Проектирование производства по получению карбинола (метанола)

дипломная работа

4.2.4. Расчет штуцеров реактора и подбор фланцев к ним

Необходимо рассчитать штуцера и подобрать фланцы к ним для исходной смеси, для продуктов реакции, для холодного байпаса, для выгрузки катализатора.

Приведем пример расчета штуцера для подачи исходной смеси. Диаметр штуцера находим из уравнения расхода по формуле [11, с. 16]:

(4.24)

где V - объемный расход, м3/с;

w - скорость давления среды, м/с.

Принимаем скорость движения парогазовой смеси w=5m/c. Массовые расходы переведем в объемные по формуле:

(4.25)

G - массовый расход;

р - плотность смеси (находим по уравнению Менделеева - Клайперона) [11, с. 13]:

(4.26)

где М - мольная доля газа, кг/моль;

Т -температура газовой среды (2500C);

р - давление в аппарате 5,3 МПа.

(4.27)

где М; - мольная доля i-ro компонента.

Таблица 4 .3

Мольные доли веществ

Наименование

Приход

Расход

кмоль/ч, 103

%

кмоль/ч, 103

%

Оксид углерода (IV)

170,02

4,49

133,20

4,14

Оксид углерода

2099,35

40,73

1583,06

31,56

Водород

11752,82

16,45

10493,61

15,10

Метан

530,52

5,9

519,38

5,96

Азот

1927,88

32,43

1638,77

32,68

Диметиловый эфир

13,31

0,34

Карбинол

498,11

9,65

Изобутиловый спирт

2,59

0,08

Вода

42,61

0,49

Итого

16480,59

100

14924,64

100

М=43,99·0,0449+28,0·0,4073+2,02·0,1645+16,05·0,059+28,02·0,3243=25,598 кг/кмоль

примем d=700 мм

Остальные штуцера рассчитываются аналогично. Результат расчета сведем в таблицу 4.4.

"right">Таблица 4.4

Таблица штуцеров

Название штуцера

Dy, мм

Ру, МПа

Количество

Вход продукта

700

-

1

Выход продукта

500

-

1

Холодный байпас

200

10

3

Выгрузка катализатора

300

10

3

Для термопары

40

1,6

4

Продувка

-

10

3

Для загрузки катализатора

500

-

2

Для осмотра

500

-

2

4.3. Технологические и конструктивно - механические расчёты вспомогательного оборудования

4.3.1. Расчёт теплообменника

В качестве вспомогательного оборудования выбираем кожухотрубный теплообменник, предназначенный для подогрева исходной смеси с 180°С до 250°С. В качестве теплоносителя используются продукты реакции выходящие из реактора с температурой 300°С.

Найдем тепло необходимое для подогрева исходной смеси с 180°С до 250°С. Разность температур:

(4.28)

где F - мольный поток вещества, берем из материального баланса;

с - теплоемкость веществ при средней температуре смеси

соксида углерода = 30,22 Дж/моль•К [7, с. 75]

сметан - 46,60 Дж/моль•К [7, с. 83] сазот=29,96 Дж/моль•К [7, с. 72]

соксида углерода (IV)= 44,97Дж/моль•К [7, с. 75]

сводорода=29,08 Дж/моль•К [7, с. 72]

скарбинола=74,01 Дж/моль•К [7, с. 85]

своды=35,37 Дж/моль•К [1, с. 78]

Q= ( 2,198•30,22 + 3,008•46,80 + 1,389•29,96 + 1,078•0,935 + 1,307•44,97 + 11,632•

*29,08 + 0,124 •74,01 + 0,08•35,37) •70•103/3600

Q= 12,81-103Вт

[II, с. 149] (4.29)

К - коэффициент теплоотдачи

(4.30) ?1 - коэффициент теплоотдачи нагреваемой смеси ?1=500Вт/м2•К;

?2 - коэффициент теплоотдачи охлаждаемой смеси ?2=600Вт/м2•К.

Сумма технических сопротивлений стенки труб из нержавеющей стали и загрязнения органических паров:

(4.31)

= 17,5 [10, с. 505] - коэффициент теплопроводности нержавеющей стали

= =11600 [11, с. 531]

Рис. 4.4. Схема тепловых потоков в теплообменнике

В соответствии с таблицей 2.3. [10, с. 51] поверхность, близкую к необходимой, может иметь теплообменник dтруб 25X2 с длиной труб 1,5м;

Dкожуха-159мм, поверхность теплообмена F=1,5m2. Запас поверхности теплообмена для выбранного теплообменника:

4.3.2. Аппарат воздушного охлаждения

Циркуляционный газ в аппаратах воздушного охлаждения охлаждается с

температуры 1200С до 400С, воздух нагревается с 150С до 700С.

1200С 40 0С

700С 150С

Следовательно

Ориентировочно значение коэффициента теплопередачи К от газа к жидкости при

вынужденном движении принимаем 50 Вт / (м2·К)

Определяем ориентировочное значение площади поверхности теплообмена

[15] (5.39)

где Q - количество передаваемой теплоты, Вт;

К - коэффициент теплопередачи, Вт / (м2·К);

- средняя разность температур холодного и горячего теплоносителей, 0С.

Определяем расход тепла, передаваемого от циркуляционного газа к воздуху

где - массовый расход циркуляционного газа, кг/с;

- теплоёмкость циркуляционного газа, кДж/(кг·К);

- начальная и конечная температуры циркуляционного газа, 0С

Q= 141,730·2,416·(120-40)=27393,57 кВт

Тогда м2

Так как циркуляционный газ перед аппаратами воздушного охлаждения делится на

два потока, то поверхность теплообмена соответственно будет равна 7305 м2.

По ГОСТ 14246-79 выбираем аппарат воздушного охлаждения зигзагообразного

типа с диаметром труб 25Х2 мм, длиной труб 6000 мм, числом ходов 1 и площадью

поверхности теплообмена 1875 м2.

Делись добром ;)