Bài 4

Sản xuất methanol. Methanol (

\ce{CH3OH}

) dùng làm phụ gia xăng và nhiều loại nhựa. Nhà máy dựa trên

\ce{CO + 2H2 -> CH3OH}

;

\ce{H2}

và CO thu từ reforming

\ce{CH4 + H2O -> CO + 3H2}

. Nhà máy gồm ba cụm: reformer, lò phản ứng methanol và bộ tách methanol khỏi CO và

\ce{H2}

. Các vị trí: α = nạp vào reformer (

\ce{CH4}

\ce{H2O}

); β = khí vào lò methanol (CO,

\ce{H2}

); γ = dòng ra khỏi lò trước khi tách (CO,

\ce{H2}

\ce{CH3OH}

); δ = CO và

\ce{H2}

dư sau tách. Lưu lượng methanol ở γ là

n(\ce{CH3OH}, \gamma) = 1000

mol s

^{-1}

; thiết kế chuyển hóa 2/3 CO thành methanol; phản ứng reforming hoàn toàn. (4.1) Tính lưu lượng CO và

\ce{H2}

ở β. (4.2) Tính lưu lượng CO và

\ce{H2}

ở γ. (4.3) Tính lưu lượng

\ce{CH4}

và

\ce{H2O}

cần ở α. (4.4) Tại γ mọi chất đều là khí; với áp suất tổng

p = 10

MPa, tính áp suất riêng của CO,

\ce{H2}

\ce{CH3OH}

theo

p_i = p\, n_i/n_{\mathrm{tot}}

. (4.5) Khi lò đủ lớn, phản ứng đạt cân bằng và

K_p = \dfrac{p(\ce{CH3OH})\,p^0}{p(\ce{CO})\,p(\ce{H2})^2}

với

p^0 = 0.1

MPa. Tính

K_p

(nhiệt độ tương ứng đọc trên đồ thị

\log K_p

–

T

khoảng 630 K).

Bước 4/4: Hằng số cân bằng và nhiệt độ

← Trước Tiếp →

K_p = \frac{p(\ce{CH3OH})\,p^0}{p(\ce{CO})\,p(\ce{H2})^2} = \frac{2.5\times0.1^2}{1.25\times6.25^2} = 5.12\times10^{-4}\ \Rightarrow\ T \approx 630\ \text{K}

Phân tích

Thay các áp suất riêng vào biểu thức $K_p$ không thứ nguyên được $5.12\times10^{-4}$ ; trên đồ thị $\log K_p$ – $T$ giá trị này tương ứng khoảng 630 K.

Lỗi hay gặp. Chú ý hệ số áp suất chuẩn:

K_p

không thứ nguyên nên

p(\ce{CH3OH})

nhân với

p^0 = 0.1

MPa chứ không phải 1 MPa.