Задача 2.

Рассчитать необходимую поверхность теплообмена для проведения реакции в аппарате периоди­ческого действия типа котла.Сравнить поверхность теплообмена с выбранным по каталогу аппаратом.

Исходные данные для решения задачи приведены в табл. 2, в которой используются следующие условные обозначения:

V_c- суточная производительность аппарата в м³;

K_i- константы скорости реакции;

τ - вспомогательное время работы реактора в час;

n- число реакторов;

q-удельная теплота экзотермической (+), эндотермической (-) реакции, кДж/кг;

Т_р- температура реакции в °К;

К - коэффициент теплопередачи в Вт/(м²·град);

χ- степень превращения реагирующего вещества при начальной его концентрациих₀ = 1;

ρ -плотность реакционной массы в кг/м³.

Vc	Порядок реакции	τв	Кi	n	q	Tp	χ	ρ	отпара	к воде
13,5	1	3	0,2	3	302	383	0,8	920	195	175

Решение

При степени превращения χ = 80% конечнаяконцентрация реагирующих веществ x_k=20%. В соответствиис уравнениями (III. 4[4]) для реакции 1 порядка имеем

τ_р = 2,3lg(х₀/х)/K₁= 2,3lg(1/0,2)/0,2 = 8,04 ч.

Коэффициент полезного действия периодически действующего реактора

η =τ_р/τ_ц = τ_р/(τ_р+τ_в) = 8,04/(8,04+3) = 0,73.

Объем реакторапри степени превра­щения χ=80%и коэффициенте заполнения аппарата φ = 0,8:

V_p =V_c·8,04/(η·n·24·φ) =13,5·8,04/(0,73·3·24·0,8) = 2,59м³.

Тепло, выделившееся в процессе реакции:

Q_p = q·V_p·φ·ρ·(x₀-x) = ····(1-) = кДж.

Т.к. реакция экзотермическая, то теплопередача идет к воде.

Поверхность теплообменных элементов реактора, обеспечи­вающая отвод (подвод) реакционного тепла, определяется по фор­муле

F = Q/(K·ΔTcp)

Средняя разность температур при охлаждении до 40°С (313°К)

ΔTcp = T_p-(θ₁+θ₂)/2 = -(+)/2 = °K.

Поверхность теплообменных элементов реактора

F = /(305·) = м².

Выбираем теплообменный реактор

Τип IIIΡΤ: аппарат с рубашкой и трубой, передавливание нижнее, днище сферическое.

Емкость номи­нальная3,2м³, расчет­ная3,168м³.

Основные размерыдиаметр внутрен­него сосуда1400 мм, высота 1800 мм.

Фактическая поверхность теплообмена аппарата с рубашкой

F = πDH·φ+F_д = π·1,4·1,8·0,8+π·1,4²/4 =9,15м³.

Выбираем реактор с номи­нальной емкостью V_H = 5м³.

Задача 3.

Определить объем и основные размеры (длину и диаметр) трубчатого реактора вытесняющего действия для проведения в нем жидкофазного непрерывного реакционного процесса. Условно считать вязкость и плотность реакционной смеси постоянными по всей длине реактора. Критерий Рейнольдса принять Re = 3000.

Производительность Gч = кг/ч;

Плотность ρ = 1,05кг/л;

Доля превращения α = 0,75%;

Длительно­сть реакционного процесса τ = 25мин;

Вязкость реакционной смеси μ =Н·с/м².

Решение

Принимаем коэффициент заполнения φ = 1.

По формуле (III. 33[4]) находим

V = V_min·τ/(1-α)= Gч·τ/[60·ρ·(1-0,0075)] = ·25/(60·1,05·0,9925) = л.

V_min=V/τ = /25 = л/мин.

При Re = 3000, находим

F = = = дм².

d = = = дм ≈ 100 мм.

L = V/F = / = 96,2м.