ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 3 страница

изоамилен iС₅Н₁₀ – 100%

изопентан iС₅Н₁₂ – 42 %

н-пентан нС₅Н₁₂ – 40%

Количество С₅ (кг/ч) подвергшихся конверсии в реакторе определили согласно /1, с 24/ по формуле:

G^к_iС5 = G^з_iС5 * К_С5 (12)

Таблица 3.6 – С₅ подвергшихся конверсии в реакторе

По данным заводского технического проекта приняли состав продуктов разложения % (масс).

Рассчитали количество отдельных компонентов

14681,79 кг/ч - 100%

х кг/ч - 3,62%

х = = 531,48 кг/ч

Таблица 3.7 - Состав и количество продуктов разложения

G_N = (13)

G_N = = 855,94 кг/ч

Количество диоксида углерода рассчитали согласно /1,с 76/ по формуле:

G_CO2 = G_{св СО} * (14)

G_CO = 192,33 * = 705,21 кг/ч

Таблица 3.8 - Материальный баланс разложения

Определили коэффициент пересчета К_пер согласно /8, с 44/ по формуле:

К_пер = (15)

К_пер = = 32,49

Таблица 3.9 - Сводная таблица материального баланса

3.2 Тепловой расчет основного аппарата

Целью расчета является определение количества подводимой или отводимой теплоты. Определение расхода теплоносителя и вычисление поверхности теплообмена.

Реактор. Назначение – проведение реакции дегидрирования изопентана в изоамилен.

Режим работы реактора:

Схема тепловых потоков реактора

Q₁

Q₆

Q₃ Q₇

Q_пот

Общее уравнение теплового баланса

∑Q_пр =∑ Q_р (16)

∑Q_пр = Q₁ + Q₂ + Q₃ (17)

∑ Q_р = Q₄+ Q₅ + Q₆ + Q₇ + Q_пот, (18)

Q₁ – тепло, приходящее с изопреновой фракцией, Вт

Q₂ – тепло, приходящее с регенерированным катализатором, Вт

Q₃ – количество тепла, приходящее с азотом, Вт

Q₄ – количество тепла уходящего с отработанным катализатором, Вт

Q₅ – количество тепла уходящий с контактным газом, Вт

Q₆ – количество тепла эндотермической реакции, Вт

Q₇ – отвод тепла змеевиком, Вт

Q_пот – потери тепла, Вт

С сырьем из печи при температуре 500°С рассчитали согласно /1, с 152/ по формуле:

Q₁ = G₁*C₁*t₁ (19)

где G₁ – количество изопреновой фракции, кг/с

t₁ – температура сырья на входе в реактор, К

С₁ – удельная теплоемкость сырья, при Т = 500°С

Теплоемкость органических веществ рассчитали согласно /3, с 23/ по формуле:

С_р^° = a + bT + cT², (20)

где С_р^°- молярная теплоемкость при постоянном давлении, Дж/(мольК)

a, b, c – коэффициенты общего уравнения С_р^° = (Т), Т- температура, К

С^°_р(C4H10)=18,23+303,56*10^-3*773-92,65*10^-6*773²=197,52Дж/мольК

Удельную теплоемкость определили по формуле:

С_уд = (21)

С_уд = = 3405,52 Дж/кгК

Таблица 3.10 - Расчет теплоемкости изопентановой фракции при 500°С

Q₁ = = 25021544 Вт

Q₂ = G₂*C₂*t₂ (22)

где G₂ – количество катализатора, кг/ч

С₂ – удельная теплоемкость катализатора при Т = 630°С.

Найдем молярную теплоемкость по формуле (20)

С^°_р(Cr2O3)=119,4+9,20*10^-3*903-15,65*10^-6*903²=114,95Дж/мольК=756,25 Дж/кгК

С^°_р(Al2O3)=114,56+89*10^-3*903+34,31*10^-6*903²=222,91Дж/мольК=2185,39 Дж/кгК

Удельная теплоемкость катализатора

С₂ = 756,25*0,31 + 2185,39*0,69 = 1742,36 Дж/кгК

Q₂ = = 437х Дж/кгК

3. С азотом при температуре 20°С рассчитали согласно /1, с 152/ по формуле:

Q₃ = G₃ * C₃ * t₃ (23)

где G₃ – количество азота, кг/ч

С₃ – удельная теплоемкость азота при температуре 20°С

С₃ = 27,88+4.27*10^-3*293 = 29,13Дж/мольК = 1040,36 Дж/кгК

Q₃ = = 72476 Вт

Общий приход тепла рассчитали по формуле (17)

∑Q_пр = 25021544+ 437х + 72476= (25094020 + 437х) Вт

Расход тепла

4. С отработанным циркулирующим катализатором при температуре 560°С, рассчитали согласно /1, с 152/ по формуле

Q₄ = (х + G_r) * C₄ * t₄ (24)

где х – количество катализатора, кг/ч

G_к – количество кокса, кг/ч

С₄ – удельная теплоемкость катализатора при Т = 560°С

Найдем молярную теплоемкость циркулирующего катализатора по формуле (20)

С^°_р(Cr2O3)=119,4+9,20*10^-3*833-15,65*10^-6*833²=116,19 Дж/мольК=764,41 Дж/кгК

С^°_р(Al2O3)=114,56+89*10^-3*833+34,31*10^-6*833²=212,51Дж/мольК=2083,43 Дж/кгК

Удельная теплоемкость катализатора

С₄ = 764,41*0,31 + 2083,43*0,69 = 1674,54 Дж/кгК

Q₄ = = (387х + 71108) Вт

Q₅ = G₅ * C₅ * t₅ (25)

где G₅ –количество контактного газа, кг/ч

C₅ – удельная теплоемкость контактного газа при температуре 540°С.

Найдем молярную теплоемкость по формуле (20)

С^°_р(C4H10)=18,23+303,56*10^-3*813-92,65*10^-6*813²=203,78 Дж/мольК = =3513,45 Дж/кгК

Таблица 3.11 - Удельная теплоемкость контактного газа

C₅ = 3477,10 Дж/кгК

Q₅ = = 27815603 Вт

6. Тепловой эффект реакции рассчитали согласно /1,с 170/ по формуле:

Q₆ = ∆Н₇₇₃

Теплоты образования исходных веществ и продуктов реакции, а также коэффициенты a, b, c, необходимые для определения теплоемкости. Умножаем теплоты образования и коэффициенты уравнения для каждого компонента на число кмоль этого компонента и складываем почисленно (ниже буква N опущена).

Результаты расчета приведены в приложении.

∆Н₂₉₈ = -5736016-(-30062470) = 24326454 кДж

Находим ∆а, ∆b, ∆с:

∆а = -4960,83- (-84,73) = -4876,1

∆b = 88096,07 – 90101,49 = -2005,42 * 10^-3

∆с = -33120,04 – (-33024,61) = -95,43 * 10^-6

Разность емкостей в стандартных условиях:

∆с_р298 = ∆а+ Т + Т² (26)

∆с_р298 = - 4876,1 +(- * 298) + (- * 298²) = -5177,73 кДж/К

Из уравнения

∆Н₂₉₈ = ∆Н₀ + ∆с_р298* 298 (27)

находим

∆Н₀ = ∆Н₂₉₈ - ∆с_р298*298 (28)

∆Н₀ = 24326454 – (- 5177,73) * 298 = 25869418 кДж

Тепловой эффект реакции при Т = 773 К

∆Н₇₇₃ = ∆Н₀ + ∆аТ+ Т² + Т³ (29)

∆Н₇₇₃ = 25869418 + (-4876,1)*773 + 773²) + (- *773³) = =21486352 кДж

Q₆ = = 5968431 Вт

7. Отвод тепла змеевиком при температуре 195°С рассчитали согласно /1, с 152/ по формуле:

Q₇ = G₇ * C₇ * t₇ (30)

где G₇ – количество изопентана, кг/ч

C₇ – удельная теплоемкость изопентана при температуре 195°С

С^°_р(iC5H12) = 2,05 + 439,32*10^-3*468 - 160,54*10^-6*468² = 167,81 Дж/мольК = =2330,69 Дж/кгК

Q₇ = = 5712856 Вт

8. Потери тепла Q_пот приняли 175000 Вт

Общий расход тепла рассчитали по формуле (18)

∑ Q_р = 387х +71108+27815603 + 5968431+5712856 +175000

∑ Q_р = (387х + 39742998) Вт

Приход равен расходу

25094020 + 437G_кат = 387 G_кат + 39742998

50 G_кат = 14648978

G_кат = 292979,56 кг/ч

Кратность циркуляции катализатора равна соотношению массы циркулирующего катализатора к массе сырья:

R = (31)

R = = 8,6

Таблица 3.12 - Сводная таблица теплового баланса.

Целью конструктивного расчета является расчет конструктивных размеров аппарата.

Площадь поперечного сечения реактора рассчитали согласно /9, с 221/ по формуле:

S = (32)

где V – объем паров, проходящих через свободное сечение реактора, м³/ч

w - допустимая скорость паров в свободном сечении реактора, м/с

Величину V определили по формуле /9, с 221/

V = (33)

где ∑ – количество паровой смеси в реакторе, кмоль/ч

Т_р – температура в реакторе, К,

𝛑 – абсолютное давление в реакторе над псевдоожиженным слоем, принимаем равным 0,2*10⁶ Па (2ат)

Для расчета величины ∑ необходимо определить среднюю молекулярную массу контактного газа.

Таблица 3.13 - Состав и количество контактного газа

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: