Herstellung H2 mittels Steam Reforming

Question

Aufgabe:

Hallo

Kann mir wer bei folgender Aufgabe helfen? Ich stecke fest...

Zur Herstellung von H2 wird der allotherme Prozess des Steam-Reforming verwendet. Der genaue Prozess verläuft, unter Ausschluss von O2, nach folgender Summengleichung ab:
CH4 (g) + 2 H2O (g) ⇌ CO2 (g) + 4 H2 (g)
Gehen Sie idealisiert vom vollständigen Umsatz aus. Der Volumsanteil von H2 im trockenen (kein Wasser enthaltenden) Produktionsgas beträgt 68,15 %. Die Nach Abkühlen beträgt die Dichte von H2 0,0899 g/dm3. Wie viel kg CH4 werden in einer Stunde eingebracht, wenn 551 m3/h Gasgemisch produziert werden?

Comments

Vom Duplikat:

Titel: Wie viel kg CH4 werden in einer Stunde eingebracht, wenn 583 m3/h Gasgemisch produziert werden?

Stichworte: masse,gas

Aufgabe:

Zur Herstellung von H2 wird der allotherme Prozess des Steam-Reforming verwendet. Der genaue Prozess verläuft, unter Ausschluss von O2, nach folgender Summengleichung ab:
CH4 (g) + 2 H2O (g) ⇌ CO2 (g) + 4 H2 (g)
Gehen Sie idealisiert vom vollständigen Umsatz aus. Der Volumsanteil von H2 im trockenen (kein Wasser enthaltenden) Produktionsgas beträgt 54,42 %. Die Nach Abkühlen beträgt die Dichte von H2 0,0899 g/dm3. Wie viel kg CH4 werden in einer Stunde eingebracht, wenn 583 m3/h Gasgemisch produziert werden?

Problem/Ansatz:

Muss ich da zuerst die molverhältnisse zwischen CH4 und H2 ausrechnen und dann durch das massenverhältnis von H2 irgendwie  die masse von CH4 ausrechnen? Köntte mir hier vielleicht jemand helfen?

Answer 1

Hi, hier chemweazle,

Zu

Herstellung H₂ mittels Steam Reforming

Zur Herstellung von H₂wird der allotherme Prozess des Steam-Reforming verwendet. Der genaue Prozess verläuft, unter Ausschluss von O₂, nach folgender Summengleichung ab:

CH_4(g) + 2 H₂O_(g) → CO₂O_(g) + 4 H_2(g)

Gehen Sie idealisiert vom vollständigen Umsatz aus. Der Volumsanteil von H₂ im trockenen (kein Wasser enthaltenden) Produktionsgas beträgt 68,15 %.

Nach Abkühlen beträgt die Dichte von H₂, ρ(H₂) = 0,0899 g/dm³ = 0,0899 g/l. Wie viel kg CH_4(g) werden in einer Stunde eingebracht, wenn 551 m3/h Gasgemisch produziert werden?

Für welche Temperatur gilt diese Volumenrate von 551 m³/h?, Gilt diese Volumenangabe nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur, θ= 25^°C, entsprechend 298 K?

Wenn dem so ist, dann kann man mit der Dichte von Wasserstoff die Masse an Wasserstoff pro Stunde errechnen und mit der Molmasse die Stoffmenge pro Stunde errechnen.
Aus der errechneten Stoffmenge an Wasserstoff läßt sich die Stoffmenge an verbrauchten Methan bestimmen. Diese ist ein Viertel der Stoffmenge des enstandenen Wasserstoffes.
Dann nur noch die Stoffmenge an verbrauchten Methan pro Stunde mit der Molmasse multiplizieren.

Der Volumenanteil des Wasserstoffes, abgekürzt mit w(v), im Produktgemisch beträgt:
$$w(v) = \dfrac{V(H_{2})}{ V(H_{2}) + V(CH_{4})} = 0,6815$$

Die Produktionsrate beträgt 551 m³/h an Gasgemisch, bestehend aus Kohlendioxid und Wasserstoff.

Mit dem Volumanteil des Wasserstoffes, w(v)(H₂) = 0,6815, entstehen 551 m³/h × 0,6815 = 375,5065 m³/h, entsprechend 375506,5 l an Wasserstoffgas pro Stunde.

Geteilt, dividiert, durch die Dichte, erhält man die Masse an Wasserstoff pro Stunde.

Dichte von H₂, ρ(H₂) = 0,0899 g/l

Das sind wieviel g und wieviel mol Wasserstoff pro Stunde?. Es geht jetzt um die Masse und die Stoffmenge an Wasserstoff pro Stunde, also die Wasserstoffrate, eigentlich sogar ein Reaktionsgeschwindigkeitsmaß.

$$\frac{m(H_{2})}{t} = \frac{V(H_{2})}{\rho(H_{2})\cdot t} = \frac{375506,5\cdot l\cdot g}{0,0899\cdot g} = 4176935,484\cdot \frac{g}{h}$$

Das sind 4176,935484 kg /h, oder fast 4,177 Tonnen an Wasserstoff pro Stunde.

Die Stoffmenge an Wasserstoff pro Stunde, mit der Molmasse von Wasserstoff, M(H₂) = 2g /mol:

$$\frac{n(H_{2})}{t} = \frac{m(H_{2})}{M(H_{2})\cdot t} = \dfrac{4176935,484\cdot g\cdot mol}{2\cdot g\cdot h} = 2088467,742\cdot \frac{mol}{h}$$

Aus einem mol verbrauchten Methan enstehen 4 mol Wasserstoff.
Das Stoffmengenverhältnis von verbrauchten Methan zu entstandenen Wasserstoff ist 1:4. Das ist das Verhältnis der stöchiometrischen Koeffizienten aus der Reaktionsgleichung.
$$\frac{n(CH_{4})}{n(H_{2})} = \frac{1}{4}$$

Die Stoffmenge pro Stunde an verbrauchten Methan ist ein Viertel der Stoffmenge an entst. Wasserstoff.

$$\frac{n(CH_{4})}{t} = \frac{1}{4}\cdot \frac{n(H_{2})}{t} = \frac{2088467,742\cdot mol}{4\cdot h} = 522116,936\cdot \frac{mol}{h}$$

Mit der Molmasse von Methan M(CH₄) = (12 + 4 × 1) g/mol = 16 g/mol

$$\frac{m(CH_{4})}{t} = \frac{n(CH_{4})}{t} \cdot M(CH_{4}) = 522116,936\cdot \frac{mol}{h} \cdot \frac{16\cdot g}{mol} = 8353870,968 \cdot \frac{g}{h}$$

Es werden 8353,871 kg /h an Methan verbraucht. Das sind 8,35 Tonnen an Methan pro Stunde.