Расчет реактора фтористо-водородного алкилирования

Исходные данные для расчета берутся при средних температурах теплоносителей: t^cp = 38°С, t^cp = 30°С. Исходные данные для р. см. вода

реакционной смеси и для охлаждающей воды приведены в таблицах 3.1 и 3.2.

С учетом потерь тепла в окружающую среду количество отводимого в реакторе тепла будет равно Q_xp = 8527,74 кВт.

Расход охлаждающей воды

Расход воды для охлаждения реактора найдем из теплового баланса реактора.

=G_e-c^c_e^p

(3.7)

где G_e- расход охлаждающей воды, кг/с; с^ср — теплоемкость охлаждающей воды при средней температуре, Дж/(кг-К) ; t* - конечная температура охлаждающей воды, °C; t« - начальная температура охлаждающей воды, °C.

Найдем расход охлаждающей воды:

• 8527’^{74 .=411,8—•}
• 4185,2-(33-28) ч

Расчет ориентировочной поверхности теплообмена

Для нахождения ориентировочной поверхности определим тепловую нагрузку на реактор. Возьмем необходимое тепло, отводимое хладоагентом из энергетического баланса: Q - 8527,74 кВт.

Учитывая противоточное движение теплоносителей, найдем средний температурный напор:

Т^{И 1} р.см.

33 <- 28.

Находим значения ДТ и ДТ - : max пип

ЬТ_1т=Т^к_рсм-Т'' =38-28 = 10,

ДГ^ =?’"„.-7? =38-33 = 5.

Поскольку отношение ^^^тах < 2, то средний температурный Т . min

напор можно найти как среднее арифметическое:

0 ДГ^+АТУ 10 + 5 ?5 ср 2 2

Определяем ориентировочную поверхность теплообмена. Для этого предварительно зададимся коэффициентом теплопередачи

= 600 йтД.м2 -К);

Q

к®_ср

8527,74-10³ 600-7,5

= 1915л².

Исходя из технических характеристик реактора алкилирования R-3001, находим:

• - внутренний диаметр кожуха D = 1960 мм;
• - сортимент труб d = 22 х 3 мм;
• - количество труб п = 1350;
• - коэффициент теплопроводности материала труб (сплав 70 % Си и 30 % Ni):

Л = 35-®^-м-К

Коэффициент теплоотдачи в межтрубном пространстве. Найдем скорость движения реакционной смеси в межтрубном пространстве:

G,_CM.

, (3.8)

гр. см. J межтр

/_межтр ~ площадь межтрубного пространства, м²;

f

J межтр

(3.9)

где^ - площадь в вырезе перегородки;/₂ - площадь между перегородками.

Из геометрических характеристик реактора находим, что площадь в вырезе перегородки / = 0,512 м², а площадь между перегородками /₂ = 1,6 м². Тогда

Л,^=70,512-1,6 = 0,9 лА

Отсюда находим скорость в межтрубном пространстве:

260,3 _{А ооп} м а>, =------= 0,382 — •

^рсм- 753-0,9 с

Определим режим движения реакционной смеси:

v^cp

р. см.

(3.10)

гдеd₃- эквивалентный диаметр межтрубного пространства, м:

• 1,96 -2-1350-(22-10’³) -------------= 0,0413 м
• 1,96 +2-1350-22-10’³

Тогда

Re

0,382.0,0413 _{= 2696Q} 0,5852 1СГ⁶

Режим движения устойчивый турбулентный.

Найдем значение критерия Прандтля для межтрубного пространства:

• 0,5852 ? I (Г⁶?753?2611
• 2^ 0.2694

Тогда коэффициент теплопередачи в межтрубном пространстве составит: a. =0,021-^Re°-⁸Pr°’⁴³ = 0,021-^0,2694-26960°⁸ -4,271°’⁴ =896-^--

¹ d₃ 0,0413 м²К

Коэффициент теплоотдачи в трубном пространстве. Найдем скорость движения охлаждающей воды в трубном пространстве:

где f - площадь трубного пространства, м².

Площадь трубного пространства найдем из геометрических характеристик реактора:

г ⁷¹' dL

L_P=—^> (3.12)

где d_eH — внутренний диаметр труб, м.

Тогда

• 3,14 • (16 Ю“³)²
• ------= 2,01 10"⁴ м²-

f = J mp.

Отсюда находим скорость охлаждающей воды в трубном пространстве:

411,8 _{л сг}м

со =--------------ц------= 1,52 — •

⁸ 995,8 • 2,01 10^-4-1350 с

Определим режим движения охлаждающей воды:

Re -1,521610

=30440•

^в v^cp 0,8007-10’

Режим движения устойчивый турбулентный.

Найдем значение критерия Прандтля для трубного пространства:

_п V? ’ Р? ? 0,8007 • 10 ⁶ • 995,8 • 4185,2

Г)*- __ ^{в вв} _______________

^в Л^ср ~ 0,6156

Тогда коэффициент теплопередачи в трубном пространстве составит:

а, = 0,023-41.Re^M-Pr⁰'⁴ = 0,023- °’⁶¹⁵^ -30440^м -5,421⁰'⁴ =6719-^— d,„ 16-Ю^-’ м²К

Расчет коэффициента теплопередачи

Уточняем коэффициент теплопередачи:

К ¹

^Ут ± _{+ +} ±

«1 _т ^а2

где Лт^- коэффициент теплопроводности материала стенки трубы; 8_ст - толщина стенки трубы, м;

«_ут

-----L----= 696 4^-

= 696

• 1 З-Ю'³ 1 м²К
• 896⁺ 35 ⁺6719

Определим уточненную поверхность теплообмена:

F =--—

^ут к_ут&_ср

8617,ЗЮ³ 696-7,5

= 1651 ж²-

Гидравлический расчет теплообменника

В случае необходимости проводится гидравлический расчет по приведенной ниже методике.

Расчет трубного пространства приводится ниже.

Определяем потери давления на трение и местные сопротивления, ДР, Па, по формуле

др= л-- + 5 - ^{неф неф}, (3.13)

I _{d М}.С. ₂

где Я - коэффициент трения; / - длина трубки, м; d - диаметр труб, м; ? - коэффициент местного сопротивления.

Определяем коэффициент трения по формуле

Л =--------------

(l,8-lgRe-l,5)

Определяем сумму местных сопротивлений:

- вход в трубы и выход из них:

^е =^е2

- поворот на 180° в плавающей головке:

~ ^180 ’

- сумма местных сопротивлений:

X^s = ⁴'У^+г₁₈о-

Потери давления в трубном пространстве двух теплообменников:

ЛР₂ = 2ДР.

Расчет межтрубного пространства приводится далее.

Определяем потери давления на местные сопротивления:

др ₌<-.-^.y_g .

М.С. 2 М.С.

Определяем коэффициенты местных сопротивлений:

- на входе в кожух и выходе из него:

^е1 = ²'^е^

• - при поперечном сечении:
  • 3 • т

т - число рядов труб при поперечном движении между перегородками;

- при поперечных ходах:

^з ~ ^2 ’ ’

где п - число перегородок;

- при поворотах у перегородок:

При этом сумма местных сопротивлений будет равна:

^^?м.с. - ^{? +} ^2 + ^??> + ^4 •