Находим расход водного конденсата.

Удельная теплота парообразования конденсата( ) из справочных данных составляет 2095 кДж/кг. Принимаем КПД теплообмена равным 0, 9. Тогда количество конденсата G_k составит:

кг/с.

7) Составляем сводный тепловой баланс процесса (таблица 11).

Таблица 11 - Тепловой баланс реактора

Приход	Расход
Поток	кВт	%	Поток	кВт	%
Тепло с исходным газом	587, 2	41, 2	Тепло с отходящими газами	604, 5	42, 4
Тепло реакции	839, 1	58, 8	Потери тепла	71, 3	5, 0
			Тепло, отводимое конденсатом	750, 4	52, 6
Итого	1426, 3			1426, 3

Расчет теплового баланса реактора гидратации этилена

Рассчитать тепловой баланс реактора гидратации этилена и определить температуру выхода реакционных газов из реактора (Р=8, 0 МПа, Т_входа=280°С).

Состав потоков на входе в реактор: этан – 100, 7 кмоль/ч; этилен – 1222, 7 кмоль/ч; водяной пар – 760, 8 кмоль/ч.

Состав продуктов процесса: этанол – 52, 4 кмоль/ч; диэтиловый эфир – 0, 7 кмоль/ч; ацетальдегид – 0, 6 кмоль/ч; этан – 0, 6 кмоль/ч; полимеры – 0, 1 кмоль/ч.

Уравнение теплового баланса для реактора в общем виде выглядит следующим образом:

, (6.7)

где - количество тепла поступающего в реактор, Вт;

- тепло выделившиеся в ходе реакции, Вт;

- тепло уносимое с реакционными газами, Вт;

- тепловые потери, Вт.

 

Рассчитаем количество тепла, поступающего в реактор.

Количество тепла приходящего с потоком, определяем по уравнению (6.3).

Температура входа Т_входа = 280+273=553 К.

Расчет представляем в виде таблицы 12.

 

Таблица 12 - Расчет количества тепла, поступающего в реактор

Компонент	N, кмоль/ч	Ni, моль/с,	, Дж/(моль•К)	, кВт
Этан	100, 7	28, 0	84, 2	1303, 8
Этилен	1222, 7	339, 6	67, 4	12657, 7
Водяной пар	760, 8	211, 3	35, 7	4171, 5
Итого,				18133, 0

 

Рассчитываем тепло выделяющееся в процессе для каждой реакции.

Находим энтальпии образования компонентов в газовой фазе при 553К [8]. Так как давление в системе равно 8, 0 МПа, то вводим поправку на давление, рассчитанную, как и в предыдущем случае, по методу основанному на принципе соответственных состояний [4, 7]. Результаты расчета по уравнению (6.5) представлены в таблице 13.

 

Таблица 13 - Энтальпии образования соединений

Компонент				, кДж/моль	, при 80 атм, кДж/моль
Этилен	282, 4	49, 7	0, 065	52, 3	51, 4
Этан	305, 4	48, 2	0, 098	-84, 8	-84, 9
Вода	647, 3	217, 6	0, 344	-242, 2	-242, 8
Этанол	516, 2		0, 635	-235, 6	-236, 1
Диэтиловый эфир	466, 7	35, 9	0, 281	-191, 1	-191, 7
Ацетальдегид	461, 0	55, 0	0, 303	-166, 6	-167, 0
Полимер (С10)	609, 3	22, 2	0, 508	0, 2	-1, 3

 

Для полимера принимаем, что он получается в результате полимеризации 5 молекул этилена.

По закону Гесса (6.4) найдем энтальпию каждой из протекающих реакций и по уравнению (6.6) количество выделяющегося при этом тепла.

С₂Н₄ + Н₂О ↔ С₂Н₅ОН

кДж/моль

кВт

 

2С₂Н₄ + Н₂О ↔ (С₂Н₅)₂О

кДж/моль

кВт

 

2С₂Н₄ + Н₂О ↔ СН₃СОН + С₂Н₆

кДж/моль

кВт

 

n (СН₂ = СН₂ ) ↔ (–СН₂ – СН₂ –)_n

кДж/моль

кВт

Общее количество тепла составит:

кВт.

Итого количество приходящего тепла будет равно:

;

кВт.

3) Принимаем, что потери в окружающую среду составляют 1% от общего прихода теплоты.

= ·0, 01 = 18792, 1•0, 01=187, 9 кВт

Рассчитаем температуру на выходе из реактора.

Поскольку тепловой эффект реакций незначителен, то используем теплоемкость веществ при 553К [9].

Температура на выходе из реактора рассчитывается по формуле:

, (6.8)

где - температура на выходе из реактора, К;

- количество теплоты, приходящее в реактор, Вт;

- количество тепловых потерь в процессе, Вт;

- мольный расход i-го компонента, моль/с;

- теплоемкость i-го компонента, Дж/(моль•К).

Расчет представляем в виде таблицы 14.

Таблица 14 - Расчет температуры на выходе из реактора

Компонент	N, кмоль/ч	Ni, моль/с,	, Дж/(моль•К)
Этилен	1167, 5	324, 3	67, 4	21857, 82
Этан	101, 9	28, 3	84, 2	2382, 86
Вода	707, 1	196, 4	35, 7	7011, 48
Этанол	52, 4	14, 6	100, 9	1473, 14
Диэтиловый эфир	0, 7	0, 2	173, 1	34, 62
Ацетальдегид	0, 6	0, 2	80, 9	16, 18
Полимер (С10)	0, 1	0, 03	335, 2	10, 06
Итого				32786, 16

 

Таким образом, температура на выходе из реактора равна (6.8)

К.

При больших перепадах температур на входе и выходе из реактора, необходимо учитывать и изменение теплоемкости от температуры.
7 Расчет и подбор основного оборудования [10-14]

Расчет насоса

Основными типами насосов, использующимися в химической технологии, являются центробежные, поршневые и осевые насосы. При проектировании возникает задача определения необходимого напора и мощности при заданной подаче (расходе) жидкости, перемещаемой насосом. По этим характеристикам, а также в зависимости от агрессивности среды выбирают насос конкретной марки [10-12].

Мощность, затрачиваемая на перекачивание жидкости, определяется по формуле

, (7.1)

где N – мощность насоса, Вт;

g – ускорение свободного падения, 9, 81 м/с²;

r - плотность жидкости, кг/м³;

Q - подача (расход) жидкости, м³/с;

Н - напор насоса (в метрах столба перекачиваемой жидкости), м;

h - КПД насоса, доли единицы.

Напор определяют по формуле:

, (7.2)

где P₁ - давление в аппарате, из которого перекачивается жидкость, Па;

P₂ - давление в аппарате, в который подается жидкость, Па;

H_r,.- геометрическая высота подъема жидкости, м;

h_n - суммарные потери напора во всасывающей и нагнетательной линиях, м.

КПД центробежных насосов можно принять равным 0, 4—0, 7 для малых и средних подач и 0, 7—0, 9 для больших подач (> 280 м³/ч).

Полный расчет насоса включает: расчет гидравлических потерь на линиях нагнетания и всасывания насоса, с учетом потерь на трение и местные сопротивления; определение напора и мощности насоса; выбор подходящей марки насоса.

В данном разделе приведен пример поверочного расчета насоса (без расчета потерь напора на гидравлические сопротивления).

Пример поверочного расчета насоса

Подобрать насос для перекачивания воды из открытой емкости в аппарат, работающий под избыточным давлением 0, 1 МПа. Расход воды 1, 2•10^-2 м³/с. Геометрическая высота подъема воды 15 м. Общие потери напора на всасывающей и нагнетательной линиях принять равными 5, 4 м.

Находим напор насоса по формуле (7.2):

м вод. столба.

Полезная мощность насоса по формуле (7.1):

Вт = 3, 6 кВт.

Принимая h = 0, 6 (для центробежного насоса средней производительности), определяем мощность на валу двигателя

N = 3.6 / 0.6 = 6.0 кВт.

По справочным таблицам [10, 11] устанавливаем, что заданной подаче и напору соответствует центробежный насос марки Х45/31, для которого в оптимальных условиях работы Q = 1, 25•10^-2 м³/c, Н = 31 м, h = 0, 6. Насос обеспечен электродвигателем А02-52-2 номинальной мощностью N_n = 13 кВт, h_дв=0, 89.

 

Расчет сепаратора

Для разделения газожидкостных смесей применяют сепараторы вертикального или горизонтального исполнения. Высота сепарационной части в вертикальных сепараторах не должно быть менее 0, 6 метров, а горизонтальных менее 3 метров, так как в противном случае качество разделения резко падает.

Расчет сепаратора выполняется следующим образом:

1) Определяем критическую скорость газа в сепараторе по уравнению:

, (7.3)

где A – коэффициент, зависящий от конечного содержания жидкости в газе (С_кон),

и - плотности жидкости и газа соответственно, кг/м³.

Коэффициент А выбирают из представленной ниже таблицы 15.

Таблица 15 – Зависимость коэффициента А от конечного содержания жидкости в газе

Сепаратор	Вертикальный	Горизонтальный
Скон, г/кг
А	0, 030	0, 047	0, 061	0, 075	0, 117	0, 150

2) Принимаем среднюю скорость в аппарате ниже критической и находим диаметр сепаратора из уравнения:

, (7.4)

где D – диаметр сепаратора, м;

V – объемная скорость подачи сырья в сепаратор, м³/с;

ω – средняя скорость в аппарате, м/с.

3) С учетом стандартизованных размеров выбираем подходящий аппарат.

7.3 Расчет теплообменных аппаратов [10-12, 14]

Порядок расчета

1) Определяем из материального баланса расход теплоносителей, уточнив их начальные и конечные температуры, определяем физико-химические свойства теплоносителей и степень их коррозионной активности (агрессивности).

2) На основании теплового баланса определяем количество тепла, передаваемого при теплообмене, и уточняем количество второго теплоносителя.

3) Учитывая агрессивность или другие свойства теплоносителей, выбираем конструктивный материал и схему обвязки теплообменника.

4) Определяем среднюю разность температур (средний температурный напор).

5) Для аппарата, указанного в техническом задании. рассчитываем коэффициент теплопередачи через стенку К, Вт/(м² К) по формуле:

, (7.5)

где a₁, a₂ - коэффициенты теплопередачи от охлаждаемого потока к стенке и от стенки к нагреваемому потоку, Вт/(м•К);

Sr _ст – сумма термических сопротивлений всех слоев, из которых состоит стенка, включая слои загрязнений, Вт/(м^2•К).

При поверочном расчете теплообменных аппаратов коэффициент принимается согласно данным таблицы 16.

Таблица 16 - Ориентировочные значения коэффициентов теплопередачи, Вт/(м^2·К)

Вид теплообмена	Вид движения	Назначение теплообменника
вынужденное	свободное
От газа к газу (при обычных давлениях) От газа к жидкости От жидкости к жидкости (вода) От жидкости к жидкости (масло) От конденсирующегося пара к газу От конденсирующегося пара к воде От конденсирующегося пара к кипящим жидкостям От конденсирующегося пара к органическим жидкостям От конденсирующегося пара органических веществ к воде	10-40   10-60 800 – 1700 120-270 10-60 800-3500   -   120-310   340-870	4-12   6-20 140-340 30—60 6-12 300-1200   300-3500   60-170   230-460	Газовые холодильники   Подогреватели и холодильники Подогреватели     Испарители   Подогреватели и конденсаторы

6) Определяем величину поверхности из основного уравнения теплопередачи:

, (7.6)

где F – площадь поверхности теплообмена, м²;

Q – количество теплоты, передаваемое в ходе теплообмена, Вт;

K – коэффициент теплопередачи, Вт/(м²·К);

∆ t – средняя разность температур, К.

7) Принимаем в зависимости от конструктивного материала и возможности загрязнения труб их диаметр. Определяют число труб, обеспечивающее желаемую скорость в трубном и межтрубном пространстве (обычно удается получить желаемую скорость только в одном из пространств).

8) Определяем длину трубного пучка:

, (7.7)

где L – длина трубного пука, м;

F – площадь поверхности теплообмена, м²;

n – число труб в пучке;

d_p – диаметр трубы, м.

Полученное значение округляем до нормализованного и конструктивно удобного. Выбираем аппарат из стандартного ряда.

9) По параметрам стандартного теплообменника уточняем и принимаем размеры в соответствии с действующими нормами и ГОСТ.

10) Гидравлический расчет теплообменного аппарата выполняется в случае, если это оговорено в техническом задании.

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: