Файл: Определения, обозначения и сокращения.docx

Тепловой баланс реактора

Расчет теплового баланса реактора Р-1 обусловлен вычислением количества несбалансированного тепла, выделяющегося в процессе синтеза и в расчете количества водяного конденсата, необходимого для снятия избытка тепла. Количество вносимого в реактор или уносимого из аппарата тепла находится согласно уравнению

(2.16)

где G_i – расход i-го компонента, кг/с; Сp_i – теплоемкость i-го компонента,

кДж/(кг∙град); t_i – температура, °С.

Для углеводородных компонентов сырья и продуктов реакции теплоемкость определим по формуле

(2.17)

где – относительная плотность.

Значение определим по формуле

(2.18)

где - относительная плотность при 20°С. Является справочной величиной.

Значения плотностей углеводородных компонентов сырья представлены в таблице 2.10.

Таблица 2.10 – Плотности углеводородных компонентов сырья

Компонент	Плотность, ρ420	Плотность, ρ1515
Углеводороды С3	0,5100	0,5162
i-бутилен	0,5950	0,6007
н-бутилен	0,5945	0,6002
i-бутан	0,5573	0,5633
н-бутан	0,5789	0,5847
Бутадиен	0,6211	0,6267
Углеводороды С5	0,6262	0,6317

---

Значения теплоемкости метанола, третметилкарбинола и МТБЭ являются справочной величиной.

Потери тепла в реакторе принимаются равными 1 % от входящего тепла.

Реакция синтеза МТБЭ протекает с выделением тепла. Тепловой эффект реакции определяется по формуле

(2.19)

где Н_ПРОД и Н_С – теплоты образования продуктов реакции и исходного сырья соответственно, кДж/моль.

Ввиду малой доли побочных реакций в ходе процесса их влиянием на тепловой эффект пренебрегаем. Теплоты образования метанола, изобутилена и МТБЭ приведены в таблице 2.11.

Таблица 2.11 – Теплоты образования компонентов

Компонент	МТБЭ	Метанол	Изобутилен
Теплота образования, кДж/моль	-291	-201	-16,92

Таким образом, согласно реакции, по которой протекает процесс, тепловой эффект реакции составит



Мольное количество образовавшегося МТБЭ составит



Таким образом, количество тепла, выделившееся в ходе синтеза МТБЭ составит



Тепловой баланс реактора представлен в таблице 2.12.

Из таблицы 2.12 видно, что разность входящего и уходящего тепла равняется



Массовый расход воды, необходимой для снятия избытка тепла процесса, вычисляется по формуле:

(2.20)

где Срв – теплоемкость воды, принимается равной 4,187 кДж/(кг∙К); t_Н и t_К – начальная и конечная температура соответственно охлаждающей воды, °С; принимаем соответственно 20 и 40 °С.

Используя найденные значения, получим

---

Тепловой баланс реактора представлен в таблице 2.12.

Таблица 2.12– Тепловой баланс реактора

Компонент	Расход, кг/с	Температура, °С	Теплоемкость, кДж/(кг∙град)	Количество тепла, кДж/с
Приход
Углеводороды С3	0,017	70	2,514	2,922
i-бутилен	2,325	70	2,330	379,226
н-бутилен	0,039	70	2,331	6,323
i-бутан	3,083	70	2,406	519,386
н-бутан	0,061	70	2,362	10,067
Бутадиен	0,006	70	2,281	0,884
Углеводороды С5	0,006	70	2,272	0,880
Свежий метанол	19,120	70	2,610	3493,165
Циркулирующий метанол	5,883	70	2,610	1074,855
Вода	0,004	70	4,187	1,051
Тепло реакции	-	-	-	2883,523
Итого	7,386	-	-	8372,282
Расход
МТБЭ	3,472	70	2,511	610,313
Непрореагировавший метанол	0,584	70	2,61	106,700
Непрореагировавший изобутилен	0,093	70	2,330	15,169
Углеводороды С3	0,017	70	2,514	2,922
н-бутилен	0,039	70	2,330	6,320
i-бутан	3,083	70	2,406	519,386
н-бутан	0,061	70	2,362	10,067
Бутадиен	0,006	70	2,281	0,884
Углеводороды С5	0,006	70	2,272	0,880
Диизобутилен	0,011	70	2,129	1,663
Третметилкарбинол	0,015	70	2,771	2,860
Потери	-	-	-	83,723
Итого	7,386	-	-	1360,888

---

4. 1   ...   10   11   12   13   14   15   16   17   18

---

Геометрические размеры реактора

Общий массовый расход сырьевой смеси составляет (таблица 2.9) 26588,645 кг/ч. Объемный расход сырьевой смеси G_ОБ = 42,204 м³/ч. Требуемая объемная скорость подачи сырья в реактор синтеза ω = 1,5 ч^-1. [6]

Нужный объем реакционной зоны определяется по уравнению

(2.21)



Используем шестиугольное расположение труб в аппарате и следующие характеристики реактора:

- внутренний диаметр трубок d_ВН = 0,1 м;

- толщина стенок δ = 0,01 м;

- наружный диаметр трубок d_Н = 0,12 м;

- кольцевой зазор между крайними трубками и корпусом k = 0,01 м;

- длина трубок l = 12 м.

Условное размещение труб в решетке приведена на рисунке 2.2.


Рисунок 2.2 – Схематичное размещение труб в решетке реактора
Объем одной трубки находим по формуле

_(2.22)



Необходимое количество трубок находится по следующей формуле

(2.23)



Возьмём с запасом количество трубок в реакторе равным Z = 300 штук.

Шаг трубок определяется по формуле

(2.24)



Связь между числом трубок на стороне наибольшего шестиугольника (а) и общим числом трубок (Z) определяется уравнением

(2.25)

При количестве трубок Z = 300, а = 9 шт.

Число труб, размещенных на диагонали наибольшего шестиугольника, вычисляется по формуле

(2.26)

.

Диаметр реактора находим по формуле

---