Расчет реактора первой ступени

Принимают, что объемное отношение катализатора в первой и второй ступенях реактора равно 1,00: 1,08, следовательно, объем катализатора: в первой ступени:

100· 1,00/(1,00+ 1,08) =48 м³;

во второй ступени:

100−48= 52 м³.

Время пребывания парогазовой смеси в зоне катализа рассчитывают по формуле:

ф=V_ф/(V_ке₀),.

где V_ф -расход парогазовой смеси при температуре 610 °C (883 К) и давлении 0,45 МПа, м³/с; V_к -объем катализатора в реакторе, м³; е₀ -порозность слоя катализатора.

Расход парогазовой смеси при нормальных условиях (273 К, 101 325 Па):

V⁰_ф= 10 842,58*22,4/3600 = 67,46 м³/с.

Расход парогазовой смеси в условиях процесса:

V_ф=67,46*883*101 325/ (273*0,45*10⁶) =49,13 м³/с.

Порозность слоя катализатора:

е₀=1-с_п/с, е₀=1−1400/2300=0,39,.

где с_п и с-насыпная и кажущаяся плотность катализатора, кг/м³.

ф=49,13/(3*100−0,39)=0,63 с, что соответствует оптимальному технологическому режиму.

Расчет межступенчатого теплообменника

Межступенчатый теплообменник предназначен для подогрева парогазовой смеси после первой ступени катализа перегретым водяным паром (поток 9).

Цель расчета-определение площади поверхности теплопередач и, выбор теплообменного аппарата.

Исходные данные: температура, °С: перегретого водяного пара на входе-760; перегретого водяного пара на выходе-655; парогазовой смеси на входе-547; парогазовой смеси на выходе-610; давление перегретого водяного пара 0,9 МПа; диаметр трубы 25×2,5 мм;

Перегретый водяной пар поступает в трубное пространство, а парогазовая смесь-в межтрубное пространство. Необходимую площадь поверхности теплопередачи находят по формуле:

F_а= Ф_а/(КДТ_ср).

По данным теплового баланса межступенчатого теплообменника рассчитывают тепловую нагрузку теплообменника:

Ф_а= (93 650,90−88 162,82)*10³= 5 488 085,63 Вт.

Определяют среднюю разность температур между теплоносителями двухходового (по трубному пространству) межступенчатого теплообменника.

Температурная схема теплообмена при противотоке:

• 655 °C < 760 °С
• 547 °C > 640 °C,

Дt_max=760−610=150 °С, Дt_min=655−547=108 °С.

Средняя разность температур между теплоносителями:

.

.

°С, дt_п=760−655=105,.

дt_пгс=610−547=63,.

.

ДТ=124 К.

Коэффициент теплопередачи определяют по формуле:

К=(1/б₁+Уr_ст+1/б₂)^-1,.

где б₁ — коэффициент теплоотдачи от перегретого водяного пара к стенке трубы, Вт/(м²*К); б₂ — коэффициент теплоотдачи от стенки трубы к паро­ газовой смеси, Вт/(м²*К).

Для расчета коэффициентов теплоотдачи определяют теплофизические параметры теплоносителей.

Теплофизические параметры перегретого водяного пара при средней температуре Т_cp= (760+655)/2=707,5°С (980,5 К) и давлении р=0,9 МПа. Для упрощения расчета теплофизических параметров парогазовой смеси в один поток «этилбензол» объединяют этилбензол, бензол и толуол. Удельную теплоемкость парогазовой смеси (в данном случае при постоянном объеме) рассчитывают по формуле:

C_v=C_p/K,.

где Ккоэффициент Пуассона.

Теплоемкости и вязкости компонентов парогазовой смеси при температуре Т_cp= (547+610)/2=578,5°С (851,5 К) рассчитывают по справочным данным.

Динамическую вязкость газовой смеси:

µ_см=24,43*10^-7/0,093=262*10^-7 Па*с.

Принимают K=C_p/C_v= 1,3, тогда С_{v (см)}= 2375,55/1,3= 1827,35 Дж/(кг*К).

Теплопроводность парогазовой смеси вычисляютпо формуле:

л=ВС_vµ_см,.

где В=0,25(9К-5)=0,25(9*1,3−5)= 1,675,.

л =1,675*1827,35*262*l0^-7=0,08 Вт/(м*К).

Критерий Прандтля:

Pr=2375,55*262*l0^-7/(0,08*10^-3)=0,78.

Таблица 2.13 Теплофизические параметры теплоносителей.

Расход водяного пара в межступенчатом теплообменнике:

m_п= Ф_a/(h₁-h₂),.

m_п = 5 488 085,63/((3720,38−3581,52)*10³)= 39,52 кг/с, где h₁ и h₂ -энтальпия перегретого водяного пара при температуре 610 и 547 °C и давлении 0,9 МПа, Дж/кг.

Принимают минимальное для турбулентного потока значение критерия Рейнольдса Re=10 000, тогда необходимое число труб диаметром d_тр= 25×2,5 мм составит:

n=m_п/(0,785dRe'µ),.

n=39,52/(0,785*0,02−10 000*366*10^-7) =6878,.

следовательно, для создания турбулентного потока перегретого водяного пара максимальное число труб должно быть не б…