→CHX3OH\ce{CO + 2H2 -> CH3OH}; HX2\ce{H2} và CO thu từ reforming CHX4+HX2O→CO+3 HX2\ce{CH4 + H2O -> CO + 3H2}. Nhà máy gồm ba cụm: reformer, lò phản ứng methanol và bộ tách methanol khỏi CO và HX2\ce{H2}. Các vị trí: α = nạp vào reformer (CHX4\ce{CH4}, HX2O\ce{H2O}); β = khí vào lò methanol (CO, HX2\ce{H2}); γ = dòng ra khỏi lò trước khi tách (CO, HX2\ce{H2}, CHX3OH\ce{CH3OH}); δ = CO và HX2\ce{H2} dư sau tách. Lưu lượng methanol ở γ là n(CHX3OH,γ)=1000n(\ce{CH3OH}, \gamma) = 1000 mol s−1^{-1}; thiết kế chuyển hóa 2/3 CO thành methanol; phản ứng reforming hoàn toàn. (4.1) Tính lưu lượng CO và HX2\ce{H2} ở β. (4.2) Tính lưu lượng CO và HX2\ce{H2} ở γ. (4.3) Tính lưu lượng CHX4\ce{CH4} và HX2O\ce{H2O} cần ở α. (4.4) Tại γ mọi chất đều là khí; với áp suất tổng p=10p = 10 MPa, tính áp suất riêng của CO, HX2\ce{H2}, CHX3OH\ce{CH3OH} theo pi=p ni/ntotp_i = p\, n_i/n_{\mathrm{tot}}. (4.5) Khi lò đủ lớn, phản ứng đạt cân bằng và Kp=p(CHX3OH) p0p(CO) p(HX2)2K_p = \dfrac{p(\ce{CH3OH})\,p^0}{p(\ce{CO})\,p(\ce{H2})^2} với p0=0.1p^0 = 0.1 MPa. Tính KpK_p (nhiệt độ tương ứng đọc trên đồ thị log⁡Kp\log K_p–TT khoảng 630 K).
Bước 1/4: Lưu lượng nạp vào lò
← TrướcTiếp →
n(CO,β)=32 n(CHX3OH,γ)=1500 mol s−1;n(HX2,β)=3 n(CO,β)=4500 mol s−1n(\ce{CO},\beta) = \frac{3}{2}\,n(\ce{CH3OH},\gamma) = 1500\ \text{mol s}^{-1};\quad n(\ce{H2},\beta) = 3\,n(\ce{CO},\beta) = 4500\ \text{mol s}^{-1}
Phân tích

Vì 2/3 CO nạp vào thành methanol, lượng CO cần là 1000/(2/3)=15001000/(2/3) = 1500 mol s−1^{-1}. Reformer sinh 3 mol HX2\ce{H2} mỗi mol CO nên n(HX2,β)=4500n(\ce{H2},\beta) = 4500 mol s−1^{-1}.