3.3. Аналіз автотермічного режиму

Автотермічний режим роботи схеми без додаткового нагрівача, наприклад печі (3) можливий, якщо суміш на виході з реактора має досить високу температуру. Рекуперація тепла виявляється більш економічна, ніж вогневе нагрівання в печах, якщо в теплообмінниках-рекуператорах теплопередача здійснюється з високою інтенсивністю, що визначається значенням питомого теплового навантаження чи теплонапруженості порядку 2000 Вт/м². У схемі газоочищення в рекуператорі відбувається теплопередача між двома газовими потоками, значення коефіцієнта теплопередачі в такому випадку досить мало 10–60 Вт/(м²К) і висока інтенсивність процесу досягається тільки при досить високій його рушійній силі – середній різниці температур. Тому в рекуператорах таких схем при реальних величинах поверхні теплопередачі неможлива повна рекуперація тепла і гарячі потоки газів охолоджуються у них до температур не нижче 150–200 С, а з метою подальшої рекуперації тепла потоку з такою кінцевою температурою (Т_к) установлюють додаткові теплообмінні апарати.

Для оцінки можливості здійснення процесу в автотермічному режимі по заданому складу суміші розраховують параметри каталітичного шару і знаходять вхідну і вихідну температури (Т_вх і Т_вих). Прийнявши по вихідним даним початкову температуру суміші, що очищається, (Т₀ = 20–60 С), спочатку по рівнянню (3.17а) розраховують температуру суміші після рекуператора і порівнюють із тою, що рекомендується. Якщо температура суміші після рекуператора достатня для того, щоб рекуперація була ефективною, знаходять інші параметри, вибирають рекуператор і виконують для нього перевірочний розрахунок. У противному випадку автотермічний режим використовувати недоцільно.

3.4. Аналіз схеми з додатковим підігрівом суміші

У схемі установки (мал. 3.1), додаткове джерело тепла (3) використовується для підігріву суміші від температури, що досягається в рекуператорі (Т_пр) до необхідної на вході в шар. Склад суміші, що надходить у реактор у цій схемі відповідає заданому.

У порівнянні з попередньою схемою в цій з'являється додатковий технологічний параметр – температура суміші після рекуператора (Т_пр). Її розраховують по рівнянню теплового балансу теплообмінника-рекуператора (3.17 б) по уже відомих параметрах роботи шару каталізатора при заданому складі суміші.

Для досягнення високих температур (більш 250 С) на практиці використовують вогневе нагрівання в трубчастій печі. Таким чином, вихідну суміш нагрівають від початкової температури Т₀ до необхідної температури на вході в шар у двох послідовно працюючих апаратах – теплообміннику-рекуператорі (2) і печі (3).

Основним параметром теплообмінних апаратів, який визначать його розміри і всю технічну характеристику, є теплове навантаження, яка зв'язана з призначенням апарата. У даному випадку теплові навантаження рекуператора і печі розраховують по параметрах газової суміші, що нагрівається

Q = Gсм  Cсм  (tсм, кін – tсм, нач),

(3.19)

де G_см – масова подача суміші, кг/с;

C_см – середня питома теплоємність суміші,Дж/(кгград);

t_{см, кін} – t_{см, нач} – температурний інтервал розігріву суміші в кожнім апараті. Для рекуператора це Т_пр – Т₀, для нагрівача Т_вх – Т_пр.

Масову подачу суміші знаходять по заданій об'ємній. Густину суміші можна прийняти рівної густині повітря, що для нормальних умов складає 1,29 кг/м³ Додаткову витрату палива (G_т) у печі розраховують по формулі

Gт = Qп,кор / (  Qт, н)

(3.20)

де  – к.п.д. печі, рівний 0,6 – 0,8;

Q_{п, кор} – корисне теплове навантаження печі, що визначається по (3.19);

Q_т,н – нижча теплотворна здатність палива (для природного газу Q_т,н = 48557 кДж/кг).

Параметри рекуператора розраховують за вищевказаною методикою, використовуючи рівняння (3.18 б).