Расчет реактора-котла периодического действия

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание:

Исходные данные для расчета

1. Расчет реактора-котла периодического действия

2. Тепловой расчет реактора

Список литературы



Исходные данные для расчета:

Суточная производительность установки, V_с=16 м3/с;

Начальная концентрация вещества А, x_Ан=0,18 кмоль/м3;

Степень превращения вещества А, x_А=0,7;

Начальная концентрация вещества В, x_Вн=0,25 кмоль/м3;

Температура реакции, tр=1440С;

Константа скорости реакции, Кр=933*10^-6;

Удельная теплота реакции, q_р=609*10^-6 Дж/кмоль;

Вязкость жидкости, µ_ж=3,6*10^-3 Па*с;

Теплоемкость жидкости, С_ж=1,8*10³ Дж/(кг*К);

Теплопроводность жидкости, л_ж=0,18 Вт/(м*К);

Плотность жидкости, с_ж=960 кг/м³.



1. Расчет реактора-котла периодического действия

При степени превращения и начальной концентрации кмоль/м³ определим конечную концентрацию: кмоль/м³.

Необходимое время реакции второго порядка рассчитываем по формуле:

,

где: К_р2- константа скорости реакции второго порядка, Кр=933*10^-6 м³/кмоль*с;

x_Вн- начальная концентрация реагирующего вещества В в системе, x_Вн=0,25 кмоль/м3.

с.

Принимаем предварительно временный КПД реактора

где:-вспомогательное время работы реактора.

Находим общее время цикла:

с.

Количество реакторов периодического действия в одной установке, исходя из возможности их обслуживания одним аппаратчиком, должно быть:

,

принимаем z=3.

Условная производительность установки, включающей z реакторов периодического действия при заданной производительности и трехсменной работе, рассчитывается по формуле:

где: =0,15-0,2 - коэффициент, учитывающий длительность ремонта реакторов с перемешивающими устройствами, примем =0,5.

м³/ч.

Номинальный объем одного аппарата вычисляется по формуле:

где:-коэффициент заполнения реактора, примем, что обрабатываемая жидкость непенящаяся, тогда =0,75.

м³.

По принимаем предварительно реактор со следующими техническими данными:

-номинальный объем =0,25 м³;

-диаметр аппарата D=700 мм;

-площадь поверхности теплообмена рубашки F_р=1,3 м²;

-диаметр вала мешалки d_в=40 мм;

-высота уровня жидкости Н_ж= Н_р =0,5 м.

Выполним уточненный расчет.

Примем время подготовки реактора к новому циклу = 10 мин=600с. Для заполнения реактора реакционной массой используем насос производительностью V_нс= 3 м³/ч, тогда время заполнения реактора:

Время опорожнения реактора, исходя из условия слива жидкости через нижний штуцер, рассчитываем по формуле:

Для расчета и дополнительно к исходным данным примем температуры реакционной массы до нагревания t_н=20⁰С и после охлаждения t_к=30⁰С, теплоемкость материала реактора (стали) С_р=515Дж/кг*К.

Масса реактора приближенно:

,

где: Р - избыточное давление в реакторе, примем Р=0,3 МПА.

кг.

Масса жидкости определяется:

,

где p- плотность жидкости, p=960 кг/м³.

кг.

Определяем количество теплоты, затраченной на нагревание реакционной массы по формуле:

Дж.

Определяем количество теплоты, затраченной на охлаждение реактора по формуле:

Дж.

При нагревании среды конденсирующимися парами рассчитывается как средняя логарифмическая разность температур:

,

где: - конечная температура реакционной массы, =144⁰С;

- начальная температура реакционной массы, =20⁰С;

-температура греющего пара, =180⁰С.

При охлаждении жидким хладагентом средняя разность температур будет равна:

где:- начальная температура хладагента, =25⁰С;

- конечная температура хладагента, =30⁰С;

А - коэффициент, .

Так как при нагревании реакционной массы используется конденсирующийся пар, можно принять коэффициент теплопередачи равным коэффициенту теплоотдачи перемешиваемой среды. Для его расчета определим:

-Центробежный критерий Рейнольдса

,

где:- диаметр мешалки,

м (2. Стр. 434),

принимаем диаметр стандартизованной якорной мешалки;

n - частота вращения мешалки,

где: -скорость вращения мешалки, м/с, принимаем

=3,8 м/с.

- вязкость жидкости, µ_ж=3,6*10^-3 Па*с.

.

Проектируем якорную мешалку, для которой D/d_м=1,05-1,3.

-Критерий Прандтля

-Критерий Нуссельта для якорной мешалки

Параметры С и взяты из (2.Табл.5.2).

Найдем коэффициент теплоотдачи от перемешиваемой среды к стенке сосуда:

Вт/(м²К).

Определим среднюю температуру воды:

,

Которой соответствует В=32,9*10⁹ (2.Стр. 427).

Находим разность температур

Находим произведение: реактор теплоотдача мешалка

где: Н_р- высота стенки сосуда, заключенной в рубашку, Н_р=0,5м;

- температура стенки сосуда, .

Теплоотдача внутри цилиндрической рубашке рассчитывается по формуле:

.

Коэффициент теплоотдачи от стенки сосуда к воде во время охлаждения вычисляют по формуле:

где:-теплопроводность воды, =0,6 Вт/(м²К).

Вт/(м²К).

Принимаем термическое сопротивление загрязнений со стороны перемешиваемой среды r₁=2*10^-4 К/Вт и со стороны воды

r₁=2,3*10^-4 К/Вт

Определяем коэффициент теплопередачи во время охлаждения по формуле:

,

где: - термическое сопротивление стенки реактора, К/Вт.

Вт/(м²К)

Определим длительность периода нагревания реактора по формуле:

с.

Определим длительность периода охлаждения реактора по формуле:

с.

Определим длительность одного цикла реактора по формуле:

с.

Уточненное время цикла работы реакторас отличается от ранее принятогос 10%, в этом случае нет необходимости вновь рассчитывать реактор по уточненному времени цикла. Таким образом окончательно выбираем котел-реактор со следующими техническими данными:

-номинальный объем =0,25 м³;

-диаметр аппарата D=700 мм;

-площадь поверхности теплообмена рубашки F_р=1,3 м²;

-диаметр вала мешалки d_в=40 мм;

-высота уровня жидкости Н_ж= Н_р =0,5 м.



2. Тепловой расчет

Тепловой поток экзотермической реакции, протекающей по второму порядку, вычисляют по формуле:

Вт.

Потери теплоты в окружающую среду примемВт.

Для расчета мощности, затрачиваемой на перемешивание, найдем по (3.Черт.31) (для якорной мешалки с перегородками при ) значение К_н=0,6, тогда мощность, затрачиваемая на перемешивание определяется:

Вт.

Тепловой поток через стенку реактора вычисляют по формуле:

Вт.

Необходимая поверхность теплообмена реактора при разности температур 19,45⁰с будет равна:

м²

Следовательно, выбранный ранее реактор обеспечит нормальный теплообмен в период реакции.



Список литературы:

1. Машины и аппараты химических производств: Примеры и задачи. Учеб. пособие для студентов вузов, обучающихся по специальности «Машины и аппараты химических производств»/И.В. Доманский, В.П. Исаков, Г.М. Островский и др.; Под общ. ред. В.Н. Соколова-Л.: Машиностроение, Линингр. отд-е, 1982. - 384 с., ил.

2. Поникаров И.И., Поникаров С.И., Рачковский С.В. Расчеты Машин и аппаратов химических производств и нефтегазопереработки (примеры и задачи): Учебное пособие. - М.: Альфа-М, 2008. - 720с.: ил.

3. РД 26-01-90-85 Механические перемешивающие устройства. Метод расчета.

Размещено на Allbest.ru

...