Технологические расчеты

Определение основных размеров реактора

 

 

Основные размеры проектируемого реактора рассчитываем исходя из соотношения действующего реактора  [7]

Высоту реакционной зоны реактора принимаем 8500 мм на основании литературных и практических данных.

Объемная производительность реактора синтеза ДХЭ 0,72

При производительности реактора 15.25 т/ч, объем реакционной зоны составит: 15.25 • 0,72 = 10.98 м³

Для определения внутреннего диметра проектируемого аппарата воспользуемся системой уравнений

 

;  [7]                      

Решим уравнение относительно

=

Высота:

 

Определение диаметра основных патрубков

Расчет диаметра ведем по формуле:

 

                                                                      [7]

 

где d – внутренний диаметр патрубка, м

G – массовый расход вещества, кг/ч

W – скорость среды, м/с

 – плотность среды, кг/м³

Расходы:

G (ДХЭ) = 7414 кг/ч

G (этилен) = 4484,77 кг/ч

G (хлор) = 11392,63 кг/ч

Скорости:

W (ДХЭ-пар) = 30 м/с                                                     [7]

W (этилен) = 25 м/с

W (хлор) = 25 м/с

Плотности:

(ДХЭ-пар) = 1200 кг/м³ при t = 55 ⁰С,  = 0,18 МПа [7]

(этилен) = 4,69 кг/м³ при t = 25 ⁰С,  = 0,3 МПа       [7]

(хлор) = 11,64 кг/м³ при t = 25 ⁰С,  = 0,3 МПа        [7]

d (ДХЭ-пар)=  – принимаем стандартный диаметр равный 80 мм.

D (этилен) =  – принимаем стандартный диаметр равный 125 мм

D (хлор) =  – принимаем стандартный диаметр равный 125 мм.

 

Расчёт теплообменника

 

Исходные данные:

Тепловая нагрузка Q = 8524050 Вт

ДХЭ охлаждается от 60°С до 45°С оборотной водой с начальной температурой 25°С и конечной температурой 35°С.

 

C редняя разность температур при противотоке

60 45

35 25

=25

 

                                         [8]

 

7.3.2 Средняя температура воды

7.3.3 Средняя температура ДХЭ

 

                                                                  [8]

 

7.3.4 Определим расход воды

 

 

где с  – теплоёмкость воды, Дж/(кг×К)

С =4190 Дж/(кг×К)                              [8]

G  м³/с

=1000 кг/м                                      [8]

 

Ориентировочно определяем максимальную величину площади поверхности теплообмена

 

По т. 4.8. K 800 Вт/(м ×К)                                                            [8]

                                           [8]

 

7.3.6 Выбираем по ГОСТ 15120–79 теплообменник        [8]

F = 961 м

Д  = 1200 мм

 = 20х2 мм

 = 1701 шт.

одноходовой

 = 9,0 м

S _{между перег.}=18,7×10^{-2 м2}

S _{сечения одного хода по трубам} = 34,2×10^{-2 м2}

Проведём уточненный расчет

 

Межтрубное пространство (вода)

 

Критерий Рейнольдса

 

 

где  – эквивалентный диаметр, м

m – вязкость воды при средней температуре

m=996 кг/м                                          [8]

r=804 Па×с                                    [8]

 

 

При 10000 Критерий Нуссельта

 (Рr/Pr_ст) ^0,25                                     [8]

Критерий Прандтля

Рr = ,                                                                              [8]

 

где  – коэффициент теплопроводности, Вт/(м×к).

 = 0,601 Вт/(м×к)                       

Р_r = ,                                                              

Поправкой (Рr/Рr_ст)^0,25 можно пренебречь, т. к. разность температур невелика (Рr/Рr_ст)^0,25 » 1.

 = 245

Коэффициент теплоотдачи для воды

                                [8]

 

Коэффициент теплоотдачи для ДХЭ

Трубное пространство

Примем скорость ДХЭ в трубах 0,5 м/с

w_ДХЭ = 0,5 м/с

 

Re = =

 

r_ДХЭ = 1207 кг/м₃ при средней температуре

m_ДХЭ = 574 10^-6 Па×c

(по программе физико-химические свойства веществ FIS-HIM).

 

Рr =

 

λ_ДХЭ = 0,121 Вт/(м×К)

С_ДХЭ = 1323 Дж/(кг×К) (по программе FIS-HIM).

При Re = 10 ⁴ – 5 ×10⁶; Рr = 0,6 – 100

Критерий Нуссельта

Nu = 0,023× Re ^0,8 ×Pr ^0,4 × (Pr/Pr_ст)^0,25                                [8]

Nu = 0,023× 16822 ^0,8 ×6,3 ^0,4 = 115

Поправкой (Pr/Pr_ст)^0,25 » 1 можно пренебречь

Коэффициент теплоотдачи для ДХЭ