Главное меню

Карта сайта
Главная
Курсовые работы
Отчеты по практикам
Лабораторные работы
Методические пособия
Рефераты
Дипломы
Лекции



Производство дихлорэтана оксихлорированием этилена

 

Технологический расчет реактора

Назначение, устройство и основные размеры.

Определение числа реакторов

Реактор представляет собой стальной вертикальный цилиндрический аппарат, футерованный изнутри торкретбетонным покрытием. Для равномерного распределения технологического воздуха по сечению реактора в нижней части его предусмотрена сферическая тарелка с патрубками, направленными вниз. Распределительное устройства для смеси этилена с хлороводородом состоит из патрубков, направленных также вниз и входящих в патрубки для воздуха. Таким образом достигают достоточной степени перемешивания реагентов и создают восходящий поток для образования псевдоожиженного слоя катализатора.

Для снятия избыточного тепла предусмотрен вертикальный змеевик, в трубы которого подают циркулирующий (под давлением) и частично испаряющийся водяной конденсат. В верхнюю часть реактора вмонтирован трехступенчатый циклон для улавливания катализаторной пыли из газообразных продуктов реакции.

Исходные данные:

Температура процесса 220 С;

Давление в реакторе 0,35 МПа;

Характеристика катализатора:

Средний диаметр частиц катализатора 150 мкм;

Плотность катализатора (кг/м3):

Частиц   ρ = 1750; насыпная ρ н = 1050.

Площадь сечения реактора определяют из соотношения

S = VT/ wp, где

S – площадь сечения реактора, м2;

VT – объемный расход газовой смеси в условиях процесса, м3/с;

wp - рабочая скорость газовой смеси, м/с.

Объемный (усредненный) расход газовой смеси при температуре 273 К и давлении 101325 Па:

V0 = [(1025,081+815,074) x 22,4]/ (2 x 3600) = 5,725 м3/с,

Где 1025,081 и 815,074 – количество газовой смеси на входе и выходе, КМоль/ч (см.табл.3).

Объемный расход газовой смеси при температуре 220 + 273 = 493К и давлении 35000 Па:

VT =5,725(493x101325) /(273 x 35000) = 29,93 м3/с.

Плотность газовой смеси в условиях процесса:

ρг = mт /V т= 31535/(3600x 29,93) = 0,29 кг/м3.

Рабочая скорость газовой смеси должна находиться в пределах:

w кр < wp < wy , где

w кр и wy - скорости начала псевдоожижения (критическая скорость) и уноса частиц из зоны реакции, м/с.

Критическую скорость определим по формулам:

w кр = Re кр μсм /( ρгdэ ); Re кр = Ar/(1400+5,22)\/ Ar );

Ar = [dэρг/( ρ- ρг )g]/ μсм , где

dэ – эквивалентный диаметр частицы катализатора, м;

ρг – плотность газовой смеси в условиях процесса, кг/м3;

ρ – плотность частиц катализатора, кг/м3;

μсм – динамическая вязкость газовой смеси при температуре 220 С, Паxс;

Re кр – критерий Рейнольдса, соответствующий скорости псевдоожижения;

Ar – критерий Архимеда.

При расчете динамической вязкости газовой смеси для упрощения расчета в поток «дихлорэтан» включают хлорорганические соединения, хлор, хлороводород:

XС2H4Cl2= 0,04 + 0,05 + 0,03 + 0,11 + 0,07 + 17,68 = 17,98%;

В поток «метан» включают все углеводороды:

XСH4 = 0,24 + 0,32 + 0,23 = 0,79%.

Таблица 4 Расчет динамической вязкости газовой смеси

Компонент

Mi

xi, доли ед.

Mi xi

μix 107, Паxс

(Mi xi/ μ i)x 107

N2

28

0,5602

15,686

253

0,06200

О2

32

0,0296

0,947

232

0,00408

СО

28

0,0068

0,190

252

0,00075

СО2

44

0,0142

0,625

234

0,00267

H2О

18

0,2015

3,627

168

0,02159

С2H4Cl2

99

0,1798

17,800

143

0,12448

СН4

16

0,0079

0,126

166

0,00076

Сумма

1,0000

39,001

0,21633

Динамическую вязкость компонентов газовой смеси при температуре 220С находят по справочнику. Расчет динамической вязкости газовой смеси приведен в таблице 4.

μсм = (39,001/0,21633)x10-7 = 180 x 10-7 Паxс.

Критерий Архимеда:

Ar = [(150x10 -6) 3 x 0,29 x (1750,00 - 0,29) x 9,81 ]/(180x10-7 ) 2 = 51,9.

Критерий Рейнольдса соответствующий скорости псевдоожижения:

Re кр= 51,9 / (1400 + 5,22\/51,9) = 0,036.

Критическая скорость (скорость псевдоожижения):

w кр = (0,036 x 180 x 10-7 ) / (0,29 x 150 x 10-6 ) = 0,001 м/с.

Для расчета скорости уноса частиц wу используют следующее соотношение:

wу/ w кр = (1400+5,22)\/ Ar )/ (18 + 0,61\/Ar).

wу = [0,001(1400 + 5,22\/51,9)] / (18 + 0,61\/51,9) = 0,064 м/с.

Условие образования псевдоожиженного слоя:

wу/ w кр = 0,064/0,001 = 64.

Так как частицы катализатора достаточно мелкие, то для осуществления процесса в реакторе диаметром 3,0 – 3,6 м принимают число псевдоожижения Кw = 26. Рабочая скорость катализатора:

w р = Кw wкр = 26 x 0,001 = 0,026 м/с.

Порозность псевдоожиженного слоя находят по формуле:

ε = (ε0 + 0,9Δw)/(1 + 0,9Δw),

где ε0 – порозность неподвижного слоя.

Для принятого катализатора:

ε0 = 1- ρ н/ ρ= 1-1050 / 1750 = 0,4;

Δw = w р - w кр = 0,026 – 0,001 = 0,025 м/с;

ε = (0,4 + 0,9 x 0,025) / (1 + 0,9 x 0,025) = 0,41.

Действительная скорость газовой смеси в свободном сечении слоя:

w д = w р/ ε = 0,026/0,41 = 0,06 м/с.

Площадь сечения реактора:

S = 29,93 / 0,026 = 1151,2 м2

Внутренний диаметр реактора (без футеровки) :

D = 1,13\/1151,2 = 38,3 м.

Использовать для осуществления процесса реактор такого диаметра нецелесообразно, так как сложно распределить восходящий газовый поток по его сечению.