Определение объемов аппарата

Определение количества операций, совершаемых одним реактором в сутки

Определение объемов аппарата - student2.ru ,

где n – количество операций в сутки;

t - время работы реактора в сутки, час;

t – длительность стадии технологического процесса, час.

Значение «n» может быть найдено и другим путем:

Определение объемов аппарата - student2.ru ,

где Vс – суточный объем перерабатываемых материалов, м3;

Vр – рабочая емкость всех аппаратов данной технологической стадии.

Определение рабочей емкости всех аппаратов данной стадии

Определение объемов аппарата - student2.ru .

Расчет общего объема всех аппаратов

Определение объемов аппарата - student2.ru ,

где Vобщ – общий объем всех аппаратов данной технологической стадии;

j - коэффициент заполнения аппарата.

Коэффициент заполнения j имеет различные значения в зависимости от характера процесса, осуществляемого в данном аппарате.

При выборе коэффициента заполнения можно руководствоваться следующими данными, представленными в табл. 8.1.

Таблица 8.1. Значения коэффициентов заполнения

Характер процесса, протекающий в реакторе Степень заполнения
Хранение жидкости (хранилище) 0,8¸0,90
Отмеривание жидкостей (мерники) Физические или химические процессы без пенообразующих эффектов Процессы, сопровождающиеся пенообразованием (экзотермические реакции, кипячение и пр.) Суспензионная и водоэмульсионная полимеризация 0,8¸0,85
0,75¸0,80
0,4¸0,6 0,65¸0,75

Оптимальная емкость реактора выбирается в зависимости от конкретных условий проведения данного процесса. Необходимо использовать практические данные по объему аппарата существующего производства.

Расчет количества аппаратов данной стадии определяется выражением

Определение объемов аппарата - student2.ru ,

где К - оличество аппаратов;

V – общий объем одного аппарата (по каталогу), м3.

Если проектируемый аппарат не предусмотрен каталогом, то объем аппарата выбирается по практическим соображениям. В любом случае после выбора аппарата дается краткое описание его конструктивных особенностей с указанием марки материала.

Расчет объемов аппаратов непрерывного действиязаключается в определении объема перерабатываемых материалов, в час (или в секунду)

Определение объемов аппарата - student2.ru , м3/ч.

Расчет рабочей емкости всех аппаратов

Vр=Vчас×t,

где Vр – рабочая емкость всех аппаратов, м3;

t - время пребывания реакционной массы в аппарате, часы.

Расчет общей емкости всех аппаратов:

Определение объемов аппарата - student2.ru .

Выбор стандартного аппарата или конструирование нового заключается в следующем. Для аппаратов непрерывного действия – аппаратов «идеального» вытеснения – необходимо, прежде всего, определить соотношение между высотой (или длиной) аппарата и его поперечным сечением.

При заданной скорости протекания реакционной массы можно рассчитать высоту (длину) аппарата идеального вытеснения по формуле

Н=W×t,

где Н – высота (длина) аппарата, м;

t - время пребывания реакционной массы, с.

Площадь поперечного сечения аппарата идеального вытеснения определяется следующим образом:

Определение объемов аппарата - student2.ru .

Количество аппаратов непрерывного действия определяется, как для периодических процессов:

Определение объемов аппарата - student2.ru ,

где V – объем одного реактора, м3.

В конце расчета следует привести подробное описание конструктивных особенностей и материала выбранного аппарата, а также описание пускового периода реактора до ввода его в непрерывный процесс.

Для комбинированных аппаратов смешения каскадного и секционного типов основным вопросом технологического расчета является определение оптимального количества последовательно включенных аппаратов или секций, а также их рабочего объема.

В тех случаях, когда имеется уравнение кинетики процесса и известны значения констант скорости реакций, используется аналитический метод расчета многосекционного реактора или каскада аппаратов.

Ниже приводятся некоторые типовые примеры, иллюстрирующие методы определения объемов реакторов, которые характеризуют производство с заложенными в них различными химическими реакциями как с известными кинетическими уравнениями, так и без них.

Пример 8.1. Рассчитать поликонденсатор дигликольтерефталата производительностью W=3 т/сут. Процесс периодический. Данные о работе аппарата при загрузке 1 т дигликольтерефталата приведены в табл. 8.2.

Решение:

Определение объемов аппарата - student2.ru .

По ГОСТ 9931-61 объем РПД принимают равным 2,5 м3.

Таблица 8.2. Режим работы реактора периодичесого действия (РПД)

Технологическая стадия Время, t, ч tнач, °С tкон, °С Количество массы в аппарате, G, кг Количество отгоняемого этиленгликоля, кг
Загрузка 0,3 -
Подогрев РПД 1,0 -
Отгон этиленгликоля 1,0
Снижение давления до 0,1 мм.рт.ст. и поликонденсация 2,0
Выгрузка 0,7 -
Охлаждение аппарата 1,0 -

Пример 8.2. Расчет продолжительности реакции с использованием кинетики реакции. В реакторе периодического действия протекает химический процесс, скорость которого определяется уравнением вида

Определение объемов аппарата - student2.ru при n=1 и К=0,000895 с-1.

Начальная концентрация исходного продукта А равна СА0=1 моль/л. Конечная степень превращения хА=0,96.

Требуется определить продолжительность реакции t3.

Решение:

Определение объемов аппарата - student2.ru

Определение объемов аппарата - student2.ru

Далее подставляем t3 в величину tn и заканчиваем расчет так же, как указано в примере 8.1.

Пример 8.3. В реакторе вытеснения протекает реакция в газовой фазе по уравнению 4А®В+6С при 648,89 К, скорость которой описывается выражением RA=2,78×10-3×CA. Степень превращения хА=0,80. Давление в системе – 4,6 атм. Скорость подачи реагента А равна GА=5,03×10-4 кмоль/с. Рассчитать объем РВНД.

Решение: Объем РВНД находим по формуле

Определение объемов аппарата - student2.ru

При постоянном давлении

Определение объемов аппарата - student2.ru Определение объемов аппарата - student2.ru ,

где С0 – начальная концентрация реагента,

e – коэффициент, учитывающий изменение объема системы

Определение объемов аппарата - student2.ru .

Подставляем соответствующие величины в первоначальную формулу

Определение объемов аппарата - student2.ru .

После интегрирования получаем следующее выражение:

Определение объемов аппарата - student2.ru ;

Определение объемов аппарата - student2.ru кмоль/м3.

Определение объемов аппарата - student2.ru м3.

По ГОСТ 13372-87 принимаем ближайший объем трубчатого реактора равным 1,6 м3.

В том случае, когда неизвестны кинетические константы скорости реакции, время пребывания принимают по практическим данным (из регламента цеха).

Ниже приводится пример расчета объема РВНД по принятому значению времени пребывания t.

Пример 8.4. Рассчитать объем РВНД для ежедневного производства
50 т этилацетата из уксусной кислоты. Исходные данные: время t=7270с, плотность реагирующей смеси постоянна r=120,56 кг/м3.

Решение:Определяем объемную скорость реагирующей смеси для производства 50 т вещества.

Определение объемов аппарата - student2.ru м3/с.

Определяем объем РВНД по уравнению

VРВНД=VС×t=4,8×10-3×7270=34,8 м3.

По ГОСТ 13372-67 принимаем ближайший объем аппарата, равным
40 м3.

Пример 8.5.В РСНД проводится реакция типа А®В, которая характеризуется кинетическим уравнением RА=5,55×10-5×СА, с-1. Необходимо получить 2,77×10-5 кмоль/с вещества В из исходной смеси, содержащей вещество А в количестве 0,1 кмоль/м3. Степень превращения хА=0,5. Требуется определить объем реактора смешения.

Решение: Объем РСНД определяем по уравнению

Определение объемов аппарата - student2.ru .

Выражаем САА0×(1-хА). Определяем скорость подачи исходной смеси

Определение объемов аппарата - student2.ru кмоль/с.

Подставляем указанные значения в первое уравнение и получаем искомое значение объема

Определение объемов аппарата - student2.ru .

По ГОСТ 13372-67 принимаем объем РСНД равным 10 м3.

При выполнении проекта инженер-проектировщик обязан произвести технологические расчеты вспомогательной аппаратуры, всех транспортных устройств (ленточные и шнековые транспортеры, пневмотранспорт и др.), а также рассчитать необходимую производительность и выбрать соответствующие типы питателей, дозаторов, мерников, циклонов и т. д.

Расчет соответствующего оборудования здесь не рассматривается, его можно найти в литературе по процессам и аппаратам химической технологии.

Г л а в а 9

________________________________________________________________

Наши рекомендации