Контрольная работа: Розрахунок реактора
💣 👉🏻👉🏻👉🏻 ВСЯ ИНФОРМАЦИЯ ДОСТУПНА ЗДЕСЬ ЖМИТЕ 👈🏻👈🏻👈🏻
2.3.1Розраховуємо кількість сировини на одне завантаження
2.3.2 Розраховуємо обсяг реакційної маси
Контрольна робота з дисципліни "Устаткування галузі і основи проектування ".
Донедавна в розвитку хімічної промисловості переважаючу роль грала розробка принципово нових технологічних процесів. Виникали нові й удосконалювалися старі виробництва, при цьому вони ґрунтувалися на принципово нових хімічних реакціях. В даний час у розвитку хімічної промисловості усе більшого значення набуває удосконалювання апаратури. Нові хімічні апарати мають велику продуктивність, легше обслуговуються завдяки застосуванню автоматики і дозволяють одержувати більш якісну продукцію.
Виникнення сучасних хімічних апаратів багато в чому зобов'язано появі нових матеріалів (металевих і неметалевих): титанових, цирконієвих, теплостійких і корозийностійких керамічних матеріалів, пластичних мас.
Але розвиток хімічної техніки не можна розглядати у відриві від розвитку хімічної технології, точніше – хімічних процесів. Закони діалектики і тут виявляються з найбільшою силою: нові апарати породжують нові процеси. Так народилася плазмохімія, процеси з застосуванням лазерного випромінювання, радіаційна хімія і ін., що характеризуються принципово новими хімічними взаємодіями.
Мета роботи – на основі одержаних теоретичних знань вирішити практичне завдання по розрахунку реактору.
По призначенню і принципові дії устаткування підрозділяють на:
1) машини – механізми або їхнє сполучення, що здійснюють визначені доцільні рухи для перетворення енергії або здійснення роботи (компресори, насоси, дробарки, транспортери і т.д.);
2) апарати – пристрою, призначені для проведення хімічних, фізико-хімічних, теплових і гідромеханічних процесів ( у які механічні процеси відіграють другорядну роль).
По областях застосування і масштабам виробництва устаткування поділяють на:
1) універсальне – типове устаткування, використовуване в багатьох виробництвах хімічної промисловості (компресори, насоси, теплообмінники, фільтри, центрифуги і т.д.) – масове виробництво;
2) спеціалізоване – призначено для одного або декількох близьких по типу виробництв ( абсорбери, випарні апарати, кристалізатори, ректифікаційні колони і т.д.) – випускається не великими серіями;
3)спеціальне – застосовують для проведення одного визначеного технологічного процесу або операції (колони синтезу аміаку, печі випалу колчедана, карбонізаційони колони і т.д.).
По ролі в виконанніпроцесу технологичне обладнання поділяють:
1) основне – машини й апарати, необхідні для проведення хімічних і фізико-хімічних процесів, у результаті яких утворюються цільові продукти. Розміри, форма і конструкція такого устаткування цілком залежать від властивостей матеріалу, що переробляється, умов і часу проведення процесу і продуктивності;
2) допоміжне – до нього відносяться мерники, напірні ємності, сховища і т.д. – тобто устаткування не чинить істотного впливу на технологічний процес і продуктивність. Їхні розміри можна варіювати у визначених межах.
За умовами роботи устаткування поділяють на:
1) періодичної дії – устаткування, у якому порція сировини завантажується в апарат, проходить ряд стадій обробки і потім з апарата вивантажуються всі речовини, що утворилися, у період завантаження-вивантаження апарат простоює. Механізація і автоматизація такого процесу утруднена. Тривалість циклу періодичного процесу завжди більше, ніж безперервної і енергетични витрати вище;
2) безперервної дії – устаткування, у якому надходження сировини і вихід продукції відбувається безупинно або систематичними порціями (напівбезперервної дії) протягом тривалого часу. При цьому немає простоїв устаткування, продуктивність апаратів вище, а енергетичні витрати нижче. В усьому об'ему апарата зберігаються постійні параметри, що дозволяє легко автоматизувати і механізувати процес.
Машини, використовувані в хімічній промисловості, підрозділяють на групи:
1) підйомно-транспортні пристрої – призначені для транспортування сипучих твердих матеріалів або штучних матеріалів у межах цеху або підприємства (транспортери, елеватори і т.д.);
2) Дробильно-розмельні машини – призначені для зменшення розмірів твердих матеріалів (дробарки, млина, бігуни, дезінтегратори);
3) змішувачі – пристрої для механічного перемішування неоднорідних твердих і рідких матеріалів з метою одержання сумішей, суспензій, емульсій;
4) гранулятори і преси – машини для збільшення розмірів часток твердих сипучих матеріалів;
5) класифікатори – машини для поділу твердих речовин за розмиром, щільностію і формою (у залежності від конструкції поділяються на сита і грохота);
6) живильники і дозатори – машини для періодичної або безперервної подачі матеріалів у заданій кількості (у залежності від конструкції і принципу дії поділяються на вагові й об'ємні);
7) машини для растарювання і затарювання матеріалів;
8) машини для транспортування газів (компресори, газодувки) і рідин (насоси). За принципом дії і конструкції поділяються на поршневі, відцентрові, вихрові, ротаційні, струминні і т.д.
Апарати в залежності від величини, що визначає їх продуктивність, поділяють на:
1) об'ємні – продуктивність визначається об'єом, а поверхня тепло- і масообміна істотної ролі не грає;
2) поверхневі - продуктивність визначається поверхнею тепло- або масообміна, а також фільтрації або відстоювання.
По технологічному призначенню апарати підрозділяються на:
1) гідромеханічні, котрі у свою чергу підрозділяються на групи:
- для поділу газових, неоднорідних систем (циклони, пилоосаджувальні камери, бризковловлювачи, тканеві і електрофільтри);
- для поділу рідких неоднорідних систем (відстійники, фільтри, центрифуги, гідроциклони, сепаратори);
- для утворення неоднорідних систем (змішувачі, апарати з киплячим завислим шаром);
2) теплообмінні – в апаратах теплообмін відбувається між різними фазами або різними технологічними потоками;
3) масообмінні – апарати, у яких основним процесом є перенос маси між різними фазами або різними технологічними потоками (абсорбери, адсорбери, десорбери, розчинювачи, кристалізатори, сушарки і реактори для гетерогенних процесів).
Реактори – апарати, призначені для проведення хімічних процесів (зміни молекулярного складу речовин). Їх поділяють на два вида:
1) реактори ідеального змішування (РІЗ) – забезпечують високу інтенсивність перемішування, зміна всіх технологічних параметрів процесу (температура, тиск, концентрація, ступінь перетворення) в усьому об'єму реактора однакова. Як правило це апарати об'ємного типу;
2) реактори ідеального витіснення (РІВ) – перемішування речовин відсутнє, зміна всіх технологічних параметрів процесу в усьому об’єму реактора неоднакова. Це апарати з фільтруючим шаром, трубчасті і шахтні печі.
По технологічному призначенню реактори поділяють на:
1) контактні апарати (конвертори) – для проведення процесів у системі Г – Г с участю твердих каталізаторів;
2) печі – реактори для проведення високотемпературних процесів;
3) реактори для проведення хімічних процесів між рідинами і твердими речовинами;
4) апарати високого тиску, їх виділяють в особливу групу, тому що вони повинні витримувати тиск до 200 МПа.
Будь-яке устаткування повинне задовольняти де яким технологічним і конструктивним вимогам.
1) максимальна продуктивність при мінімальних витратах (матеріалів, енергії, праці на обслуговування). Досягається підбором оптимальної конструкції і режиму роботи, що забезпечує максимальну інтенсивність роботи;
2) стійкість заданого технологічного режиму і основних параметрів процесу (Т, Р, С), точність і зручність регулювання, можливість застосування автоматизації. Забезпечується шляхом правільного вибору конструкції, установкою приладів контролю і регулювання процесу;
3) механізація та автоматизація завантаження і вивантаження;
4) конструкція апаратів повинна задовольняти вимогам техніки безпеки і промислової санітарії. Досягається за рахунок їхньої герметичності та ізоляції.
1) підбор конструкційних матеріалів і підвищення запасу міцності;
2) довговічність і надійність. Розрахунковий термін служби апаратів 10 - 12 років, він може бути збільшений шляхом використання корозійностійких матеріалів, застосування антикорозійних, антіфрікацийних і термостійких покрить і своєчасним ремонтом;
3) конструктивна досконалість. Характеризується малими габаритами і вагою апарата або машини, малої материало- і енергоємністю, а також простотою збірки;
Метою розрахунку є визначення розмірів апарата або числа апаратів при відомих розмірах. На основі заданої продуктивності і матеріального балансу процесу розраховують матеріальні потоки вихідних, проміжних і кінцевих речовин.
Основні розміри апарата – об'єм Yр (м3) або поверхня масо- або теплопередачі F (м2) обчислюють відповідно до норм технологічного режиму (Т, Р, С) за законами кінетики хімічних реакцій, тепло- і масообміну.
Основне рівняння для розрахунку обсягу апарата (або їхнього числа):
де: w - об'ємна продуктивність по реакційній масі, м3/с;
τ – час перебування (тривалість взаємодії) вихідних речовин в апараті для досягнення заданого ступеня перетворення, с;
При розрахунку об'єма апаратів необхідно враховувати ступінь заповнення їх реакційним середовищем. Як правило, апарати для проведення жидкофазных процесів заповнюються не цілком з метою запобігання переливів і гідравлічних ударів. Коефіцієнт заповнення реактора розраховується по формулі:
У залежності від конструкції апарата і типу процесу коефіцієнт складає:
1) мірники, збірники, сховища: 0,85 – 0,9;
2) реактори, розчинники, кристалізатори: 0,75 – 0,8;
3) для процесів, що протікають зі значним піноутворенням: 0,4 – 0,6.
Для підвищення надійності роботи апаратів використовується коефіцієнт запасу продуктивності α , що у залежності від конструкції апарату і типу процесу має наступні величини:
1) для простих апаратів без частин, що рухаються: 1,0 – 1,05;
2) для апаратів з внутрішніми пристроями без частин, що рухаються, працюючих при низьких (середніх) температурах і без тиску: 1,1 – 1,15;
3) для апаратів з швидкообертовими частинами, що працюють при високих температурах і тисках: 1,15 – 1,20.
З урахуванням усіх коефіцієнтів формула для розрахунку матиме вигляд:
Необхідний для визначення поверхні теплопередачі, витрати енергії, теплоносія, утрат тепла в навколишнє середовище і розрахунку теплоізоляції при заданих теплових утратах.
На підставі матеріального балансу апарата і закону збереження енергії складають тепловий баланс апарата з урахуванням усіх джерел підведення і відводу енергії. Крім того обов'язковий розрахунок теплоізоляції, оскільки для більшості апаратів температура їхньої зовнішньої стінки не повинна перевищувати 50 оС.
Необхідний для визначення опору апарату протіканню газу або рідини при заданій потужності і розрахованих габаритних розмірах, а також для визначення розмірів і кількості технологічних штуцерів і патрубків.
Необхідний для визначення потужності привода пристроїв, які забезпечують перемішування і переміщення.
Механічному розрахункові підлягають найбільш відповідальні вузли і деталі апарата, що працюють у самих жорстких умовах під максимальними навантаженнями. . Як правило, це зварені шви обичайок, кришок і днищ апаратів, що працюють під зовнішнім або внутрішнім тиском, трубних ґрат і труб теплообмінників, лопат і валів мішалок і т.п.
У реакторі проводять процес хімічного розчинення твердої речовини "А" у розчиннику "В", узятому в надлишку α ( %) від стехіометрично необхідної кількості. Ступінь розчинення речовини "А" складає Х (%). Час хімічного перетворення τх.р.(година), час завантаження і вивантаження τдоп. (година). Потужність по речовині "А" П (т/рік).
- матеріальний і тепловий баланс для розчинення 1 т речовини "А";
- розрахувати геометричні розміри реактора і вибрати матеріал;
- розрахувати товщину обичайки, днища.
Концентрація сірчаної кислоти, % 30
При розчиненні твердої речовини протікають наступні реакції:
Fe2O3 + 3H2SO4 = Fe2 (SO4)3 + 3H2O (1)
Cr2O3 + 3H2SO4 = Cr2 (SO4)3 + 3H2O (2)
М.в.:Fe2O3 = 160 кг/кмоль; H2SO4 = 98 кг/кмоль;
Cr2O3 = 152 кг/кмоль; Cr2 (SO4)3 = 392 кг/кмоль;
Fe2 (SO4)3 = 400 кг/кмоль; H2O = 18 кг/кмоль.
Розрахунок ведемо на 1 т твердої речовини.
Розраховуємо кількість прореагувавших речовин з урахуванням ступеня розчинення:
Розраховуємо кількість сірчаної кислоти , необхідної для розчинення:
m1 H2SO4 = 616 * 3* 98 / 160 = 1131,9 кг
m2 H2SO4 = 53,1 * 3 * 98 / 152 = 102,7 кг
Сумарна кількість прореагувавшої кислоти:
mH2SO4 = 1131,9 + 102,7 = 1234,6 кг
З обліком 25%-го надлишку необхідно подати кислоти:
mH2SO4 = 1234,6 * 1,25 = 1543,25 кг
Так як використовується 30%-ва кислота, витрата розчину кислоти складе:
m р-на H2SO4 = 1543,25 / 0,3 = 5144,2 кг
mH2O = 5144,2 - 1543,25 = 3600,95 кг
Розраховуємо кількість продуктів, що утворяться в результаті реакції:
mFe2 (SO4)3 = 616 * 400 / 160 = 1540 кг
m1 H2O = 616 * 3 * 18 / 160 = 207,9 кг
m Cr2 (SO4)3 = 53,1 * 392 / 152 = 136,9 кг
m2 H2O = 53,1 * 3 * 18 / 152 = 18,87 кг
mH2O = m1 H2O + m2 H2O = 207,9 + 18,87 = 226,77 кг
Кількість непрореагувавших компонентів:
mH2SO4 непр = 1543,25 - 1234,6 = 308,65 кг
mH2O = mH2O сировини + mH2O з роз-на + mH2O реакц. =
Матеріальний баланс стадії розчинення.
По довідниках термодинамічних величин знаходимо теплоємнисть і ентальпию речовин [6, 7, 8, 9].
Термодинамічні властивості речовин.
Розраховуємо тепловий ефект реакції:
ΔНр1 = ( ΔН Fe2 (SO4)3 + 3 * ΔН H2O) - (ΔHFe2O3 + 3 * ΔHH2SO4) =
= (-2584 – 3 * 285,83 ) - (-882,16 – 3 * 813,99) = -117,36 кДж/моль
ΔНр2 = (ΔН Cr2 (SO4)3 + 3 * ΔHH2O) - (ΔHCr2O3 + 3 * ΔHH2SO4) =
= -3308 – 3 * 285,83 + 1140,56 + 3 * 813,99 = -582,96 кДж/моль
Так як обидві реакції екзотермічні, то теплоту хімічних реакцій записуємо в прихід.
Q р1 = 117,36 * 616 / 160 * 1000 = 451836 кДж
Q р2 = 582,96 * 53,1 / 152 * 1000 = 203652 кДж
Q р = Q р1 + Q р2 = 451836 + 203652 = 655488 кДж
2.Тепло, що приходить з матеріалом Q ф:
Q ф = Q Fe2O3+ Q Cr2O3 + Q H2O + Q H2SO4
Qф = (880 / 160 * 103,76 +90 / 152 * 104,52 + 3630,95 / 18 * 75,3 + 1543,25 / 98* 138,91) * 20 = (570,68 + 61,89 + 15189,48 + 2187,48) * 20 = 360191 кДж
Q прих = Q ф + Q р = 360191 + 655488 = 1075679 кДж
1. Розраховуємо тепло, що уходить з матеріалом Q'ф:
Q'ф= Q'Fe2 (SO4)3 + Q' Cr2 (SO4)3 +Q' H2O +Q' Fe2O3+Q' Cr2O3+Q' H2SO4
Q'ф = (1540 / 400 * 394,5 + 136,9 / 392 * 281 + 3857,18 * 75,3 + 264 / 160 * 103,76 + 36,9 / 152 * 104,52 + 308,65 / 98 * 138,91) * 100 = (1518,8+98,1+16138,1+171,2 + 25,4 + 437,5) * 100 = 1838910 кДж
Q п = Q прих * 0,05 = 1075679 * 0,05 = 53784 кДж
Q витр = Q' ф + Qп = 1838910 + 53784 = 1892694 кДж
Поскільки Q витр > Q прих, тому тепло необхідно підводити.
Q підв = 1892694 – 1075679 = 817015 кДж
реактор хімічний устаткування тепловий баланс
Тепловий баланс стадії розчинення .
По таблиці 2.1 [11] вибираємо сталь високолеговану корозийностійку, жаростійку і жароміцну марки ОХ17Т.
Коефіцієнт заповнення апарата φ 0,7
Коефіцієнт запасу продуктивності α 1,15
2.3.1
Розраховуємо кількість сировини на одне завантаження
Час переробки однієї порції сировини складе:
τ = τ х.р + τдод = 19 + 3 = 22 год.
При роботі апарата 330 днів у рік (з обліком ППР), маса твердої сировини, що завантажується, складе:
m = 200000 * 22 / 330 * 24 = 555,6 кг
З розрахунку матеріального балансу на 1т твердої сировини необхідно подати 5144,2 кг розчина кислоти.
Кількість вихідної сировини на одне завантаження:
m исх.= 555,6 + (555,6 * 5144,2 / 1000) = 3413,7 кг
2
.3.2
Розраховуємо обсяг реакційної маси
ρ тв. сиров. = 5,25 * 0,88 + 5,21 * 0,09 = 5,09 ,г/см 3;
V реакц.= m реаг. / ρ = 0,5556 / 5,09 + 2,8581 / 1,22 = 0,1 + 2,34 = 2,44 м3
V ап = Vреакц. * α / φ = 2,44 * 1,15 / 0,7 = 4 м3.
Вибираємо по таблиці 30.3 [11] зварений вертикальний циліндричний апарат з еліптичним відбортованим днищем і кришкою.
Номінальна ємність апарата Vап.= 4 м3
Повна висота апарата Н в = 2225 мм.
Висота циліндричної частини h= 1800 мм.
Висота рівня середовища, що перемішується, в апараті:
Vд - обсяг днища, м; по таблиці 16.1 [11]
Нж = 1,27 (2,44 - 0,617) / 1,62 = 0,9 м.
По таблиці 28.1 [11] вибираємо рамний пристрій, який забезпечує інтенсивне перемішування по висоті апарату.
Рис.2.1. Схема рамного перемішуючого пристрою.
hм приймається 0,36 від повної висоти апарату:
в приймається 0,07 від діаметру мішалки:
в = 0,07 * dм = 0,07 * 1320 = 92,4 мм.
Розрахункова товщина циліндричної стінки, підданої внутрішньому тискові, визначається по формулі:
ρж = 1,22 * 0,8372 + 5,25 * 0,1432 + 5,21 * 0,0147 + 1 * 0,0049 =1,854 г/см3 = 1854 кг/ м3
ρж = 10 * 1854 * 0,9 = 16690 н/м = 16,69 кПа
По таблиці 13.3 [12] приймаємо коефіцієнт міцності циліндричної стінки
По таблиці 13.1 [12] допустиме напруження
с2 - збільшення на мінусовий допуск по товщині листа, м
S' = 1,6 * 0,118 / (2 * 500 * 1,0 - 0,118) + 3 * 10-3 = 3,19 *10-3 м
(4 - 3) * 10-3 / 1,6 = 0,00063 <0,1
Рис. 2.2. Схема еліптичного відбортованого днища.
Розрахункова товщина стінки днища S', підданого внутрішньому тискові, визначається по формулі:
S ≥ P * R / (2 * φм * [σ] - 0,5 * р) + С, м
де: R - радіус кривизни у вершині днища, м
По таблиці 15.3 [11] коефіцієнт міцності зварних швів:
S = 0,118 * 1,6 / (2 * 0,8 * 500 - 0,5 * 0,118) + 3 * 10-3 = 0,0033 м = =3,3*10-3 м
Товщина днища повинна бути не менш товщини обичайки, розрахованої при φ = 1.
1.Тетереков А.И., Печковский В.В. Оборудование зааводов неорганических веществ и основы проектирования. – Минск, Вышейшая школа, 1981. – 335 с.
2.Расчет и конструирование машин и аппаратов химических производств. Примеры и задачи / Под ред. Михалева М.Ф.- Л., Машиностроение, 1984. – 301 с.
3. Генкин А.Э. Оборудование химических заводов. Издание второе. – М., высшая школа, 1970. – 352 с.
4. Родионов А.И., Кузнецов Ю.П., Зенков В.В., Соловьев Г.С. Оборудование, сооружения, основы проектирования химико-технологических процессов защиты биосферы от промышленных выбросов. Учебное пособие для вузов. – М., Химия, 1985. –352 с.
5. Семидуберский М.С. Насосы, компрессоры, вентиляторы. Изд. 2-е, пер. и доп. – М., Высшая школа, 1961.- 289 с.
6. Краткий справочник физико-химических величин. /Под ред. Мищенко К.П. – Л., Химия, 1967. – 184 с.
7. Наумов Г.Б., Рыщенко В.Н., Ходаковский И.Л. Справочник термодинамических величин./ М.: Атомиздат, 1971. - 405 с.
8. Рябин В.А., Остроумов М.А., Свит Т.Ф. Термодинамические свойства веществ. Справочник./ М.: Химия, 1997. - 370 с.
9. Ефимов А.И. и др. Свойства неорганических соединений. Справочник. – Л., Химия, 1983. – 392 с.
10. Лурье Ю.Ю. Справочник по аналитической химии. Изд. 5-е, рер. и доп. – М., Химия, 1979. – 480 с.
11. Лащинский А.А., Толчинский А.Р. Основы конструирования и расчета химической аппаратуры. Справочник. – М., Машгиз, 1963. – 468 с.
12. Основные процессы и аппараты химической технологии. Пособие по пректированию. Изд. 2-е, пер. и доп./Под ред. Дытнерского Ю.И. - М., Химия. 1991. – 496 с.
Название: Розрахунок реактора
Раздел: Рефераты по химии
Тип: контрольная работа
Добавлен 20:01:58 25 марта 2011 Похожие работы
Просмотров: 296
Комментариев: 15
Оценило: 2 человек
Средний балл: 5
Оценка: неизвестно Скачать
Срочная помощь учащимся в написании различных работ. Бесплатные корректировки! Круглосуточная поддержка! Узнай стоимость твоей работы на сайте 64362.ru
Привет студентам) если возникают трудности с любой работой (от реферата и контрольных до диплома), можете обратиться на FAST-REFERAT.RU , я там обычно заказываю, все качественно и в срок) в любом случае попробуйте, за спрос денег не берут)
Да, но только в случае крайней необходимости.
Контрольная работа: Розрахунок реактора
Доклад по теме О вафлизме
Годовая Контрольная Работа По Географии
Курсовая работа по теме Капитальные вложения и инвестиции в транспортную отрасль
Реферат: Архитектура и скульптура Древней Греции. Скачать бесплатно и без регистрации
Книга Сочинений По Литературе 11 Класс
Сочинение Про Кота Ученого Пушкин
Герои Советского Союза Представители Разных Народов Реферат
Красивые Фразы Для Сочинения
Курсовая работа по теме Теоретические основы проверки использования собственных средств предприятия
Реферат: Курс лекций по Аудиту 2
Реферат по теме Похідні та диференціали функції багатьох змінних
Дипломная работа по теме Эволюция системы представительства интересов в современной России
Коммуникативный Кодекс Реферат
Курсовая работа: Административное наказание
Как Пронумеровать Страницы Реферата В Ворде
Реферат по теме Детство как предмет психологического исследования
Реферат по теме Рана. Признаки. Классификация. Первая помощь
Эссе Даже Самый Удаленный От Общества
Реферат Жазу Үлгісі Қазақша Жоспары
Курсовая работа по теме Творча спадщина Леся Мартовича
Реферат: Предвидение Бакста
Реферат: Арт-терапия
Реферат: Проблемы совершенствования порядка установления, начисления и взимания процентов по кредитам в коммерческих банках (на материалах АКБ «Украина»).