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 2/4: Lưu lượng đầu ra và nguyên liệu
← TrướcTiếp →
n(CO,γ)=1500−1000=500;n(HX2,γ)=4500−2×1000=2500 mol s−1;n(CHX4,α)=n(HX2O,α)=1500 mol s−1n(\ce{CO},\gamma) = 1500 - 1000 = 500;\quad n(\ce{H2},\gamma) = 4500 - 2\times1000 = 2500\ \text{mol s}^{-1};\quad n(\ce{CH4},\alpha) = n(\ce{H2O},\alpha) = 1500\ \text{mol s}^{-1}
Phân tích

Ở γ, CO chưa phản ứng là 1/3 không chuyển hóa, còn HX2\ce{H2} tiêu thụ theo tỉ lệ 2:1 với methanol. Vì reforming hoàn toàn, CHX4\ce{CH4} và HX2O\ce{H2O} vào reformer theo tỉ lệ 1:1 với CO tạo ra: mỗi chất 1500 mol s−1^{-1}.