расчет реактора

6. Технологический расчет и подбор основного и вспомогательного оборудования

Расчёт реактора

Из данных технологического регламента массовая (весовая) скорость подачи фенола равна 1,5 час^-1 (1,5 кг фенола на 1 кг катализатора).

1. Необходимое количество сухого катализатора на одну загрузку:

2. Объём, занимаемый катализатором при насыпном весе 860 кг/м³ [из технологических данных]:

3. Объём катализатора с учётом набухания:

где:

2,1 – коэффициент набухания.

4. На производстве в реакторе установлен змеевик с поверхностью теплообмена 29 м², объём змеевика V=0,18 м³. Принимаем 5% от объёма змеевика объём металлоконструкций для его крепления и установленных распределителей:

5. Определяем общий объём:

6. Высота слоя катализатора составляет:

7. Необходимое количество катализатора для загрузки реактора с учётом 50% влажности:

8. Аппарат, установленный в цехе, имеет характеристики:

Объём V = 4,9 м³

Диаметр d = 1,2 м

Высота Н = 5,682 м.

Рабочая высота реактора по его конструктивным данным составляет 4,882 м.

Определяем высоту мёртвой зоны реактора:

Объём мёртвой зоны реактора:

9. Определяем рабочий объём реактора:

Линейная скорость движения алкилата в реакторе:

Расчёт змеевика

1. Определяем расход хладагента.

Принимаем температуру воды: t_нач.= 60⁰С , t_кон.= 95⁰С.

Удельная теплоёмкость воды: С_воды=1ккал/кг∙⁰С = 4,19 кДж/кг

Расход воды:

2. Средний температурный напор:

130⁰С 130⁰С

60⁰С 95⁰С

∆t₁ = 70 ⁰С ∆t₂ = 35 ⁰С

3. Определяем коэффициент теплоотдачи со стороны хладагента. Конструктивно принимаем вертикальный спиралевидный змеевик. Количество спиралей 4 штуки из трубок размером 25×2 мм с внутренним диаметром d_вн = 21мм.

Площадь сечения для движения хладагента:

Определяем массовую скорость:

Для дальнейшего расчёта из справочных данных определяем физические величины воды при средней температуре:

вязкость: [5 стр.85]

теплопроводность:

удельная теплоёмкость:

Определяем критерий Рейнольдса:

Определяем критерий Нуссельта:

[4 стр.385]

Коэффициент теплоотдачи воды:

4. Определяем коэффициент теплоотдачи со стороны реакционной массы, находящейся в слое катализатора.

Для расчёта коэффициента теплоотдачи принимаем, что в зоне реакции алкилирования через слой катализатора проходит газообразный изобутилен, так как объём газообразного изобутилена во много раз превышает объём подаваемого фенола в реактор.

Ср = 1308,11 Дж/кгК

 = 979 кг/м³

 =

где:

А – коэффициент для жидкости

Ср – теплоемкость жидкости,

 - плотность жидкости, кг/м³

М – молекулярная масса жидкости

 =

Объем алкилата:

V =

Определяем скорость потока:

W =

Динамическую вязкость принимаем по фенолу, так как фенол составляет основной весовой процент:

µ_ф = 0,7810^-3 кг/м²

 =

При движении реакционной массы через слой частиц воспользуемся формулой Вендера и Купера для определения коэффициента теплоотдачи:

где:

критерий Нуссельта;

критерий Рейнольдса;

- теплопроводность газа, Вт/м⁰С;

С_тв - удельная теплоёмкость твердых частиц, Дж/кгК;

Ср - удельная теплоёмкость газа, Дж/кгК;

_тв - плотность твёрдых частиц, кг/м³;

- плотность газа, кг/м³;

d₂ - диаметр частиц;

с=1,5 - поправочный коэффициент, зависящий от положения внутренней поверхности теплообмена;

m=1,1810^-2 м²/ч - константа.

Определяем из критерия Нуссельта коэффициент теплоотдачи:

Определяем коэффициент теплопередачи:

Так как мы не рассчитываем тепло, уносимое с изобутиленом, то тогда примем коэффициент теплоотдачи со стороны изобутилена α = 187,397.

Определяем поверхность теплообмена:

Расчёт гидравлического сопротивления слоя катализатора

Гидравлическое сопротивление слоя катализатора определяется по формуле:

[3 стр.184]

где:

S – внешняя поверхность зёрен катализатора, S = 200 м²/м³;

Н – высота слоя катализатора, Н = 6,48 м;

W_ф – фиктивная скорость алкилата, кг/с;

ε = 0,4.

 - свободный объем

Фиктивная скорость алкилата:

где:

1,2 м – диаметр реактора;

979 кг/м³ – плотность алкилата;

Определяем величину Rе:

где: 0,78∙10^-3 – динамическая вязкость алкилата.