VI. Результаты расчетов и их графическая интерпретация

Таблица 2 – Расчетные параметры

Наименование параметра Размер-ность Обозначения Величина
в учебной литературе в программе
Конечная концентрация реагирующего компонента А на выходе из реактора мольА/м3 Сак cak 0,6
Среднее время пребывания реакционной массы в трубках трубного пучка c τс tc 31,3
Объем реакционной массы в трубках трубного пучка м3 Vp vp 0,0313
Тепловая мощность химического реактора кВт Q q 0,7426
Расход конденсирую-щегося пара в межтруб-ном пространстве кг/час Gd gd 72,16
Средняя движущая сила процесса теплопередачи °С ∆tcр dt 82,8
Заданная поверхность теплопередачи м2 F F 4,55
Внутренний диаметр труб трубного пучка м dв 0,0275
Теоретическое число трубок - nt nt 13,2
Средняя температура реакционной массы °С tp tp 50,1
Вязкость реакционной массы при средней температуре Па×с μ vi 0,565×10-3
Число Рейнольдса для реакционной массы - Re Re 6169,2
Средняя скорость реакционной массы в трубах м/с Vc vc 0,128
Число Прандтля для реакционной массы - Pr Pr 0,139
Температура ржавчины на внешней поверхности труб оС x x 124,3
Движущая сила процесса теплоотдачи от конденсирующегося пара к ржавчине оС ∆tD dtd 8,6
Удельная тепловая мощность конденси-рующегося пара VI. Результаты расчетов и их графическая интерпретация - student2.ru qD qd 9549,7
Движущая сила процессов теплопроводности через ржавчину, стенку трубки, накипь и солевой камень   оС   ∆tw dtw 3,07
Температура ржавчины, накипи и солевого камня на внутренней поверхности труб со стороны реакционной массы оС   tw tw 121,2
Отношение чисел Прандтля реакционной массы к Прандтлю стенки -   VI. Результаты расчетов и их графическая интерпретация - student2.ru pro 0,664
Число Нуссельта для реакционной массы - Nu nu 5,86
Число Грасгофа для реакционной массы -   Gr gr -
Коэффициент теплоотдачи VI. Результаты расчетов и их графическая интерпретация - student2.ru α al 134,2
Движущая сила процесса теплоотдачи от ржавчины, накипи и солевого камня к реакционной массе   °С   ∆tp dtp 71,13
Удельная тепловая мощность реакционной массы VI. Результаты расчетов и их графическая интерпретация - student2.ru qp qp 9549,7
Разница удельных тепловых мощностей пара и реакционной массы (функция рассогласования) VI. Результаты расчетов и их графическая интерпретация - student2.ru y y -3,5
Средняя удельная тепловая мощность VI. Результаты расчетов и их графическая интерпретация - student2.ru qc qc 9549,7
Относительная разница удельных тепловых мощностей конденсирующегося пара и реакционной смеси - u u 0,00001
Коэффициент теплопередачи, расчетный VI. Результаты расчетов и их графическая интерпретация - student2.ru Kt ktp 115,33
Диаметр кожуха м Dк dk 0,335


VI. Результаты расчетов и их графическая интерпретация - student2.ru

Рисунок 1 - Схема кожухотрубчатого реактора с противоточным движением реакционной массы в трубах трубного пучка и пара: 1 – трубки трубного тучка;
2 – трубные решетки; 3 – корпус; 4 – крышки корпуса.

VI. Результаты расчетов и их графическая интерпретация - student2.ru

Рисунок 2 - Схема изменения температуры реакционной массы (1) и конденсирующегося пара (2) по длине трубок трубного пучка (режим противотока).

VI. Результаты расчетов и их графическая интерпретация - student2.ru

Рисунок 3 - Схемы изменения температур пара, конденсата (1), ржавчины (2) на трубке со стороны пара, стенки (3) трубки, накипи и солевого камня (4) на внутренней стенке трубки и реакционной массы в тепловом пограничном слое (5)

Таблица 3 - Результаты варьирования заданного Kt и расчетного Ktpкоэффициентов теплопередачи

Kt, VI. Результаты расчетов и их графическая интерпретация - student2.ru 115,5 115,4
Ktp, VI. Результаты расчетов и их графическая интерпретация - student2.ru 115,8 115,3 115,33 115,336

Примечание. Варьирование заданного коэффициента теплопередачи Kt проводится до тех пор, пока он не станет равным или несколько меньше расчетного коэффициента теплопередачи Ktp.

Таблица 4 - Зависимость относительной разницы удельных тепловых мощностей у конденсирующегося пара и реакционной жидкости от температуры ржавчины xсо стороны конденсирующегося пара

x, °C 123,8 124,25 124,3 124,3102
у, VI. Результаты расчетов и их графическая интерпретация - student2.ru 433,4 -8,03 -3,505

VII. Содержание отчета.

1. Титульный лист с названием работы.

2. Таблицы исходных и справочных данных и расчетных параметров.

3. Таблица 3 с результатами варьирования заданногоKt и расчетного Ktpкоэффициентов теплопередачи и таблица 4.

4. Рисунки 1, 2 и 3, а также рисунок 4, которые должны быть построены студентами самостоятельно по данным таблиц 3 и 4.

5. Методика расчета с основными расчетными формулами.

6. Выводы по результатам работы, которые должны включать пункты, описывающие рассчитанные технологические параметры (расход, давление и температуру) греющего пара и геометрические параметры кожухотрубчатого реактора (число трубок, их длину, внутренний диаметр, толщину стенок, площадь поверхности теплопередачи и внутренний объем).

Примечание. Титульный лист, таблицы 1 и 2 (без величины параметров), методику расчета с основными расчетными формулами и рисунок 1 студенты должны принести на лабораторную работу подготовленными заранее.

VIII. Вопросы и заданиЯ для самостоятельной работы

1. Почему в кожухотрубчатых реакторах пар подводится в межтрубное пространство, а реакционная масса в трубки трубного пучка?

2. Почему величина средней движущей силы не зависит от направления потоков: прямотока или противотока?

3. Напишите уравнение теплового баланса и получите из него уравнение (5) для расхода конденсирующегося пара. Что в этом уравнении характеризует коэффициент 1,03?

4. Из дифференциального степенного кинетического уравнения VI. Результаты расчетов и их графическая интерпретация - student2.ru получите интегральное кинетическое уравнение (2).

5. Объясните физический смысл удельной теплоты конденсации rd.

6. Объясните физический смысл теплового эффекта эндотермической реакции qt.

7. Что характеризует число Re?

8. Что характеризует число Pr?

9. Что такое число Прандтля стенки?

10. Что учитывает отношение чисел Прандтля к Прандтлю стенки?

11. Выведите формулу (10) для расчета числа Рейнольдса реакционной массы в трубке трубного пучка, исходя из общего выражения для числа Рейнольдса VI. Результаты расчетов и их графическая интерпретация - student2.ru .

12. Выведите уравнение для расчета внутреннего диаметра трубок трубного пучка при известном объеме реакционной массы в трубах и поверхности теплопередачи.

13. Почему на входе в трубку реакционная масса может уменьшать температуру ниже начальной температуры tн, если идет эндотермическая реакция (рисунок 2)?

14. Почему заданный коэффициент теплопередачи Kt может быть несколько меньше (а не больше) расчетного коэффициента теплопередачи Ktp (таблица 3)?

15. Нарисуйте по данным таблицы 3 график зависимости расчетного коэффициента теплопередачи Ktp от заданного Kt. Покажите на этом графике точку в которой Kt =Ktp. Нарисуйте график последнего уравнения (биссектриса).

16. Дайте графическую интерпретацию данных таблицы 4. Объясните как происходит уравнивание удельных тепловых мощностей конденсирующегося пара и реакционной массы.

17. Что характеризует число Грасгофа? Дайте его физический смысл. Для какого режима течения учитывается его значение при расчете числа Нуссельта?

18. Постройте графики зависимости дифференциальной и интегральной кинетической кривых по заданному степенному уравнению VI. Результаты расчетов и их графическая интерпретация - student2.ru и отметьте на последней рабочую точку, соответствующую концентрации реакционной массы на выходе CAK и среднему времени пребывания τс .

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Тимонин А.С. Основы конструирования и расчета химико-технологического и природоохранного оборудования: Справочник. Т.1. – Калуга: Издательство Н. Бочкаревой, 2002. – 852 с.

2. Общие основы химической технологии. Перевод с польского П.Г. Романковым и М.И. Курочкиной. Л.: Химия, 1977, 504 с.

  1. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. 10-е изд., перераб. и доп. – Л.: Химия, 1987.
  2. Смирнов Н.Н., Волжинский А.И. Химические реакторы в примерах и задачах. – Л.:Химия, 1978, 259 с.
  3. Кафаров В.В. Методы кибернетики в химии и химической технологии. – М.: Химия, 1979.
  4. Голованчиков А.Б., Симонов Б.В. Применение ЭВМ в химической технологии и экологии. Учебное пособие. Часть 5. Химические процессы и реакторы. – Волгоград: РПК «Политехник», 1998.

Составители: Александр Борисович Голованчиков

Наталия Александровна Дулькина

Александр Валентинович Ильин

Анжелика АнатольевнаШагарова

Наши рекомендации