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; - 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

ЬТкрсм-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 = 418о-

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 •

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >