Т=573К С, Дж/моль∙K
•К
46,719
30,619
29,30
51,377
30,327
102,28
75,231
190,64
36,237
По формуле (4.3) найдем теплоту, поступающую с исходной реакционной cмесью:
Qi=453 • (170,02∙103 ∙44,074 + 2099,35∙103∙30,043 + 11752,82∙103∙29,00 + +530,52∙103∙44,564 +1927,88∙103∙29,814) /3600=61974,92∙103 кВт
По формуле (4.3) найдем теплоту, уносимую с продуктами реакций:
Q3=573∙ (133,2∙103∙46,719 + 1583,06∙103∙30,619 + 10493,61∙103∙29,30 + 519,37∙103∙51,377 + 1638,78∙103∙30,327 + 13,32∙103∙102,28 + 498,11∙103∙75,231 + +266,03∙103∙190,64+42,61∙103∙36,237) /3600 =84305,89∙103 кВт
4.1.2. Теплота химического превращения
Теплота химического превращения состоит из теплоты основных и побочных химических реакций. Теплота химической реакции рассчитывается по закону Гесса:
(4.4)
CO + 2H2 → CH3OH + 90,73 кДж/моль
2СО + 4H2 → (CH3)2O +H2O - 322,0 кДж/моль
CO + 3H2 → CH4 + H2O + 257,0 кДж/моль
4СО + 8H2 → C4H9OH + 3H2O + 568,60 кДж/моль
CO2 + H2 → CO + H2O + 41,2 кДж/моль
Q5=(-12553,76+1191,4 – 795,99 – 42017,96 – 487,64)∙103=-54663,95∙103 кВт
4.1.3. Потери тепла в окружающую среду
По таблице 2.4. [8, с.28] выбираем в качестве теплоизоляции маты минераловатные марки 75. Коэффициент теплопередачи для этой изоляции:
λиз=0,043+0,00022·tср, Вт/м∙град (4.5)
αиз=12,6 Вт/м2∙град [8, c.54]
Температура изолируемой стенки 200 °С.
λиз=0,045+0,0002·130=0,071 Вт/м·град
Толщину изоляции определяем по следующей формуле:
(4.6)
где tст- температура стенки, °С;
tn = 40-45 °С - температура на поверхности изоляции;
t0= (-10,8 + 16,6)/2 =13,7 °С- среднегодовая температура окружающего воздуха для г.Щекино Тульской области.
Теплопотери через изоляцию составят:
(4.7)
где dиз - диаметр (наружный) с изоляцией для реактора без рубашки, м;
dн - наружный диаметр без изоляции, м.
Q4=qиз∙F, (4.8)
где F=0,9 ∙π ∙D ∙Н=0,9 ∙3,14 ∙3,8 ∙16,345 =175,6 м2. Q4 =13991,72 ∙175,6 =2,46∙103 кВт
4.1.4. Тепло, поступающее в реактор с электрообогревом
Q2=Q3+Q4-Q1-Q5 (4.9)
Q2= (84305,89 +2,46 - 61974,92 +54663,95) ∙103 =76997,34∙103 кВт
Таблица 4.2
Тепловой баланс
Приход
Расход
Статья
Количество теплоты, кВт 10-3
Статья
Количество теплоты, кВт 10 -3
Q1
61974,92
Q3
84305,89
Q2
76997,34
Q4
2,46
Q5
- 54663,95
Всего
84308,35
Всего
84308,35
4.2. Механический расчет реактора
Реактор представляет собой вертикальный цилиндрический аппарат с эллиптическими днищами.
4.2.1. Расчет обечайки
Определим толщину стенки сварной цилиндрической обечайки. Материал обечайки сталь 12 НХ.
σВ= 450∙106Н/м2, σТ = 240∙10бH/м2 [9, табл. 2.5]
Проницаемость материала обечайки в среде меньше 0,1мм/год (с1=1∙10 -3 м,с2=0). Допускаемое напряжение для стали 12 НХ по пределу прочности определим по формуле:
(4.10)
nВ= 2,6 [9, табл. 14.4]
η = 1,0 [9, табл. 14.2]
(4.11)
nТ= 1,5 [9, табл. 14.4]
Расчётная величина цилиндрической стенки:
(4.12)
так как то величиной p в знаменателе формулы (4.12) пренебрегаем, тогда
(4.13)
с=с1+с2+с3 (4.14)
где с3=0,8 [9, табл. 2.15]
с=(1 +0 + 0,8) ·10-3=1,8·10-3м
примем S=100мм
Проверим напряжение в стенке обечайки.
Должно выполняться условие [10, с. 393]:
Условие выполнено.
4.2.2. Расчет днища реактора
Одной из рациональных форм крышки для цилиндрических аппаратов является (с точки зрения восприятия давления) эллиптическая форма.
Расчетная толщина днища S, подверженного внутреннему давлению р, определяется по формуле [6, с. 211]:
(4.15)
где hB - высота выпуклой части днища; hB=0,25∙3,6=0,9м
К - безразмерный коэффициент, для днищ без отверстий или при полностью укрепленных отверстиях; К =1,0;
µм - коэффициент прочности радиального сварного шва [9, табл. 15.3]
µм=0,95;
с - прибавка на коррозию, эрозию, минусовый допуск по толщине листа, м (прибавка увеличивается на 1мм при 20mm>S и с>10мм).
Сталь эллиптического днища для обечайки выбираем 12 НХ ГОСТ 5759-57 [9, табл. 2.1]. Допускаемое напряжение для стали 12 НХ по пределу прочности определяем по формуле (4.10).
σв=450∙106 н/м2 , σт=240∙106 н/м2 [9, табл.2.5]
η=1,0 [9, табл.14.2]
nв=2,6 [9, табл.14.4]
Допускаемое напряжение для стали 12 НХ по пределу прочности определяем по формуле (4.11).
nт=1,5 [9, табл.14.4]
Допускаемое напряжение по пределу текучести σд = 160 • 106 Па является расчетным, как наименьшее:
с =(1,8 + 1)·10-3 =2,8)·10-3 м
S=0,069 м
принимаем ближайший размер S=100mm [9, табл. 16.2].
Проверим напряжение в стенке днища. Должно выполняться условие [10, с 393]:
Условие выполнено.
4.2.3. Расчет опорной конструкции
Для аппарата установленного вне помещения на фундаменте выбираем юбочную цилиндрическую опору.
Принимаем толщину стенки опоры S=16mm. Ветровой опрокидывающий момент для аппаратов высотой Н ≤ 20м определится по формуле [9, с. 330]:
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22
