Реферат: Спроектировать контактный аппарат для гидрирования бензола в циклогексан
Тепловая нагрузка аппарата - Fа = 1 340 060 Вт.
Средняя разность температур между газовой смесью и паровым конденсатом:
Dtср = 180-158 = 220 С; DTср = 22 К
Рассчитаем теплофизические параметры газовой смеси при температуре 1800 С (453 К) при выходе из реактора первой ступени:
r0 см = mt/Vt = 9843/8441,9 » 1,17 кг/м3
Плотность газовой смеси смеси при давлении 1,8 МПа и температуре 453 К:
rсм = 1,17*[(273*1800000)]/(453*101325) = 12,53 кг/м3
Средняя удельная теплоёмкость газовой смеси:
ссм = 2367/ 1,17 = 2023 Дж/(кг*К),
где 2367 – средняя объёмная теплоёмкость газовой смеси при температуре 1800 С (453 К).
Расчёт динамической вязкости газовой смеси:
| C6 H6 | C6 H12 | H2 | N2 | CH4 | S | |
| j i , % | 1,2 | 15,7 | 43,3 | 39,6 | 0,2 | 100 |
| M r | 78 | 84 | 2 | 28 | 16 | -- |
| j i * M r /100 | 0,936 | 13,188 | 0,866 | 11,088 | 0,032 | 26,11 |
| m i * 107 ,Па*с | 116 | 105 | 117 | 238 | 155 | -- |
| j i * M r /(100* m i ) | 0,00806897 | 0,1256 | 0,0074 | 0,0466 | 0,0002 | 0,18786536 |
mсм = (26,11/0,18786536)*10-7 = 139*10-7 Па*с
Принимаем значение критерия Прандтля для двухатомных газов Pr = 0,72, тогда теплопроводность смеси равна:
l см = ссм * mсм / Pr = 2023 * 139*10-7 / 0,72 = 39,06*10-3 Вт/(м*К)
Объёмный расход газовой смеси при температуре 453 К и давлении 1,8 МПа:
V г = [8441,9/(2*3600)]*[453*101325/(273*1800000)] = 0,11 м3 /c
Площадь сечения трубного пространства реактора Sтр = 0,812 м2 .
Фиктивная скорость газовой смеси в сечении трубного пространства реактора:
w 0 = V г / Sтр = 0,11/0,812 = 0,14 м/с.
Критерий Рейнольдса:
Re = w 0 * dч * rсм /mсм = 0,14*0,0056*12,53/(139*10-7 ) = 707
Критерий Нуссельта:
Nu = 0,813*Re0,9 /exp(6*dч /d) = 0,813*7070,9 /exp(6*0,0056/0,032) = 104
Где d – диаметр трубы, м.
Средний коэффициент теплоотдачи от газовой смеси к стенке трубы:
a1 = Nu*l см /d = 104*39,06*10-3 /0,032 = 127 Вт/(м2 *К)
Коэффициент теплоотдачи от стенки трубы к кипящему конденсату:
k = [1/127+0,00043+1/(5,57*j0,7 )]-1 = (0,0083 + 0,1795**j-0,7 )-1
j = k * DTср = 22/(0,0083 + 0,1795**j-0,7 );
отсюда
0,0083*j + 0,1795**j0,3 – 22 = 0
Находим j методом подбора. Сначала взяли j в интервале от 2000 до 4000, а после уточнения – от 2400 до 2500. Как видно из таблицы искомое значение j равно 2430.
| 2000 | -3,64461 | 2400 | -0,22592 |
| 2100 | -2,78873 | 2405 | -0,18326 |
| 2200 | -1,93369 | 2410 | -0,14061 |
| 2300 | -1,07944 | 2415 | -0,09795 |
| 2400 | -0,22592 | 2420 | -0,0553 |
| 2500 | 0,626923 | 2425 | -0,01265 |
| 2600 | 1,479138 | 2430 | 0,03 |
| 2700 | 2,330762 | 2435 | 0,072648 |
| 2800 | 3,181833 | 2440 | 0,115294 |
| 2900 | 4,032383 | 2445 | 0,157939 |
| 3000 | 4,882444 | 2450 | 0,200582 |
| 3100 | 5,732041 | 2455 | 0,243223 |
| 3200 | 6,581201 | 2460 | 0,285863 |
| 3300 | 7,429946 | 2465 | 0,328501 |
| 3400 | 8,278297 | 2470 | 0,371138 |
| 3500 | 9,126275 | 2475 | 0,413772 |
| 3600 | 9,973896 | 2480 | 0,456406 |
| 3700 | 10,82118 | 2485 | 0,499037 |
| 3800 | 11,66814 | 2490 | 0,541668 |
| 3900 | 12,51479 | 2495 | 0,584296 |
| 4000 | 13,36114 | 2500 | 0,626923 |
Таким образом коэффициент теплопередачи:
k = j / DTср = 2430/22 = 110,45 Вт/(м2 *К)
Необходимая площадь поверхности теплопередачи:
Fа = 1340060/(110,45*22) = 551,5 м2
Запас площади поверхности теплопередачи:
(720-551,5)*100/551,5 = 30,6 %