Визначення теплових потоків в реакторі синтезу

Тепло, яке виділилось в результаті реакції:

Q_н - тепло, яке витрачається на нагрівання газу

m - масові витрати газу

с - питома теплоємність газу при середній температурі

В загальному вигляді:

Перенос тепла відбувається через циліндричну стінку.

Оскільки товщина стінки значна, то коефіцієнт теплопередачі розраховуємо по логарифмічному закону.

Якщо тепловий потік віднесений до внутрішньої поверхні, то:

- коефіцієнти тепловіддачі

d₁,d₂ – внутрішній та зовнішній діаметри циліндричної стінки.

R₁,R₂ - термічні опори забруднень з обох боків.

Якщо тепловий потік віднесений до зовнішньої поверхні, то:

Витрати тепла в оточуюче середовище:

- коефіцієнт теплопровідності стінки апарата.

Теплообмін відбувається при незмінному агрегатному стані, рух вимушений, газ рухається всередині каналу.

Для визначення всіх критеріїв, необхідно мати всі теплофізичні властивості газового потоку:

Весь процес відбувається при постійному тиску

Якщо проходить лише нагрів;

якщо проходить і нагрів, і розширення.

m – маса газу на вході або виході

d_e – еквівалентний діаметр;

f – площа поперечного перерізу каналу;

П – змочений периметр.

Визначаємо режим руху:

1. - ламінарний режим руху

Gr враховує вплив внутрішньої конвекції; враховує початкову дільницю каналу

Коли , топрактично не змінюється

При ; при

- коефіцієнт температурного розширення ()

2. - турбулентний режим руху

- враховує вигнутість труб

R – радіус згину труби

Якщо труби прямі, то , а

- коефіцієнт тепловіддачі за рахунок конвекції;

- коефіцієнт тепловіддачі за рахунок випромінювання

T_ст - температура стінки;

T_п – температура повітря;

С₀ – коефіцієнт випромінювання абсолютно чорного тіла ;

- степінь чорноти, заледить від стану зовнішньої поверхні

для фарбованої зовнішньої поверхні

Коефіцієнт тепловіддачі за умов вільної конвекції.

Різниця між температурою стінки і температурою навколишнього середовища:

–температура зовнішньої поверхні стінки;

–температура повітря.

Коефіцієнти залежать від режиму обтікання стінки колони.

–відбувається плівкова ламінарна течія,при якій ;

< <– ламінарний режим обтікання,;

> – турбулентний режим обтікання,.

Для всіх випадків .Інколи на коефіцієнтне звертають уваги, а приймають

Коефіцієнт тепловіддачі визначаэться з формули:

Коефіцієнт тепловіддачі з урахуванням вітру.

Постановка задачі:

• теплообмін без зміни агрегатного стану;

• поперечне омивання (обтікання)одиночної циліндричної призми.

Характерна особливість:

• в кормовій частині призми утворюються вихори, які зриваються почергово з різних боків.

Визначення режимів обтікання:

,

–швидкість повітря;

–зовнішній діаметр реактора;

–коефіцієнт кінематичної в’язкість повітря.

< 5 – без відривна течія;

–в кормовій частині призми з’являються вихори;

–турбулентне обтікання

Коефіцієнт тепловіддачі визначаэться з формул:

В результаті цього може бути обчислено

Визначення об’єму каталізатора в реакторі синтеза.

Реактор полочний, температура газу на вході в першу полку.

В реактор потрапляє газова суміш в кількості з концентрацією аміака, на виході – в кількостіз концентрацією аміака. Призначимо температуру на виході з полки.

Кількість тепла, яка виділяється при цьому:

–тепло, яке пішло на нагрів.

Визначаємо кількість аміака, яка утворилась на першій полці:

Після визначення кількості аміака складається повний матеріальний баланс першої полки.

Скористаємося рівнянням кінетики синтезу:

–кількість аміака на виході з першої полки;

–вміст аміака на виході з першої полки;

–коефіцієнт пропорційний коефіцієнту швидкості зворотньої реакції;

–об’ємна швидкість газового потоку на виході з полки (кількість газового потоку, яка проходить через за).

Визначаємо об’єм каталізатора:

–об’ємні витрати газової суміші на виході з першої полки (визначається з матеріального балансу першої полки);

Реальний об’єм каталізатора на першій полці:

–уявний об’єм каталізатора, який необхідний для утворення газової суміші з концентрацією аміака .

Вихідні величини першої полки будуть вхідними даними для розрахунку другої полки

Повторюємо всі обчислення і об’єм каталізатора на третій полці. Далі робимо перевірку:

Якщо вони не рівні, то змінюємо температури.

Особливість:

• загальна кількість тепла ділиться на (кількість полок) і тоді цю величину відносять до кожної полки.