Основы проектирования химических установок - Альперт Л.3.
ISBN 5-06-000508-9
Скачать (прямая ссылка):
§ 5.1. СОДЕРЖАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО РАСЧЕТА
Технологическим расчетом выявляются основные конструктивные размеры оборудования и его потребное количество. Для стандартного оборудования технологический расчет сводится к определению потребного количества оборудования, а для нестандартного — к определению основных конструктивных размеров аппарата и их количества. Размеры аппаратов как периодического, так и непрерывного действия определяются их производительностью.
Методика технологического расчета аппаратов для массообмен-ных, тепловых и других физико-химических и физических процессов рассматривается в курсе «Процессы и аппараты» [7].
Общая методика расчета размеров аппаратов непрерывного действия. Диаметр аппарата непрерывного действия зависит от объемной производительности * и скорости протекания обрабатываемых веществ. Объем (м3) рабочей части (реакционной зоны) аппаратов непрерывного действия
»р = <7сек*, (5Л>
где <7сек — секундная объемная производительность, м3/с; — т — время, необходимое для проведения процесса (реакции), с.
* Производительность аппаратов непрерывного действия относят к единице времени.
Площадь (м2) поперечного сечения аппарата находят из уравнения расхода:
где w — скорость течения среды (обычно бывает известна или ею задаются), м/с.
Определив сечение, находят диаметр (м) аппарата:
0="К4//я. (5.3)
Длина (м) рабочей части (реакционной зоны) аппарата
L = VpJf = WT. (5.4)
Длина (высота) аппарата также зависит от размеров устройств, находящихся в нем, — длины трубчатки, сепаратора и др.
Если аппарат заполнен катализатором или насадкой, то объем (м3) рабочей части аппарата принимается равным объему насадки или катализатора:
Vp = FJa, (5.5)
где Fk — поверхность катализатора или насадки, м2; о—удельная поверхность катализатора или насадки, м2/м3.
Площадь поперечного сечения аппарата с катализатором или насадкой (м2)
/н^сек/М. (5-6>
где а — отношение свободного сечения насадки или катализатора к сечению пустого аппарата.
Длина рабочей части аппарата (м)
L = awFj(qceKo). (5.7)
Так как время реакции т не всегда можно определить точно, в формулу (5.1) вместо времени реакции вводят так называемое фиктивное время реакции или величину, обратно пропорциональную фиктивному времени, — объемную скорость. Объемной скоростью называется количество кубических метров исходного газа, проходящего через 1 м3 катализатора в 1 ч. Объемная скорость выражается в м3/(м3-ч), или ч-1.
Значения фиктивного времени и объемной скорости определяют опытным путем на основании исследовательских работ на лабораторных и полузаводских установках для условий, соответствующих режиму работы проектируемого аппарата. Объемную скорость выбирают в зависимости от давления (или температуры), метода получения исходного газа и допустимого перепада давления в системе. Так, в колонне синтеза аммиака при давлении 32 МПа и отсутствии в газе инертных примесей объемную ско-
рость рекомендуется принимать равной порядка 30 000 ч-1, при наличии инертных примесей — 22 000—25 000 ч-1, а при давлении 50 МПа равной 50 000—60 000 ч-1. В промышленных конверторах метана (в производстве аммиака) при температуре 600—10000C объемную скорость принимают равной 250—400 ч-1.
Объем катализатора определяется исходя из объемной скорости со:
Для целого ряда процессов, кинетика которых достаточно хорошо изучена, объем катализатора рассчитывают по эмпирическим формулам или находят по соответствующим графикам.
Размеры сложных контактных систем рассчитывают по отдельным зонам или участкам. На каждом участке определяют требуемое количество катализатора, принимая в расчет среднее значение объемной скорости.
Порядок расчета аппаратов периодического действия. При расчете аппаратов периодического действия обычно бывают заданы суточная производительность перерабатываемых веществ и время проведения операции — так называемый технологический цикл. Он включает в себя помимо времени, необходимого для проведения самого процесса или реакции, время, потребное на загрузку, выгрузку, продувку, промывку и тому подобные вспомогательные операции.
Общий реакционный объем аппаратов периодического действия при заданном суточном объеме vc перерабатываемых веществ
op = w0 •^/(24«W, (5.9)
где т — время технологического цикла, ч; k — коэффициент запаса производительности; ср—коэффициент заполнения аппарата.
Время технологического цикла
t = t1It2, (5.10)
где Ti — время на проведение собственного процесса (реакции); %г — время на проведение технологических операций, загрузку, нагрев или охлаждение, разгрузку, промывку, продувку и т. п.
Коэффициент запаса производительности
?=8640/Гэф, (5.И)
где 8640 — число календарных часов в году; ТЭф — эффективный фонд времени, или число часов работы аппарата в год. Коэффициент запаса производительности обычно составляет 1,1—1,15.
Значение коэффициента заполнения ф зависит от характера процесса, протекающего в аппарате, и принимается 0,4—0,9. Для аппаратов, в которых в процессе работы повышается уровень реагирующих веществ, например пенообразование, ф = 0,4-і-0,6; в аппаратах с мешалками, где возможно образование при перемеши-
