Главное меню

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



Производство дихлорэтана оксихлорированием этилена

 

Расчет реактора

Исходные данные:

Объемная скорость газовой смеси на входе V об= 375 1/ч; температура процесса в градусах Цельсия = 220; конденсата, поступающего на охлаждение, - 170; давление конденсата 0,8 МПа; расположение змеевика – вертикальное.

Определяют: объемный расход газовой смеси на входе в реактор:

V см= (1021,081x22,4)/2=11436 м3/ч,

где 1021,081 – расход газовой смеси, кмоль/ч (по данным табл.3);

объем катализатора в реакторе:

Vк = Vсм / Vоб=11436/375=30,5 м3,

Высоту слоя  катализатора в неподвижном состоянии:

Н0= Vк/ S1=30,5/1151,2=0,03 м,

где S1=1151,2 – площадь сечения реактора.

Высоту псевдоожиженного слоя:

Н= Н0(1- ε0)/(1- ε)=0,03(1-0,4)/(1-0,41)=0,031м.

Степень расширения слоя:

η0=Н/Н0=0,031/0,03= 1,03,

гидравлическое сопротивление слоя:

Δрсл=(1- ε0)g Н0= 1750(1,0-0,4)x9,81x0,03=310 Па.

Площадь поверхности теплообмена встроенного змеевика определяют по формуле:

F=Фа/( кΔТср).

Тепловая нагрузка на змеевиковый теплообменник (см.табл.6):

Фа=5468,08 x103 Вт

Средняя разность температур между газовой средой и кипящим конденсатом:

Δtср=220-170=50 С; ΔТср=50 К.

Коэффициент теплопередачи определяют по формуле:

к=(1/α1+Σrст+1/ α2)-1,

где α1 – коэффициент теплоотдачи от псевдоожиженного слоя к стенке трубы змеевика, Вт/(м2xК). α2 – коэффициенттеплоотдачи от стенки трубы змеевика к кипящему конденсату, Вт/(м2xК).

Максимальный коэффициент теплоотдачи от псевдоожиженного слоя к стенке трубы змеевика рассчитывают по формуле

α1=Nu λсм/dэ.

Удельная теплоемкость газовой смеси:

Ссм=44,3135x1000/39,001=1136 Дж/( кгxК),

Где 44,3135 – молярная теплоемкость газовой смеси, Дж/( мольxК);

39,001 – средняя молярная масса газовой смеси, г/моль.

Принимают критерий Прандтля двухатомных газов Pr = 0,72, тогда теплопроводность газовой смеси равна:

λсм = Ссмсм /Pr=1136x180x10-7/0,72=0,0284 Вт/( мxК),

Критерий Нуссельта при движении газа через псевдоожиженный слой определяют по формуле

Nux(1- ε) -1 [ λсм/( Ссм ρг)] 0,43= mCRe0,23 ( Ск/ Ссм) 0,8 (>ρ/ ρг) 0,66, где

ρг, >ρ – плотность газовой смеси и частиц катализатора, кг/м3; m – константа, равная 3,5 x 10-4; С – коэффициент; Ск - удельная теплоемкость катализатора, кДж/( кгxК).

Значение коэффициента С принимают равным 1,47, значение удельной теплоемкости катализатора – по каолину: Ск =920 Дж/( кгxК).

Критерий Рейнольдса:

Re= wpdэг/ μсм=0,026x0,75x10-3x0,29/(180x10-7)=0,3

Nu(1-0,41) -1 [0,0248/(1136x0,29)] 0,43=3,5x10-4x1,47x0,30,23 x(920/1136) 0,8 x(1750/0,29)0,66

0,0286Nu=0,1030; Nu=3,6 Вт/(м2xК).

α1=3,6x0,0248/0,75x10-3=119 Вт/(м2xК).

Коэффициент теплоотдачи от стенки трубы змеевика к кипящему конденсату рассчитывают по формуле:

α2=97,3р0,58 (t ст(2)-tк) 2,33, где

р-давление кипящей воды (конденсата)при температуре 170 С, равное 0,8МПа

Принимают следующие обозначения:

t 1 – температура псевдоожиженного слоя;

t ст(1)– температура стенки со стороны псевдоожиженного слоя;

t ст(2)– температура стенки со стороны кипящего конденсата;

t к – температура конденсата.

Δt сл=t1 -t ст(1);

Δt ст=t ст(1)- t ст(2);

Δt к=t ст(2)- tк.

α2=97,3x0,80,58 Δtк2,33=85,5 Δtк2,33.

Записывают систему уравнений:

α1Δtсл =t ст(1)/∑r ст= α2 Δtк, (1)

Δt ср=ΔТср= Δt сл+Δt ст+Δtк.(2)

Сумма термических сопротивлений стенки с учетом сопротивления слоев загрязнений с обеих сторон:

∑r ст=r1+r2+r3,

Где r1 , r2– термическое сопротивление слоев загрязнений со стороны газовой смеси и водяного пара соответственно, м2xК/Вт; r3 - термическое сопротивление стенки, м2xК/Вт.

r1= 1/11600=0,00009 м2xК/Вт;

r2= 1/5800=0,00017 м2xК/Вт;

r3=0,011/17,5=0,00063 м2xК/Вт,

где 0,011 – толщина стенки трубы змеевика, м; 17,5 – теплопроводность нержавеющей стали, Вт( мxК)

∑rст=0,00009+0,00017+0,00063=0,00089 м2xК/Вт.

Подставляют значения α1, α2, ∑r ст, ΔТср в уравнения (1) и (2):

119Δtсл =t ст/ 0,00089 = 85,5 Δtк2,33 ;(1’)

Δt сл+Δt ст+Δtк=50;(2’)

Δt сл=(85,5/119) Δtк2,33=0,718 Δtк2,33;

Δtсл=0,00089 x 85,5 Δtк2,33=0,076 Δtк2,33.

Подставляют значения Δtсл и Δt ст в уравнение (2’):

0,718 Δtк2,33+0,076 Δtк2,33 +Δtк=50;

0,794 Δtк2,33 +Δtк+50=0.

Принимают Δt’к=5,0 С, тогда

у1=0,794x5,02,33 +5,0-50= -11,23858716

Принимают Δt’’к=8,0 С, тогда

у2=0,794x8,02,33 +8,0-50=58,9299765.

Δt к= Δt’’к – (Δt’’к - Δt’к)/ (у2- у1)x у2= 8-(3/70,16856366)x58,9299765=5,48 С;

у = 0,794x 5,482,33 +5,48 – 50,0= -2,72.

Методом последовательного приближения получают Δtк = 6,94 С при   у=0.

Коэффициент теплоотдачи:

α2=85,5x6,942,33 =7804 Вт/(м2xК).

Коэффициент теплопередачи:

к = (1/119+0,00089+1/7804)-1= 97 Вт/(м2xК).

Площадь поверхности теплопередачи:

F=5468080/(97x50)=1127 м2 .

Площадь поверхности теплопередачи принимают с запасом 15%:

F а= 1,15x1127=1300 м2 .

Длину трубы змеевика принимают равной высоте псевдоожиженного слоя l=H=0,031 м, тогда число труб в змеевике :

n= Fа /( πdнl)=1300/(3,14x0,122x0,031)= 109470.

Количество образующегося водяного пара:

m п= Фаη/r=5468 080x0,9/2 057000=2,4 кг/с или 2,4x3600=8640кг/ч,

где r – удельная теплота парообразования, η – к.п.д. змеевика.

При давлении 0,8 МПа r=2057x103Дж/кг; принимают η=0,9.

Принимают, что в водяной пар (р=0,8 МПа, t=170 С) превращается 10% циркулирующего в системе конденсата, следовательно, расход конденсата составит:

mк=8640x100/10=86400 кг/ч или Vк=86400/897 = 96 м3/ч,

где 897 – плотность конденсата на линии насыщения при температуре 170С, кг/м3.

Выходящая  из встроенного змеевика пароводяная эмульсия с температурой 170С поступает в паросборник, предназначенный для сбора конденсата и отделения от него пара. Пар, имеющий давление 0,8 МПа, используется на установке, конденсат с помощью насоса возвращают в змеевик реактора. В паросборник подают химически очищенную воду, а часть конденсата выводят из системы для предотвращения загрязнения системы охлаждения реактора.

Номинальную вместимость паросборника рассчитывают по формуле:

V ном=Vк τη/φ.

Принимают время заполнения паросборника конденсатом τ = 3 мин, степень заполнения φ = 0,8; коэффициент запаса η = 1,15, тогда

V ном= 96x3x1,15/(0,8x60)=7 м3.

Принимаем цилиндрический стальной аппарат со следующими техническими характеристиками:

Тип: Вертикальный с двумя эллиптическими днищами (ВЭЭ), теплоизолированный.

Диаметр обечайки внутренний, мм 1300

Высота цилиндрической части 2200 мм.

Рабочее давление 0,8-1,0 МПа

Рабочая температура 170-190 С,

Аппарат с номинальной вместимостью 8 м3

В верхней части реактора оксихлорирования смонтирован циклон предназначенный для отделения частиц катализатора, увлекаемых восходящим потоком газовой смеси. Для эффективной очистки газовой смеси от уносимых частиц катализатора в каждом реакторе оксихлолрирования предусматривают три циклона, соединенные последовательно.