Устойчивость работы реактора

Одним из основных параметров, характеризующих технологический процесс в реакторе, является устойчивость выбранного режима. Режим работы устойчив, если отклонения, вызванные какими - либо возмущениями, самопроизвольно исчезают после их устранения.

При отсутствии регулирования в устойчивом режиме температура процесса будет самопроизвольно восстанавливается, а в неустойчивом – безгранично расти, приводя в итоге к аварийному состоянию системы.

Температурный режим процесса

Изменяем температуру реакционной смеси на входе в реактор на 5 ⁰С:

T, C	Tmax, C
135	189,83
140	194,81
145	199,48

Температура не должна превышать 211⁰С

Изменяем соотношение исходных реагентов на 10 %:

1/В	Tmax, C
1/18	200,51
1/20	194,81
1/22	190,09

Результаты оптимизации

Давление в реакторе Р=1.6 МПа

Полученные параметры режима:

Мольное соотношение исходных реагентов: ОП : Н2О=1 : 20

Температура реакционной смеси на входе в реактор : 140⁰С

Конверсия: 0.9999

Селективность по ПГ : 0.895

Диапазон допустимого изменения технологических параметров

1.Соотношение ОП:Н₂О – от 1/18 до 1/22

2.Температура входа реакционной смеси -140_+5⁰С

8 . Расчет основного технологического оборудования.

8.1 Расчет теплообменника т1

В т/о 1 из смесителя поступает исходная смесь,содержащая :

Gоп=0,2960 кг/с ;Gвод=1,8345 кг/с

с температурой 20 С и нагревается до 90 С

Gсм=2,1305 кг/с

Тепловая нагрузка аппарата :

Q=Gсм*Cp_см* (tк-tн)

Cp_см =3,7962 кДж/кг*К

Q=2,1305*3,7962*(90-20)=566,15 кВт

Греющий пар имеет следующие параметры:

P=1.4 кгс/см²t=108.7⁰C

r108.7 =2237 кДж/кг

Gпара=Q/r108.7

Gпара=566,15/2237=0.25 кг/с

средняя разность температур:

108.7

20 90

t_сp =(t_б -t_м)/ln t_б /t_м

t_сp =(88.7-18.7)/ln88.7/18.7=45⁰C

Примем К=1000 Вт/м^2*K

Требуемая поверхность теплообмена:

F=Q/( К*t_сp)

F=566,15*10^3/(45*1000)=12.6 м^2

С учетом запаса 15%: F=1.15*12.6=14.5 м^2

8.2. Расчет теплообменника т2

В т/о исходная смесь, подогретая до 90⁰Cподогревается частью

реакционной массы выходящей из реактора до 140 С

tн=90Ctк=140C

Gсм=2,1305 кг/с

Будем считать что 85% р/массы с температурой 195 С идет на

обогрев исходной смеси

G=,85*2,1305=1,8109 кг/с

Тепловая нагрузка аппарата :

Q=Gсм*Cp_см* (tк-tн)

Cp_см =3,8597 кДж/кг*К

Q=2,1305*3,8597*(140-90)=411,2 кВт

2,1305*3,8598*(140-90)=1,8109*3,9131*(195- tк)

tк=138С( т.е. р/масса охлаждается до 138⁰С

средняя разность температур:

90 140

138 195

t_сp =(t_б -t_м)/ln t_б /t_м

t_сp =(55-48)/ln55/48=51,4

Примем К=200 Вт/м^2*K

Требуемая поверхность теплообмена:

F=Q/( К*t_сp)

F=411,2*10^3/(51,4*200)=40,4 м^2

С учетом запаса 15%: F=1.2*40,4=48,5 м^2

8.3 Расчет сепаратора с1

После т/о часть смеси пошедшей на подогрев исходной смеси

с G=1.8109 кг/с иt=138⁰С

смешивается с другой частью (G=0.3196 кг/с иt=195⁰С)

и в результате температура потока будет равна 146 ⁰С

((273+138)*3,809*1,8109+(273+195)*3,977*0,3196=(273+t)*2.1305*3.839)

Дросселем давление сбрасываем до атмосферного,при этом давлении

температура кипения смеси равна 100 ⁰С.Т к 100⁰С ниже 146⁰С,

следовательно часть жидкости превратиться в пар,который отделяется в

сепараторе.В сепаратор поступает смесь состоящая из воды

G_В=1.7477 кг/с и пропиленгликоляG_ПГ=0,3828 кг/с (т.к у нас

G_ПГ=0,3742 кг/сG_ДПГ=0,0338 кг/сG_ТПГ=0,0018 кг/с

Х_ПГ=90,7% можно для простоты расчетов принять что свойства смеси гликолей

такие же как свойства пропиленгликоля)

Х_ПГ=0,3828/2,1305=17,97%(масс)

G_В=1.7477 кг/сF_B=97.0944 моль/с

G_ПГ=0,3828 кг/сF_ПГ=5,0309 моль/с

Х_ПГ=4,93% (мольн)

При t=100⁰С Ср_см=3,756 кДж/кг*К

Теплота пошедшая на парообразование :

Q=G* Ср_см*t=2.1305*3.756*(146-100)=368.1 кВт

Испаряется оксид пропилена (он у нас в незначительных количествах)

и вода. Кол-во испарившейся воды: G_п=Q/r_п

r_п=2260 кДж/кг*К (t=100⁰С) [3, с 550]

G_п=368.1/2260=0.163 кг/с

Массовый расход образующегося пара составит

Х_{обр п}=0,163/2,1305=0,076=7,6% от массового расхода реакционной

смеси.

В первом приближении можно принять :

Газовая фаза –водяной пар G_п=0.163 кг/сt=100⁰С

Жидкая фаза G_ПГ=0.3828 кг/сt=100⁰С

G_В=1,7477-0.163 =1,5847 кг/с

F_B=88,0398 моль/сF_ПГ=5,0309 моль/с

Х_ПГ=5,4% (мольн)

Для Х_ПГ=5,4% (мольн) температура потоков на выходе из сепаратора принята

правильно, следовательно потоки рассчитаны верно.