6. Розраховуємо кількість циклогексану, що циркулює і завдяки якому здійснюється знімання тепла у реакторі за формулою :

Q₄ = N*r (2.12)

N = Q₄/r*М_цг,

де r – теплота пароутворення циклогексана, r =287,95 кДж/кг; [13]

М_цг = 84 кг/кмоль

N_ЦГ = 1014,4*10⁴/(287,95*84)= 419,4 кмоль/год

Виходячи з матеріального балансу випаровується 623,95кмоль/год циклогексану, а виходячи з теплового балансу для забезпечення оптимального температурного режиму треба, щоб випаровувалося 419,4 кмоль/год циклогексану (нижче, ніж в матерільному).

Висновок: відведення тепла хімічної рекції забезпечено.

2.4. Технологічний розрахунок проектованого апарату

Метою технологічного розрахунку є, насамперед, є визначення кількості одиниць основного устаткування, об’єму кожного апарату (наприклад, реактору синтезу) та його геометричних розмірів (діаметра і висоти), які мають забезпечити випуск заданої кількості продукції. У випадку гетерогенно-каталітичного процесу необхідно також визначити кількість (об’єм ) каталізатору. Для технологічного розрахунку використовують дані матеріального балансу конкретного апарату, інформацію з регламенту про швидкість руху сировини, час контактування та ін.

Об’єм реактору визначають по формулі :

, м³

Де, Vp – об'єм реакційної маси , м³;

0,7 – коефіцієнт заповнення реактора .

Об'єм реакційної маси реактора можна визначити по формулі :

, м³

Де, G – масова витрата рідкої фази, що надходить у реактор, кг/год;

 - час перебування рідкої фази в реакторі, год;

 - газовміст барботажного шару ;

 - густина рідкої фази, кг/м³.

Масова витрата рідкої фази визначаємо з матеріального балансу – потік

G =215520,537 кг/год

Густину рідкої фази можна визначити по формулі розрахунку густини суміші рідин:

, кг/м³

де, _i – густина i-го компонента рідкої фази, кг/м³;

х_і - масова частка i-го компонента в рідкій фазі.

Густину речовин знаходимо в довіднику:

_{циклогексан} = 778,55 кг/м³;

_{циклогексанон} = 947,8 кг/м³;

_{циклогексанол} = 962,4 кг/м³.

Масові частки компонентів визначаємо з матеріального балансу :

Х_{циклогексан} = 0,997

Х_{циклогексанон} = 0,002;

Х_{циклогексанол} = 0,001 .

_ж = 778,55*0,997+947,8*0,002+962,4*0,001 = 787,802кг/м³

Час перебування рідкої фази в реакторі по заводським даним складає

 =25 хв.=0,417 год.

Газовміст визначаємо по формулі :

де _м, _ж – густина газової і рідкої фази відповідно, кг/м³

W_ф - фіктивна швидкість газу, м/с;

 - поверхневий натяг рідкої фази, н/м;

g - прискорення вільного падіння, м/с²;

g = 9,81 м/с²

Поверхневий натяг рідкої фази :

 = 28,53 *10^-3 Н/м

Фіктивну швидкість газу визначаємо з формули масової витрати газу :

, м/с

де G_г– масова витрата газу, кг/год;

d - діаметр реактора, м;

_г - густина газу, кг/м³.

Масову витрата газу визначаємо з матеріального балансу

G_г = 136468,357 кг/год

Густину газу визначаємо по формулі :

, кг/м³

де  – густина компонентів газу, кг/м³;

Густина газу при заданій температурі і тиску визначаємо по формулі :

, кг/м³

Повітря надходить у реактор з температурою Т=428 К, Р=1*10⁶ Па

ρ_N2 = кг/м³

ρ_О2 = кг/м³

Об'ємні частки компонентів газу визначаємо, використовуючи мольні витрати компонентів:

Y_N2 = 72,98 %об.

Y_О2 =27,02 %об.

Густина газу:

_г = 7,87*0,73+8,995*0,27 = 8,17 кг/м³

Вибираємо внутрішній діаметр реактора D=3200мм.

Фіктивна швидкість газу:

Газовміст барботажного шару:

Тоді об’єм реакційної маси:

Об’єм реактора:

Відповідно об’єм реактора V=118м³.

Об'єм реактора базового підприємства 118 м³. Підбираємо такий самий не стандартний реактор і розраховуємо їх кількість .

К = V / V_{реактора} ,

де К – кількість реакторів.

К = 111/ 118 = 0,94 тобто 1 реактор.

Оскільки реактор не стандартний , всі інші параметри теж приймаються відповідно базовим параметрам .

Реактор поз.Р-213 ст."200"

Являє собою вертикальний циліндричний апарат, який розділений сферичними днищами на 4 секції. Об'єм секцій зменшується від першої /верхньої/ до четвертої. В верхню частину реактора подається циклогексан,який переливається з верхньої секції в нижню через переливи. В кожній секції встановлено по 2 кільцевих барботери, в які подається технологічне повітря. Газова фаза з секцій реактора відводиться по спеціальним пристроям, які проходять через секції.

В кожну секцію передбачена подача повітря і азоту. В другу, третю і четверту секції передбачена подача холодного циклогексану для регулювання температури.

Реактор ізольований, оснащений рівнеміром, який розміщений в 4-й секції реактора. Контроль рівня циклогексану в 1÷4 секціях реактора здійснюється за допомогою радіоізотопних сигналізаторів рівня.

Діаметр – 3200 мм .

Висота – 21800 мм .

Місткість – 118 м³ .

Тиск в апараті – 1 МПа .

Максимальна температура 170 ^оС .

Матеріал – 10Х17Н13М2Т