Расчет реактора фтористо-водородного алкилирования
Исходные данные для расчета берутся при средних температурах теплоносителей: tcp = 38°С, tcp = 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 Qxp = 8527,74 кВт.
Расход охлаждающей воды
Расход воды для охлаждения реактора найдем из теплового баланса реактора.
=Ge-ccep
(3.7)
где Ge- расход охлаждающей воды, кг/с; сср — 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:
ТИ 1 р.см.
33 <- 28.
Находим значения ДТ и ДТ - : max пип
ЬТ1т=Ткрсм-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:
vcp
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
LP=—^> (3.12)
где deH — 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 сгм
со =--------------ц------= 1,52 — •
8 995,8 • 2,01 10-4-1350 с
Определим режим движения охлаждающей воды:
Re -1,521610
=30440•
в vcp 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 Лср ~ 0,6156
Тогда коэффициент теплопередачи в трубном пространстве составит:
а, = 0,023-41.ReM-Pr0'4 = 0,023- °’615^ -30440м -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; 8ст - толщина стенки трубы, м;
«ут
-----L----= 696 4^-
= 696
- 1 З-Ю'3 1 м2К
- 896+ 35 +6719
Определим уточненную поверхность теплообмена:
F =--—
ут кут&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:
Xs = 4'У+г18о-
Потери давления в трубном пространстве двух теплообменников:
ЛР2 = 2ДР.
Расчет межтрубного пространства приводится далее.
Определяем потери давления на местные сопротивления:
др =<-.-^.yg .
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 •