ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 4 страница

Продолжение таблицы 3.13

М_{г =} = 43,49

∑ = + = 1076 кмоль/ч

Тогда

V = = 34122,99 м³/ч

Принимаем скорость газа в реакторе 0,55 м/с. Тогда площадь поперечного сечения реактора:

S = = 17 м²

Диаметр реактора определили по формуле /9, с222/

D = 1,128 (34)

D = 1,128 = 4,7 м

Полная высота реактора определяли согласно /9, с 222/ по формуле:

Н = h + h₁ + h₂ + h₃ + h₄ + h₅ (35)

где h – высота псевдоожижженного слоя,м;

h₁ – высота переходной зоны от псевдоожижженного слоя до зоны отпарки;

h₂ – высота зоны отпарки, м;

h₃ – высота сепарационной зоны, м;

h₄ – высота зоны, занятой циклонами, м;

h₅ – высота верхнего полушарового днища, равная 0,5D=2,35м

Высоту псевдоожижженного слоя рассчитали согласно /9, с.223/ по формуле:

h = (36)

где V_р – объем реакционного пространства, м³

V_р = (37)

где G_кр- количество катализатора в реакционном пространстве реактора, кг

ρ – плотность псевдоожиженного слоя катализатора, обычно равна 450 – 500 кг/м³ (приняли ρ = 450 кг/м³)

G_кр= (38)

где G_кр – загрузка реактора, кг/ч

n – массовая скорость подачи сырья, ч^-1, принимается в пределах 1,1 – 2,3 ч^-1.

G_кр = = 31125 кг

V_р = = 62 м³

h = = 5,4 м

Примем высоту переходной зоны h₁ = 7м; высоту зоны отпарки h₂ = 6 м; высота зоны, занятой циклонами h₄ = 6м, согласно /9, с 222/

h₃ = 0,85ω^1,2(7,33 – 1,2 lgω) (39)

h₃ = 0,85*0,85^1,2(7,33 – 1,2 lg 0,85) = 5,2 м

h₅ = 0,5*4,2 = 2,1 м

Н = 5,4 + 7 + 6 + 5,2 + 6 + 2,1 = 31,7 м

Высота цилиндрической части корпуса рассчитали согласно /9, с 225/ по формуле:

Н_ц = h + h₁^/ + h₃ + h₄ (40)

h₁^/ = h₁ - h_к (41)

где h_к – высота конического перехода, равна 2,25 м

h₁^/ = 7 – 2,25 = 4,75 м

Н_ц =5,4 + 4,75 + 5,2 + 6 = 21,35 м

Расчет распределительного устройства катализаторного потока в реакторе.

Суммарное сечение распределителей подбирают, исходя из условия сохранения величины линейной скорости подводимого потока.

Конструктивно распределитель может быть оформлен в виде трубного пучка или в виде горизонтальных решеток.

Приняли площадь занимаемую решетками равной 60%, согласно /9, с.227/, площадь решеток будет равна:

F_p = 0,6S (42)

F_p = 0,6 * 17 = 10,2 м²

Площадь одной решетки рассчитали согласно /9, с 227/ по формуле:

f_p = (43)

f_p = = 1,5 м²

Диаметр решетки рассчитали согласно /9, с 227/ по формуле:

D = 1,128 r wsp:rsidR="00000000"><w:pgSz w:w="12240" w:h="15840"/><w:pgMar w:top="1134" w:right="850" w:bottom="1134" w:left="1701" w:header="720" w:footer="720" w:gutter="0"/><w:cols w:space="720"/></w:sectPr></w:body></w:wordDocument>"> (44)

D = 1,128 = 1,38 м

Площадь живого сечения распределителя рассчитали согласно /9, с 227/ по формуле:

F_ж = 0,01S (45)

F_ж = 0,01 * 17 = 0,17 м²

Живое сечение одной решетки рассчитали согласно /9, с 227/ по формуле:

f_ж = (46)

f_ж = = 0,02 м²

Примем толщину решетки σ=0,02м, а диаметр отверстий в решетке d=0,02м. Тогда число отверстий в решетке будет равно:

n_д = (47)

n_д = = 64

Расчет циклона в реакторе

Циклон смонтирован в верхней части реактора дегидрирования и предназначен для отделения частиц катализатора, увлекаемых восходящим потоком газовой смеси.

Для расчета выбрали согласно /3, с 102/ циклон НИИОГАЗа типа ЦН – 15 с основными параметрами:

S_n = bh₁ = (48)

S_n = = 0,158 м²

Ширину входного патрубка определили согласно /3,с 103/ по формуле:

h₁ = b = 2,348 b

S_n =2,348 b²

b = = 0,259 м

Ориентировочно определили значение диаметра циклона согласно /3, с 103 / по формуле:

D_ц = b = 3,571 * 0,259 = 0,925 м

Полученное значение диаметра циклона проверили согласно /3, с 103/ по формуле:

D_ц = (49)

где D_т – наружный диаметр выхлопной трубы циклона, м

ω_ос – скорость осаждения частиц катализатора, м/с

ω_г – скорость газовой смеси, м/с

Скорость осаждения частиц катализатора определили согласно /3, с 103/ по формуле:

ω_ос = (50)

где L_у – критерий Лященко

μ_см – динамическая вязкость газовой смеси;

g – ускорение свободного падения, м/с²

ρ и ρ_г – плотность частиц катализатора и газовой смеси ρ = 1750 кг/м³

Плотность газовой смеси в условиях процесса определили согласно /3, с 93/ по формуле:

Определим объемный расход газовой смеси при температуре 273К и давлении 101325 Па согласно /3, с 93/:

V₀ = = 4,14 м³/с

где 492,89 и 773,81 – количество газовой смеси на входе и выходе, кмоль/ч

Объемный расход газовой смеси при температуре 773К и давлении 500000 Па определили согласно /3, с 93/:

V_τ = = 2,38 м³/с

ρ_г = = 4,13 кг/м³

Таблица 3.15 - Расчет динамической вязкости газовой смеси

Динамическую вязкость компонентов газовой смеси при температуре 500°С нашли по справочнику согласно /3, с 94/. Расчет динамической вязкости газовой смеси приведен в таблице

μ_см = = 152 * 10^-7 Па*с

Критерий Лященко определили по диаграмме согласно /11,с 95/ L_у = 8.

ω_ос = = 0,513 м/с

Диаметр выходной трубы рассчитали согласно /3, с 103/ по формуле:

D₁ = 0,6 D_ц (52)

D₁ = 0,6 * 0,925 = 0,555 м

Приняли толщину стенки трубы 5мм, наружный диаметр выходной трубы равен:

D_т = 0,555 + 0,005*2 = 0,565 м

D_ц = = 0,90 м

Принимаем D_ц =1,25 м (1250 мм)

Скорость газовой смеси в выходной трубе рассчитали согласно /3, с 103/

ω_т = (53)

ω_т = = 4,7 м/с,

что допустимо (обычно ω_т =4 – 8 м/с).

Условную скорость газовой смеси ω_ц, отнесенную к площади сечения цилиндрической части циклона рассчитали согласно /3, с 104/ по формуле:

ω_ц = (54)

ω_ц = = 2,52 м/с

что допустимо (обычно ω_ц = 2,5 – 4 м/с).

Высота цилиндрической части циклона:

h₃ = 2,26 * 1,25 = 2,83 м

Высота конической части циклона:

h₄ = 2 * 1,25 = 2,5 м

Гидравлическое сопротивление рассчитали согласно /3, с 104/ по формуле:

∆р = ξ₀ ω_ц²ρ_г/2 (55)

∆р = = 2098 Па.

Расчет змеевика

Площадь поверхности теплообмена встроенного змеевика рассчитала согласно /3, с 99/ по формуле:

F = (56)

Тепловая нагрузка на змеевиковый теплообменник Ф_а = 5469782 Вт.

Коэффициент теплопередачи рассчитали согласно /3, с 99/ по формуле:

К= (s w:ascii="Cambria Math" w:h-ansi="Cambria Math"/><wx:font wx:val="Cambria Math"/><w:i/></w:rPr><m:t>1</m:t></m:r></m:num><m:den><m:r><w:rPr><w:rFonts w:ascii="Cambria Math" w:h-ansi="Cambria Math"/><wx:font wx:val="Cambria Math"/><w:i/></w:rPr><m:t>вЌє</m:t></m:r></m:den></m:f></m:oMath></m:oMathPara></w:p><w:sectPr wsp:rsidR="00000000"><w:pgSz w:w="12240" w:h="15840"/><w:pgMar w:top="1134" w:right="850" w:bottom="1134" w:left="1701" w:header="720" w:footer="720" w:gutter="0"/><w:cols w:space="720"/></w:sectPr></w:body></w:wordDocument>"> + ∑𝚛_ст + s w:ascii="Cambria Math" w:h-ansi="Cambria Math"/><wx:font wx:val="Cambria Math"/><w:i/></w:rPr><m:t>1</m:t></m:r></m:num><m:den><m:r><w:rPr><w:rFonts w:ascii="Cambria Math" w:h-ansi="Cambria Math"/><wx:font wx:val="Cambria Math"/><w:i/></w:rPr><m:t>вЌє</m:t></m:r></m:den></m:f></m:oMath></m:oMathPara></w:p><w:sectPr wsp:rsidR="00000000"><w:pgSz w:w="12240" w:h="15840"/><w:pgMar w:top="1134" w:right="850" w:bottom="1134" w:left="1701" w:header="720" w:footer="720" w:gutter="0"/><w:cols w:space="720"/></w:sectPr></w:body></w:wordDocument>"> )^-1 (57)

где ⍺₁ – коэффициент теплоотдачи от псевдоожиженного слоя к стенке трубопровода змеевика, Вт/м²К;

⍺₂ – коэффициент теплоотдачи от стенки трубы змеевика к кипящему конденсату, Вт/м²К.

Максимальный коэффициент теплоотдачи от псевдоожиженного слоя к стенке трубы змеевика рассчитали согласно /3,с 99/ по формуле:

⍺₁ = (58)

С_см = =1031 Дж/кгК

где 68,96 – молярная теплоемкость газовой смеси, Дж/мольК;

72 – средняя молярная масса газовой смеси, г/моль.

Теплопроводность газовой смеси рассчитали согласно /3, с 99/ по формуле:

𝛌_см = (59)

Принимаем критерий Прандтля для газов Р𝚛 = 0,72.

𝛌_см = = 0,0218 Вт/мК

Критерий Нуссельта при движении газов через псевдоожиженный слой рассчитали согласно /3, с 99/ по формуле:

𝙽𝚞(1 – 𝛆)^{-1 0,43} = 𝑚СRе^0,23()^0,8()^0,66 (60)

где ρ_г, ρ – плотность газовой смеси и частиц катализатора, кг/м³; 𝑚 – константа, равная 3,5*10^-4; С – коэффициент; с_к – удельная теплоемкость катализатора, Дж/кгК.

Критерий Рейнольдса рассчитали согласно /3, с 99/ по формуле:

Rе = (61)

Rе = = 66,8

𝙽𝚞(1 – 0,64)^{-1 0,43} = 3,5*10^{- 4} *1,47*66,8^0,23()^0,8()^0,66

0,0124 𝙽𝚞 = 0,0612

𝙽𝚞 = 4,9

⍺₁ = = 148,36 Вт/м²К

⍺₂ = 97,3 р^0,58∆𝚝_к^2,33 (62)

∆𝚝_к = 25 - = 24,95°С

⍺₂ = 97,3*0,8^0,58 * 24,95^2,33 = 153865 Вт/м²К

Коэффициент теплопередачи:

К = ( + 0,00089 + )^-1 = 118 Вт/м²К

Площадь поверхности теплопередачи:

𝙵 = y m:val="p"/></m:rPr><w:rPr><w:rFonts w:ascii="Cambria Math" w:h-ansi="Cambria Math"/><wx:font wx:val="Cambria Math"/></w:rPr><m:t>5712856</m:t></m:r></m:num><m:den><m:r><w:rPr><w:rFonts w:ascii="Cambria Math" w:h-ansi="Cambria Math"/><wx:font wx:val="Cambria Math"/><w:i/></w:rPr><m:t>118*80</m:t></m:r></m:den></m:f></m:oMath></m:oMathPara></w:p><w:sectPr wsp:rsidR="00000000"><w:pgSz w:w="12240" w:h="15840"/><w:pgMar w:top="1134" w:right="850" w:bottom="1134" w:left="1701" w:header="720" w:footer="720" w:gutter="0"/><w:cols w:space="720"/></w:sectPr></w:body></w:wordDocument>"> = 605 м²

Площадь поверхности теплопередачи принимаем с запасом 15%:

𝙵_а =1,15*605 = 696 м².

Длину трубы змеевика приняли равной высоте псевдоожиженного слоя l=𝚑=5,4 м, тогда число труб в змеевике:

𝚗 = (63)

𝚗 = = 336.

Расчет штуцеров реактора

Внутренний диаметр штуцера рассчитывается согласно /4, с 16/ по формуле:

(64)

где V – объемный расход, м³/с

w – скорость потока, согласно /4, с.16/ принимаем равной 75м³/с

V_вх = * 22,4 (65)

М_ср = 0,008*58+ 0,9495*72+0,0238*70+0,0156*72+0,0023*70+0,0008*86= 72г/моль

V_вх = *22,4 = 3,6 м³/с

Штуцер ввода сырья:

Согласно /4, с.17/ принимаем штуцер со следующими параметрами:

Материал – углеродистая сталь

Наружный диаметрd_нар, мм 267

Толщина стенки, s, мм 10

М_ср=0,0157*2+0,0135*16+0,0109*30+0,0085*44+0,0271*58+0,0136*68+0,0284*68+ +0,013*70+0,2858*70+0,009*72+0,5137*72+0,0158*86+0,0208*44+0,0242*28=67

V_вых = *22,4 = 4 м³/с

Штуцер вывода контактного газа:

м

Согласно /4, с.17/ принимаем штуцер со следующими параметрами:

Материал – углеродистая сталь

Наружный диаметрd_нар, мм 296

Толщина стенки, s, мм 10

Штуцер для подачи азота:

V_азота = *22,4 = 0,2 м³/с

d = = 0,10 м

Согласно /4, с.17/ принимаем штуцер со следующими параметрами:

Материал – углеродистая сталь

Наружный диаметрd_нар, мм 14

Толщина стенки, s, мм 2

3.4 Подбор вспомогательного оборудования

Расчет и подбор испарителя позиции ИП2

Назначение – испарение изопентана.

Исходные данные:

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: