Технологический расчет реактора

Размещено на http://www.allbest.ru/

1

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ РЕАКТОРА

обечайка изоляция теплообменник реактор

Конструктивные размеры реактора

Расчёт диаметра аппарата: реакционный объём определяется с учётом производительности, по объёмной скорости подачи сырья

, (1)

где - объём реакционной зоны, ;

- удельная скорость подачи сырья, , принимаем 2,8;

- расход сырья, .

,

.

Диаметр реактора (), м, рассчитываем по формуле

, (2)

где - секундный объём смеси в реакторе, м³/с;

- допустимая скорость потока, м/с.

Принимаем допустимую скорость потока равной 0,25 м/с. Средние молекулярные массы ароматических, непредельных и парафиновых углеводородов рассчитываем по формуле

,

, (3)

,

где - углеводородное число.

, (4)

где - содержание парафиновых и ароматических углеводородов, мольные доли;

- молекулярная масса сырья, кг/кмоль.

кмоль/кг,

.

г/моль,

г/моль,

г/моль.

Реакционный объём смеси, проходящей через свободное сечение реактора, находим по формуле /4, стр.270/

, (5)

где -средняя температура в реакторе, ⁰С;

- молекулярные массы компонентов, г/моль;

- массовые доли компонентов в смеси, % (масс.);

- давление при нормальных условиях, МПа;

- среднее давление в реакторе, МПа.

⁰C,

МПа,

м³/с.

Тогда диаметр реактора будет равен

м.

Принимаем диаметр реактора равным 3,8 м.

Площадь сечения реактора (), м², находим по формуле

, (6)

м²

Высоту слоя катализатора (), м, находим по формуле

, (7)

м.

Высоту реактора (), м, определяем по формуле

, (8)

где 0,4; 0,2; 0,1 - конструктивные размеры, м.

м.

Таким образом основные размеры реактора составили: диаметр 3,8 и высота 13,0 м.

Расчетаем потерю напора в слое катализатора. Потерю напора в слое катализатора вычисляем по формуле /4, стр. 272/

, (9)

где- порозность слоя;

- линейная скорость движения потока, фильтрующегося через слой катализатора, м/с;

- динамическая вязкость, ;

- средний диаметр частиц, ;

- плотность реакционной смеси, ;

- ускорение силы тяжести, .

Средний диаметр частиц катализатора () равен м. Порозность слоя вычисляем по формуле

, (10)

где - насыпная плотность катализатора, равная 640 ;

- кажущаяся плотность катализатора, равная 1524 .

.

Линейная скорость потока определяется по формуле

,(11)

где - объём реакционной смеси, м³/с.

,(12)

где - объём сырья, м³/с;

- объём водородсодержащего газа, м³/с.

,(13)

где - расход сырья, кг/ч; - коэффициент сжимаемости, зависит от и ; - молекулярная масса сырья, г/моль;

- среднее давление в реакторе, МПа.

При и коэффициент сжимаемости,

м³/с.

,(14)

где - расход водородсодержащего газа, кг/ч;

- молекулярная масса водородсодержащего газа, г/моль;

- коэффициент сжимаемости газа, равен 1.

м³/с.

Тогда объём реакционной смеси (), будет равен

м³/с.

Линейную скорость движения потока, фильтрующегося через слой катализатора, находим по формуле (11)

м/с.

Динамическая вязкость смеси определяется по формуле /3, стр. 47/

,(15)

где - средняя молекулярная масса смеси, г/моль.

,(16)

г/моль.

.

Определяем плотность реакционной смеси по формуле

,(17)

Подставив в формулу (9) для расчета потери напора числовые значения величин, получим следующее

кг/м²м.

кг/м²

кг/см² МПа.

Из расчета видно, что потеря напора в слое катализатора не превышает предельно-допустимых значений 0,2 - 0,3 МПа, поэтому к проектированию принимаем реактор цилиндрической формы с высотой и диаметром реакционной зоны 13,0 и 3,8 м соответственно.

Реакторы стоявшие до замены Д=2,6 м, Н= 8,1 м.

Механический расчёт реактора

Обечайки, работающие под внутренним давлением, рассчитывают по формуле

, (18)

где - толщина стеки обечайки, м;

- расчетное давление, МПа;

- внутренний диаметр сосуда, м;

- допустимое напряжение, МПа.

Допустимое напряжение , МПа, рассчитываем по формуле

, (19)

где - допустимое нормативное напряжение, МПа;

- поправочный коэффициент.

Для стали 12 МХ и расчетной температуры равной 300 ⁰С допустимое нормативное напряжение равно 141 МПа, поправочный коэффициент равен 0,95 .

МПа.

Рассчитываем толщину обечайки (), по формуле (18)

м.

Толщину обечайки с учетом прибавки на коррозию (), м, определяем по формуле

, (20)

где - прибавка на коррозию к толщине обечайки, равна 0,001 м.

м.

По ГОСТу 568 - 79 принимаем толщину обечайки (), равной 0,05 м.

Расчет толщины днища

Целью расчета является проверка толщины днища, работающего под действием внутреннего давления.

Исходные данные для расчета:

- внутренний диаметр днища, м 3,8

- толщина стенки днища, м 0,05

- давление в аппарате, МПа 3,3

- расчетная температура стенки аппарата, ⁰С 300

- прибавка на коррозию 0,001

- материал днища - сталь 12 МХ (ГОСТ 20072 - 79)

Толщина стенки днища (), м, работающего под действием избыточного внутреннего давления, определяется из условия прочности, по формуле /6, стр. 174/

, (21)

где - внутренний диаметр реактора, м;

- внутреннее давление реактора, МПа;

- допустимое напряжение;

- коэффициент прочности сварного шва.

В расчете берем коэффициент прочности сварного шва () равным 134 МПа и допустимое напряжение равное 1. Тогда толщина стенки днища (), м, равняется

м.

С учетом прибавки на коррозию, толщина стенки днища (), м, составит м.

Принимаем толщину стенки днища равной 0,05 м. Определим допустимое давление (), МПа, для днища толщиной 0,05 м, по формуле /6, стр. 177/

, (22)

где - толщина днища, м;

- прибавка на коррозию;

- допустимое напряжение;

- коэффициент прочности сварного шва.

МПа.

Расчетная толщина стенки днища достаточна для возникающих нагрузок.

Расчет толщины изоляции стенок реактора

Данные для расчета:

- температура внутри реактора, ⁰С 370

- температура наружной поверхности изоляции, ⁰С 60

- температура окружающего воздуха, ⁰С 19,4

- изоляционный материал - шлаковата,

- потери в окружающую среду, .

Определяем коэффициент теплопередачи в окружающую среду по формуле

, (23)

где - разность температур между наружной изоляцией и окружающим воздухом, ⁰С.

,

⁰С.

.

Находим поверхность изоляции (), м², по формуле

,

, (24)

где - потери тепла в окружающую среду, Вт;

- коэффициент теплоотдачи в окружающую среду;

- температура наружной поверхности изоляции, ⁰С;

- температура окружающего воздуха, ⁰С.

м²

Толщину тепловой изоляции аппарата находим из условия равенства тепловых потоков через слой изоляции и от поверхности изоляции в окружающую среду.

Решением системы из двух уравнений определяем толщину слоя изоляции реактора

, (25)

, (26)

где -толщина слоя изоляции реактора, .

, (27)

Принимаем толщину изоляции . Изоляция стенок реактора выполнена из шлаковаты, что соответствует требованиям Т/Б и СН III-4 - 2003.

Теплотехнический расчёт. Расчёт и подбор теплообменника на реакторном блоке

Исходные данные:

а) горячий продукт - газопродуктовая смесь:

- количество, , кг/с - 40,42;

- температура на входе в теплообменник , К - 645;

- температура на выходе из теплообменника , К- определяем.

б) нагреваемый поток - газосырьевая смесь:

- количество, , кг/с - 40,42;

- температура входа в теплообменник , К - 343;

- температура выхода из теплообменника , К - 583.

Тепловой баланс теплообменника

Составляем тепловой баланс теплообменника

, /3, стр. 97/(28)

где - количество газопродуктовой смеси на выходе из реактора, кг/с;

- количество газосырьевой смеси на входе в теплообменник, кг/с;

- энтальпия газопродуктовой смеси на выходе из реактора, кДж/кг;

- энтальпия газопродуктовой смеси на выходе из теплообменника, кДж/кг;

- энтальпия газосырьевой смеси на входе в теплообменник, кДж/кг;

- энтальпия газосырьевой смеси на выходе из теплообменника, кДж/кг;

- коэффициент использования тепла, принимаем равным 0,95.

Расчеты по определению энтальпий газосырьевой и газопродуктовой смеси сводим в таблицу 10.1 и 10.2.

Таблица 10.1 - Энтальпия газосырьевой смеси

Компоненты	Массовая для, хi	Энтальпия, кДж/кг
		343 К	583 К
		qт	q*хi	qт	q*хi
Н2	0,025	1005,43	25,136	4482,64	112,07
СН4	0,011	160,73	1,768	808,05	8,89
С2Н6	0,016	130,28	2,085	687,46	11,00
С3Н8	0,005	127,12	0,636	660,70	3,30
С4Н10	0,002	125,15	0,250	648,30	1,30
СnH2n+2	0,710	138,20	98,122	701,40	498,00
CnH2n	0,074	137,68	10,188	689,20	51,00
R-SH	0,008	466,54	3,732	982,37	7,86
Итого	1,000	-	162,300	-	789,19

Таблица 10.2 - Энтальпия газопродуктовой смеси

Компоненты	Массовая для, хi	Энтальпия, кДж/кг
		343 К	613 К
		qт	q*хi	qт	q*хi
Н2	0,0230	1005,43	23,13	4920,20	113,17
СН4	0,0170	160,73	2,73	915,45	15,56
С2Н6	0,0092	130,28	1,20	900,25	8,28
С3Н8	0,0066	127,12	0,84	767,50	5,07
С4Н10	0,0041	125,15	0,51	759,57	3,11
С5 - С10	0,0083	136,80	1,14	1072,80	8,90
СnH2n+2	0,7558	138,20	104,45	1010,60	763,81
CnH2n	0,0186	137,68	2,56	1008,90	18,77
CnH2n-6	0,1485	136,80	20,33	1058,48	157,29
H2S	0,0088	585,28	5,15	1046,75	9,21
Итого	1,0000	-	162,04	-	1103,17

Энтальпия газопродуктовой смеси на выходе из реактора при температуре 652.5 К составляет 1196,12 кДж/кг (из расчета энергетического баланса реактора).Подставив полученные значения энтальпий в выражение (28), получим

,

,

кДж/кг.

Из таблицы 10.2 имеем, что энтальпия, при температуре 343 К равна 162,04 кДж/кг и 613 К равна 1103,17 кДж/кг, стоим график зависимости энтальпии от температуры.

Рисунок 10.1 - Зависимость энтальпии от температуры

Из полученного графика находим, что энтальпии равной 537 кДж/кг соответствует температура 458 К, т.е газопродуктовая смесь выходит из теплообменника с температурой () 458 К.

Определение тепловой нагрузки теплообменника

Тепловую нагрузку теплообменника (, кВт), определяем по формуле

,(29)

кВт.

Определение среднего температурного напора теплообменника

Теплообмен происходит по следующей схеме

К ^{газопродуктовая смесь} К

К ^{газосырьевая смесь} К

К К

, поэтому среднюю разность температур можно рассчитать, как среднеарифметическую величину по формуле

,

К.

Поверхность теплообмена (, м²), находим по формуле /3, стр. 104/

, (30)

где - полная тепловая нагрузка аппарата, Вт;

- средняя арифметическая разность температур;

- коэффициент теплопередачи, Вт/(м²*К).

Принимаем коэффициент теплопередачи () 300 Вт/(м²*К).

м²

Ставим три теплообменника с поверхностью теплообмена

м²

По ГОСТ 14246-79 выбираем теплообменник:

- поверхность теплообмена, , м² - 360

- диаметр кожуха, , мм - 1000

- диаметр трубок, , мм - 252

- длина трубок, , мм - 6000

- число ходов по трубкам, - 2

- трубки расположены в решетке по вершинам квадратов

Запас поверхности теплообмена составит

%.

Размещено на Allbest.ru

...