Расчет материального баланса блока конверсии метана

На рис. 2.2 приведена блок-схема двухступенчатой конверсии метана с пронумерованными потоками реагентов и продуктов.
Рисунок 2.2 – Блок-схема двухступенчатой конверсии метана
Приведенное ниже соотношение количеств участников реакции выходе из шахтного реактора определяет соотношение Н2 : N2
                                          
Так как мольные доли основных компонентов воздуха равны:
xO2 = 0.21, xN2 = 0.78, xAr = 0.009,
имеем следующее соотношение между потоками компонентов воздуха и суммарным потоком воздуха на входе шахтный реактор:
                                   
Составим уравнения материального баланса по химическим элементам для расширенной подсистемы, включающей реакционные трубы Т.П. и Ш.Р. (см. рис. 2.2) с учетом протекающих в аппарате реакций:
CH4 + H2O  3H2 + CO
CH4 + 2O2 2H2О + CO2.
Баланс по азоту:
                                            
Баланс по углероду для рассматриваемой подсистемы (на вход 2 углеродсодержащие вещества не поступают):
                                     
  Баланс по кислороду в предположении, что кислород полностью расходуется на процессы окисления в Ш.Р.:
                           
  Баланс по водороду:
                    
Решая совместно систему уравнений (2.4 – 2.6), а также используя исходные данные по степени превращения метана Х = 0,98 и выразив из (2.2) и (2.3), что , получаем:
                                      
Как следует из (2.7) и (2.2), отношение потока воздуха на входе в Ш.Р

. к сырьевому потоку СН4 на входе в Т.П. должно быть равно:
                                                     
где .
Из (2.8) находим:
Приход
Количество метана, поступающего на конверсию:
Или в массовом выражении:
(2.10)
Таким образом, количество воздуха на входе в шахтный реактор (см