Расчет на эвм кожухотрубного экзотермического реактора идеального вытеснения

Рис.1. Дифференциальная кинетическая кривая химической реакции.

С_а

72

70

68

66

64

62

60

58

56

υ_r

0,53

0,521

0,516

0,51

0,5

0,495

0,482

0,476

0,46

С_а

54

52

50

48

46

44

42

40

38

υ_r

0,42

0,4

0,38

0,361

0,33

0,30

0,26

0,23

0,21

С_а

36

34

32

30

28

26

24

22

20

υ_r

0,19

0,18

0,167

0,155

0,15

0,144

0,14

0,135

0,13

С_а

18

16

14

12

10

8

6

4

2

0

υ_r

0,125

0,12

0,1

0,08

0,06

0,04

0,010

0,005

0,0025

0

С_а

71

69

67

65

63

61

59

57

55

τ

3,77

7,61

11,49

15,41

19,41

23,45

27,6

31,8

36,15

С_а

53

51

49

47

45

43

41

39

37

τ

40,9

45,9

51,17

56,7

62,8

69,5

77,2

85,8

95,4

С_а

35

33

31

29

27

25

23

21

19

τ

115,9

117

129

141,9

155,2

169,1

183,4

198,2

213,6

С_а

17

15

13

11

9

7

5

3

1

τ

229,6

246,3

266,3

291,3

324,6

374,6

574,6

974,6

1174,6

На интегральной кинетической кривой обозначена точка А, соответствующая рассчитанным значениям конечной концентрации С_ак= 7,2

и среднему времени пребывания реакционной массы в реакторе τ_с = 369,7 с.

№

Наименование

параметра

Размер- ность

Обозначение

Величина

в лекциях

в програм-ме

1

2

3

4

5

6

Исходные данные

1

Производительность

м³/час

q_V

qv

1

2

Степень конверсии по основному реагирующему компоненту

-

_А

xa

0,90

3

Массив скоростей реакции

кг/(м³с)

υ_r

vr(i)

см. табл.1

4

Равномерный интервал разбиения дифференциальной кинетической кривой по концентрации

кг/м³

ΔС_A

dсa

2

5

Число точек в массиве скоростей реакции

-

n

n

35

6

Начальная концентрация реагента А

кг/м³

С_АО

са0

72

Справочные данные

1

Молекулярная масса компонента А

кг/кмоль

М_А

ма

112

2

Удельная теплоемкость реакционной массы

кДж/(кгК)

с_Р

ср

3,25

3

Тепловой эффект экзотермической реакции

кДж/кмоль

q_t

qt

89800

4

Плотность реакционной массы при рабочей температуре в реакторе

кг/м³

ρ

ro

780

5

Вязкость реакционной массы при рабочей температуре в реакторе

Пас

μ

υi

0,00065

1

2

3

4

5

6

6

Температура реакционной массы:

- на входе в реактор

- на выходе из реактора

С

t_Н

t_К

tн

tк

20

30

7

Температура хладагента (воды):

- на входе в реактор

- на выходе из реактора

С

t_ХН

t_ХК

tхн

tхк

5

20

8

Удельная теплоемкость хладагента

кДж/(кгК)

c_Х

сх

4,19

9

Толщина стенки труб трубного пучка

м

δ

dw

0,002

10

Термическое сопротивление ржавчины, накипи, солевого камня

r

r

0,0082

11

Теплопроводность реакционной массы

Вт/(мК)

λ_Г

lg

0,58

12

Теплопроводность хладагента (воды)

-

λ_Х

lx

0,68

13

Теплопроводность стальной стенки труб трубного пучка

-

λ_С

lw

46,2

14

Длина труб трубного пучка

м

l

l

6

15

Плотность хладагента при его средней температуре

кг/м³

ρ_Х

rox

956

16

Динамическая вязкость хладагента при его средней температуре

Пас

μ_Х

υix

0,00078

17

Коэффициент вязкости реакционной массы

1/K

а_г

ag

0,067

18

Коэффициент вязкости хладагента

1/K

a_X

ax

0,058

19

Коэффициент объемного расширения реакционной массы

1/К

b_г

bg

0,00125

20

Задаваемый коэффициент теплопередачи (30÷270) [4,стр 175]

Вт/(м²К)

К_t

kt

38,85

Расчетные параметры

1

Конечная концентрация реагирующего компонента А

кг/м³

С_АК

сак

7,2

2

Массив средних концентраций реагирующего компонента А на интегральной кинетической кривой

кг/м³

С_А

сa(i)

см. табл.2

3

Массив времени на интегральной кинетической кривой

сек

τ

t(i)

см. табл.2

4

Среднее время пребывания реакционной массы в реакторе

сек

τ_С

tc

369,6

5

Тепловая мощность реактора

кВт

Q

q

7,387

6

Расход хладагента (воды)

кг/час

G_X

gx

423,13

7

Средняя движущая сила теплопередачи от реакционной массы к хладагенту при прямотоке

К

Δt_C

dtc

12,33

8

Необходимая поверхность теплопередачи при заданном коэффициенте теплопередачи

м²

F

f

15,42

9

Объем труб трубного пучка реактора

м³

V

υ

0,1026

10

Расчетный внутренний диаметр труб трубного пучка

м

d_в

db

0,0266

11

Теоретическое число труб трубного пучка

-

n_T

nt

30,7

12

Диаметр кожуха (корпуса реактора)

м

D_К

dk

0,453

13

Площадь межтрубного пространства, в котором движется хладагент

м²

S_М

sm

0,138

14

Эквивалентный диаметр межтрубного пространства

м

D_ЭМ

dem

0,126

15

Число Рейнольдса для хладагента

-

Re_X

rex

137,6

16

Средняя температура хладагента

C

t_X

tx

12,5

17

Средняя температура реакционной массы

C

t_г

tg

24,8

18

Средняя скорость реакционной массы в трубах трубного пучка

м/с

υ_C

υc

0,016

1

2

3

4

5

6

19

Число Рейнольдса для реакционной массы

-

Re_г

reg

518,8

20

Число Прандтля для реакционной массы в трубах

-

Pr_г

prg

3,64

21

Число Прандтля для хладагента в межтрубном пространстве

-

Pr_X

prx

4,81

22

Отношение чисел Прандтля реакционной массы и стенки в степени 0,25

-

pr0

0,959

23

Число Грасгофа для реакционной массы

-

Gr_г

grg

8,35*10⁵

24

Число Нуссельта для реакционной массы

-

Nu_г

nug

8,74

25

Коэффициент теплоотдачи для реакционной массы

Вт/(м²К)

_г

alg

190,4

26

Удельная тепловая мощность для реакционной массы

Вт/м²

q_г

qg

477

27

Разность температур в ржавчине, стенке, накипи и солевом камне (процессов теплопроводности)

К

Δt_W

dtw

0,02

28

Температура ржавчины, солевого камня или накипи на стенке со стороны реакционной массы

К

X

x

22,33

29

Температура ржавчины, солевого камня или накипи на внешней стенке трубы со стороны хладагента

К

t_W

tw

22,31

30

Число Нуссельта для хладагента в межтрубном пространстве

-

Nu_X

nux

9,14

31

Коэффициент теплоотдачи для хладагента

Вт/(м²К)

α_X

alx

49,1

32

Удельная тепловая мощность для хладагента

Вт/м²

q_X

qx

481

33

Средняя удельная тепловая мощность

Вт/м²

q_C

qc

479

34

Разница удельных тепловых мощностей

-

U

u

-4,42

35

Расчетная поверхность теплопередачи

м²

F_P

fr

15,41

36

Расчетный коэффициент теплопередачи

Вт/(м²К)

К_tp

KtR

38,86

Рис. 3. Схема кожухотрубного реактора с прямоточным движением

реакционной массы в трубах трубного пучка и хладагента:

1 – трубки трубного пучка; 2 – трубные решетки; 3 – корпус;

4 – крышки корпуса.

Вид А

Рис. 4. Схема изменения средней температуры реакционной массы и хладагента поперек стенки трубки:

1 – ржавчина и накипь на внутренней стенке трубки; 2 – стенка трубки толщиной δ; 3 – ржавчина и солевой камень на внешней стенки трубки; 4 – тепловые пограничные слои (ограничены пунктирными линиями).

Рис. 5. Схема изменения температуры реакционной массы (1) и хладагента (2) по длине трубок трубного пучка (режим прямотока).