3.1 Материальный баланс проектируемого аппарата

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ДП48.01.01.13.60.22

Разраб.

Рудой В.И.

Провер.

Павлов В.С.

Реценз.

Н. Контр.

Мороз С.И.

Утверд.

Расчеты

Лит.

Листов

ТК ГрГУ гр. ХТНВМиИ 60.09/4

3 Расчёты

3.1 Материальный баланс проектируемого аппарата

Исходные данные:

Производительность по метанолу-сырцу 76000 т/г.

Продолжительность работы колонны синтеза

Производительность колонны синтеза по метанолу-сырцу 9,6 т/ч.

Расход свежего синтез-газа 28000 м³/ч.

Состав свежего газа(% об.):

CO₂ -10,6; CO -15,8; Н₂-71,9; СН₄-0,5; N₂-1,2.

СН₃ОН-70; (СН₃)₂О-0,3; С₄Н₉ОН-0,2; Н₂О-29,5.

3.1.1 Количество свежего синтез-газа на 1 т метанола-сырца(V_CB):

28000/9,6=2917 м³/т

3.1.2 Количество компонентов свежего синтез-газа:

V_(n)=V_{CB (n)} , (3.1)

где V_(n) - оббьем компонента свежего синтез-газа, м³/т;

V_CB - общий оббьем свежего синтез газа, м³/т;

_(n) - обьёмная доля компонента свежего синтез-газа.

V(CO₂) = 2917 = 309,2 (м³/т)

³/т)

₂) = (м³/т)

V(CН₄) = (м³/т)

V(N₂) = (м³/т)

Талица 3.1 - Количество компонентов свежего синтез-газа

Содер- жание	CO2	СО	Н2	CН4	N2	Всего
(м^3/т)	309,2	460,89	2097,32	14,59
% об.	10,6	15,8	71,9	0,5	1,2

3.1.3 Количество компонентов метанола-сырца:

_MC , (3.2)

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ДП 48.01.01.13.60.22

где - масса компонента в метаноле-сырце, кг/т;

_MC - общая масса метанола-сырца, кг/т;

- массовая доля компонента метанола сырца.

V_m/M(n), (3.3)

где - оббьем компонента в метаноле-сырце, (м³/т);

- масса компонента в метаноле-сырце, (кг/т);

V_m - молярный оббьем, л/моль;

M(n) – молярная масса компонента метанола-сырца, г/моль.

m(CH₃OH) = (кг/т)

V(CH₃OH) = ∙ 22.4/32 = 490 (м³/т)

m((CH₃)₂O) =1000 ∙ 0,003 = 3 (кг/т)

V((CH₃)₂O) =3 ∙ 22,4/46 = 1,5(м³/т)

m(C₄H₉OH) =1000 ∙ 0,002 = 2(кг/т)

V(C₄H₉OH) =2 ∙ 22,4/74 = 0,6(м³/т)

m(H₂O) =1000 ∙ 0,295 = 295(кг/т)

V(H₂O) =295 ∙ 22,4/18 = 367,1(м³/т)

Таблица 3.2 - Количество компонентов в метаноле-сырце

Содер- жание	CH3OH	(CH3)2O	C4H9OH	H2O	Всего
(кг/т)
(м^3/т)		1,5	0,6	367,1	859,2
% масс.		0,3	0,2	29,5

3.1.4 Расход свежего газа на образование 1т метанола-сырца (V_P):

Диметиловый эфир образуется по реакции:

2CO + 4H₂ = (CH₃)₂O + H₂O (а)

Учитывая, что при дросселировании продуктов реакции синтеза с танковыми газами отводится 2,5 м³/т, диметилового эфира образуется:

V((CH₃)₂O) =1.5 + 2.5 = 4 м³/т

Принимаем количество метана, образующегося по реакции:

СО + 3Н₂ = СН₄ + Н₂О (б)

равным 90 м³/т.

Бутанола по реакции:

4СО + 8Н₂ = С₄Н₉ОН + 3Н₂О (в)

образуется 0,6 м³/т.

Количество диоксида углерода, восстановленного по реакции:

СО₂ + Н₂ = СО + Н₂О (г)

находим по разности, исходя из баланса воды в цикле.

Количество воды которое образуется по реакции (а), (б), (в):

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ДП 48.01.01.13.60.22

V(H₂O) = V(H₂O)_(a) + V(H₂O)_(б) + V(H₂O)_(в)

V(H₂O) = 4 + 90 + 3∙ 0,6 = 95,8 (м³/т)

В метаноле-сырце воды 367,1 м³/т, следовательно по реакции (г) воды образуется:

V(H₂O) = 367,1 – 95,8 = 271,3 (м³/т)

По реакции (г) СО₂ восстанавливается 271,3 м³/т.

Метанол образуется по реакции:

СО + 2Н₂ = СН₃ОН (д)

В результате расчётов составим сводную таблицу.

Таблица 3.3 - Количество компонентов, образующихся в ходе процесса на 1т метанола-сырца

Реакции	СО2	СО	Н2	СН4	Всего
(а)		2 ∙ 4	4 ∙ 4
(б)			3 ∙ 90	-90
(в)		4 ∙ 0,6	8 ∙ 0,6		7,2
(г)	271,3	-271,3	271,3		271,3
(д)			2 ∙ 490
Всего м^3/т	271,3	319,1	1542,1	-90	2042,5

3.1.5 Количество танковых и продувочных газов определяют по формуле:

V(n)_{Т и ПР} = V_CB – V_P, (3.4)

где V(n)_{Т и ПР} - оббьем танковых и продувочных газов на компонент свежего

синтез-газа, м³/т;

V_CB - объем компонента свежего синтез-газа, м³/т;

V_P - объём прореагировавшего компонента свежего синтез-газа, м³/т.

V(CO₂) = 309,2 – 271,3 = 37,9 (м³/т)

V(CO) = 460,89 – 319,1 = 141,79 (м³/т)

V(H₂) = 2097,32 – 1542,1 = 555,22 (м³/т)

V(CH₄) =14,59 + 90 = 104,59 (м³/т)

V(N₂) = 35 (м³/т)

V((CH₃)₂O) = 2,5 (м³/т)

V _{Т и ПР} = 37,9 + 141,79 + 555,22 + 104,59 + 35 + 2,5 = 877 (м³/т)

Рассчитаем процентное содержание каждого компонента:

w(n) = V(n)_{Т и ПР}/V_{Т и ПР}, (3.5)

где V(n)_{Т и ПР} - объём танковых и продувочных газовна компонент свежего

синтез-газа, м³/т;

V_{Т и ПР} - общий объём танковых и продувочных газов, м³/т.

w(CO₂) = 37,9/877 = 0,0432

w(CO) = 141,79/877 = 0,1617

w(H₂) = 555,22/877 = 0,6331

w(CH₄) = 104,59/877 = 0,1193

w(N₂) = 35/877 = 0,0399

w((CH₃)₂O) = 2,5/877 = 0,0028

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ДП 48.01.01.13.60.22

Таблица 3.4 - Количество танковых и продувочных газов

Содер- жание	CO2	СО	Н2	CН4	N2	(CH3)2O	Всего
(м^3/т)	37,9	141,79	555,22	104,59		2,5
% об.	4,32	16,14	63,31	11,93	3,99	0,28

3.1.6 В соответствии со значениями растворимости газов, исходя из состава танковых и продувочных газов, близкого к составу циркуляционного газа методом последовательного приближения определим состав танковых газов V_T, растворённых в 1т метанола-сырца.

Таблица 3.5 - Количество танковых газов в метаноле

Содер- жание	CO2	СО	Н2	CН4	N2	(CH3)2O	Всего
(м^3/т)	3,8	13,1	16,8		2,1	2,5	45,3
% об.	8,4	28,9	37,1	15,5	4,6	5,5

3.1.7 Состав продувочного газа определяют по формуле:

V_ПР = V_CB – V_P – V_T, (3.6)

где V_ПР – объём продувочных газов, м³/т;

V_CB – объём компонента свежего синтез-газа, м³/т;

V_P – объём прореагировавшего компонента свежего синтез-газа, м³/т;

V_T – объём танковых газов, м³/т.

V(CO₂) = 309,2 – 271,3 – 3,8 = 34,1 (м³/т)

V(CO) = 460,89 – 319,1 – 13,1 = 128,69 (м³/т)

V(H₂) = 2097,32 – 1542,1 – 16,8 = 538,42 (м³/т)

V(CH₄) = 14,59 + 90 – 7 = 97,59 (м³/т)

V(N₂) = 35 – 2,1 = 32,9 (м³/т)

Таблица 3.6 - Состав продувочного газа

Содер- жание	CO2	СО	Н2	CН4	N2	Всего
(м^3/т)	34,1	128,69	538,42	97,59	32,9	831,7
% об.	2,7	15,4	63,2	14,1	4,6

3.1.8 Содержание метанола-сырца в газе на выходе из колонны синтеза, в соответствии с содержанием метанола в конвертированном газе(z₂ = 4% об.):

Z_вых = (859,2 +2,5) ∙ 0,04/490 = 0,703

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ДП 48.01.01.13.60.22

3.1.9 Объём газовой смеси на выходе из колонны синтеза равен:

V_к = 490/0,04 = 12250 (м³/т)

3.1.10 Объём газа после сепаратора:

V_C = V_K – (V_M + V_T), (3.7)

где V_C – объём газа после сепаратора, м³/т;

V_K – объём газовой смеси на выходе из колонны синтеза, м³/т;

V_M – объём метанола-сырца, м³/т;

V_T – объём танковых газов, м³/т.

V_C = 12250 – (859,2 + 45,3) = 11345,5 (м³/т)

3.1.11 Объём и состав газа после продувки:

V_Ц = V_C – V_ПР = 11345,5 – 831,7 = 10513,8 (м³/т)

Определим содержание каждого компонента в смеси:

V(CO₂) = 10513,8 ∙ 0,027 = 283,9 (м³/т)

V(CO) = 10513,8 ∙ 0,154 = 1619,125 (м³/т)

V(H₂) = 10513,8 ∙ 0,632 = 6644,7 (м³/т)

V(CH₄) = 10513,8 ∙ 0,141 = 1482,4 (м³/т)

V(N₂) = 10513,8 ∙ 0,046 = 483,6 (м³/т)

Таблица 3.7 - Содержание каждого компонента в смеси после продувки

Содер- жание	CO2	СО	Н2	CН4	N2	Всего
(м^3/т)	283,9	1619,125	6644,7	148,2	483,6	10513,8
% об.	2,7	15,4	63,2	14,1	4,6

3.1.12 Объём и состав газа на входе в колонну синтеза (V_B.K):

V_B.K = V_Ц + V_CB = 10513,8 + 2917 = 13430,8 (м³/т)

V(CO₂) = 283,9 + 309,2 = 593,1 (м³/т)

V(CO) = 1619,125 + 460,89 = 2080,015 (м³/т)

V(H₂) = 644,75 + 2097,32 = 8742,07 (м³/т)

V(CH₄) = 1482,4 + 14,59 = 1496,99 (м³/т)

V(N₂) = 483,6 + 35 = 518,6 (м³/т)

m(CO₂) = 593,1 ∙ 44/22,4 = 1165,02 (кг/т)

m(CO) = 2080,015 ∙ 28/22,4 = 2600,02 (кг/т)

m(H₂) = 8742,07 ∙ 2/22,4 = 780,5 (кг/т)

m(CH₄) = 1496,99 ∙ 16/22,4 = 1069,3 (кг/т)

m(N₂) = 518,6 ∙ 28/22,4 = 648,25 (кг/т)

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ДП 48.01.01.13.60.22

3.1.13 Объём и состав газа на выходе из колонны:

V(CO₂) = 593,1 – 271,3 = 321,8 (м³/т)

V(CO) = 2080,015 – 319,1 = 1760,9 (м³/т)

V(H₂) = 8742,07 – 1542,1 = 7199,97 (м³/т)

V(CH₄) = 1496,99 + 90 = 1586,99 (м³/т)

V(N₂) = 523,56 (м³/т)

V(CH₃OH) = 490 (м³/т)

V((CH₃)₂O) =1,5 (м³/т)

V(C₄H₉OH) =0,6 (м³/т)

V(C₄H₉OH) =367,1 (м³/т)

m(CO₂) = 321,8 ∙ 44/22,4 = 632,1 (кг/т)

m(CO) = 1760,9 ∙ 28/22,4 = 220,125 (кг/т)

m(H₂) = 7199,97 ∙ 2/22,4 = 642,9 (кг/т)

m(CH₄) = 1586,99 ∙ 16/22,4 = 1133,6 (кг/т)

m(N₂) = 523,56 ∙ 28/22,4 = 654,5 (кг/т)

m(CH₃OH) =700 (кг/т)

m((CH₃)₂O) =3 (кг/т)

m(C₄H₉OH) =2 (кг/т)

m(C₄H₉OH) = 295 (кг/т)

Таблица 3.8 - Сводная таблица материального баланса на 1т метанола-сырца

Компоненты	Газ на входе в колонну синтеза	Газ на выходе из колонны синтеза
кг/т	%	кг/т	%
СО2	1165,02	18,26	632,1	9,77
СО	2600,02	41,54	2200,125	35,18
Н2	780,5	12,45	642,9	10,25
СН4	1069,3	17,30	1133,6	18,35
N2	648,25	10,45	654,5	10,46
CH3OH				11,19
(CH3)2OH				0,05
C4H9OH				0,03
H2O				4,71
Итого

Таблица 3.9 - Сводная таблица материального баланса на 9,6т метанола-сырца

Компоненты

Газ на входе в колонну синтеза

Газ на выходе из колонны синтеза

кг/т

%

кг/т

%

СО₂

11184,192

18,26

6068,16

9,77

СО

24960,192

41,54

21121,2

35,18

Н₂

7492,8

12,45

6171,84

10,25

СН₄

10265,28

17,30

10882,56

18,35

N₂

6223,2

10,45

6283,2

10,46

CH₃OH

11,19

(CH3)2OH			28,8	0,05
C4H9OH			19,2	0,03
H2O				4,71
Итого

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ДП 48.01.01.13.60.22

3.2 Тепловой баланс проектируемого аппарата

Исходные данные:

Температура газа на входе в колонну синтеза t₁ = 225 °C;

Температура газа на выходе t₂ = 280 °C;

Теплоёмкости компонентов СО₂, СО, Н₂, СН₄, N₂ при температуре 240 °C:

с(CO₂) = 0,928 кДж/кг∙град,

с(CO) = 1,050 кДж/кг∙град,

с(H₂) =14,445 кДж/кг∙град,

с(CH₄) = 2,529 кДж/кг∙град,

с(N₂) =1,049 кДж/кг∙град.

Теплоёмкости компонентов СО₂, СО, Н₂, СН₄, N₂, СН₃ОН, (СН₃)₂О, С₄Н₉ОН, Н₂О при температуре 300 °C:

с(CO₂) = 0,943 кДж/кг∙град,

с(CO) =1,053 кДж/кг∙град,

с(H₂) = 14,458 кДж/кг∙град,

с(CH₄) = 2,6 кДж/кг∙град,

с(N₂) = 1,05 кДж/кг∙град,

с(CH₃OH) =0,054 кДж/кг∙град,

с((CH₃)₂O) =0,0034 кДж/кг∙град,

с(C₄H₉OH) =0687 кДж/кг∙град,

с(C₄H₉OH) = 1,908 кДж/кг∙град.

3.2.1 Приход:

3.2.1.2 Количество тепла, вносимое газом:

Q₁ = (m(CO₂)∙c(CO₂) + m(CO)∙c(CO) + m(H₂)∙c(H₂) + m(CH₄)∙c(CH₄) +

+ m(N₂)∙c(N₂))t₁

Q₁ =(11184,192 ∙ 0,928 + 24960,192 ∙ 1,05 + 7492,8 ∙ 14,445 + 10265,28 ∙ 2,529+

+ 6223,2 ∙ 1,049) ∙ 225 = 39833922,9816 кДж

3.2.1.3 Теплоты экзотермических реакций:

Q₂ = m∙q/М, (3.8)

где Q₂ – теплота образования компонента в смеси, кДж;

m – масса образующегося компонента в смеси, кг;

q – теплота образования компонента в смеси, кДж/моль,

М – молярная масса в смеси, кг/моль.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ДП 48.01.01.13.60.22

2СО + 4Н₂ = (СН₃)₂О + Н₂О +214 кДж/моль

Q₂((СН₃)₂О) = 28,8 ∙ 214/0,046 = 133982,61 (кДж)

СО + 3Н₂ = СН₄ + Н₂О +206 кДж/моль

Q₂(СН₄) = 667,201 ∙ 206/0,016 = 8595478,75 (кДж)

4СО + 8Н₂ = С₄Н₉ОН + 3Н₂О + 565 кДж/моль

Q₂(С₄Н₉ОН) = 19,2 ∙ 565/0,074 = 146594,6 (кДж)

СО + 2Н₂ = СН₃ОН +90 кДж/моль

Q₂(СН₃ОН) = 6720 ∙ 90/0,032 = 18900000 (кДж)

Q₂(общ.) = Q₂((СН₃)₂О) + Q₂(СН₄) + Q₂(С₄Н₉ОН) + Q₂(СН₃ОН)

Q₂(общ.) = 133982,61 + 8595478,75 + 146594,6 + 18900000 = 27776055,96 (кДж)

Q_прих = Q₁ + Q₂(общ.) (3.9)

Q_прих = 39833922,9816 + 27776055,96 = 67609978,94 (кДж)

3.2.2 Расход:

3.2.2.1 Количество тепла уносимое газом:

Q₃ = (m(CO₂)∙c(CO₂) + m(CO)∙c(CO) + m(H₂)∙c(H₂) + m(CH₄)∙c(CH₄) +

+ m(N₂)∙c(N₂) + m(CH₃OH)∙c(CH₃OH) + m(CH₃)₂O)∙c(CH₃)₂O) +

+ m(C₄H₉OH)∙c(C₄H₉OH) + m(H₂O)∙c(H₂O))t₂

Q₃ =(6068,16∙0,943 + 21121,2∙1,053 + 6171,84∙14,458 + 10882,56∙2,6 +

+ 6283,2∙1,05 + 6720∙0,054 + 28,8∙0,0034 + 19,2∙0,687 + 2832∙1,908) ∙280 =

= 44202760,43 (кДж)

3.2.2.2 Теплота эндотермической реакции:

СО₂ + Н₂ = Со + Н₂О -42 кДж/моль

Q₄ =2832∙42/0,018 = 6607999,999 (кДж)

3.2.2.3 Потери тепла в окружающую среду принимаем3% от Q_прих:

Q_пот = Q_прих ∙ 0.03 (3.10)

Q_пот = 67609978,94 ∙ 0,03 = 2028299,37 (кДж)

3.2.2.4 Количество теплоты, отводимое из зоны реакции байпасами:

Q_б = Q_прих – (Q₃ + Q₄ + Q_пот) (3.11)

Q_б = 67609978,94 – (44202760,43 + 6607999,99 + 2028299,37) =

= 14770919,15 (кДж)

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ДП 48.01.01.13.60.22

Таблица 3.10 - Сводная таблица теплового баланса

Приход	кДж/ч	Расход	кДж/ч
1. Количество тепла, вносимое газом 2. Теплота экзотер- мических реакций	39833922,9816 27776055,96	1. Количество тепла, уносимое газом 2. Теплота эндотер- мических реакций 3. Потери тепла в 4. окружающую среду 5. Количество 6. теплоты,отводимое из 7. зоны реакции байпасами	4420276,43 6607999,999 2028299,37 14770919,15
Всего	67609978,94	Всего	67609978,94

Рассчитаем основные расходные коэффициенты

Расход синтез-газа на 1 т метанола (согласно матю баланса):

K=V_С.Г. / П, (3.12)

где К - расходный коэффициент, м³/ч;

V_С.Г. - Объём синтез-газа на установку, м³/ч;

П – Производительность установки, т/ч.

К=28000/9.6= 2916,66 (м³/т)

3.3 Технологический расчёт

3.3.1 Определение числа аппаратов:

Производительность 1 м³ катализатора по метанолу-сырцу составляет 0,3-0,5т/ч. Необходимый объём катализатора для обеспечения заданной производительности 9,6 т/ч метанола-сырца составит:

V_{kat(теор.)} = 11,36/0,45 = 25,24 (м³)

Принимая объём катализатора в реакторе, равным 8,9 м³, определим количество реакторов: n = 25,24/8,9 = 2,83. Следовательно, требуется установить 3 реактора.

V_kat(пр.) = 8,9 ∙ 3 = 26,7 (м³)

Так как материальный баланс рассчитывается для всего отделения синтеза метанола, в котором установлены 3 колонны синтеза, то для определения габаритных размеров аппарата и для конструктивного расчёта значения расходов будут делиться на три.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ДП 48.01.01.13.60.22

3.3.2 Определение габаритных размеров аппарата

Определение высоты насадки:

Объёмный расход газовой смеси на выходе из реактора состовляет при нормальных условиях 139191 м³/ч. При температуре Т = 300 + 273 = 573 К и давлении Р = 9МПа, расход газовой смеси составляет:

w_вых = V/3600 ∙ (T ∙ P₀/Т₀ ∙ Р),

где V – объёмный расход, м³;

Т – температура при заданных условиях, К;

Т₀ – температура при нормальных условиях (273), К;

Р – давление при заданных условиях, Па;

Р₀ – давление при нормальных условиях (1,013 ∙ 10⁵), Па.

w_вых = 28000/3600 ∙ (573 ∙ 1,013 ∙ 10⁵/273 ∙ 9 ∙ 10⁶) = 03 (м³/с)

Время пребывания газовой смеси в слое катализатора (при порозности слоя катализатора ε = 0,4):

фиктивное τ_ф = V_kat/w_вых = 8,9/0,3 = 29,6 (с)

истинное τ = τ_ф ∙ ε = 29,6 ∙ 0,4 = 11,8 (с)

Полученное значение времени прибывания соответствует оптимальному технологическому режиму.

Объёмный расход газовой смеси на входе в реактор состоаляет V_вх = 60250 м³/ч. Тогда объёмная скорость газовой смеси равна:

w = V_вх/V_kat

w = 60250/8,9 = 6760 (ч^-1)

Что соответствует условиям проведения технологического процесса.

Высота слоя катализатора в реакторе:

h = V_kat/S,

где S – площадь сечении катализаторной коробки, м².

Принимаем внутренний диаметр носадки реактора D_нас = 906 мм. Тогда:

h = 8.9/(0.785 ∙ 0.906²) = 13.8 (м)

при общей высоте насадки 16,3 м и общей высоте корпуса реактора 18 м.

Рассчитаем диаметр штуцеров

Диаметр штуцера рассчитывается по формуле:

d = ,

где V – объёмный расход продукта, м³/с;

w – скорость движения продукта в штуцере, м/с.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ДП 48.01.01.13.60.22

Диаметр штуцера для входа газовой смеси в нижнюю часть реактора. объёмный расход газовой смеси на входе в реактор при заданных условиях(Т = 60 + 273 = 333 К и Р = 9,0 МПа) будет равен:

V_вх = 2500/3600 ∙ (333 ∙ 1,013 ∙10⁵/273 ∙ 9 ∙10⁶) = 0,04 (м³/с)

Принимаем скорость движения газовой смеси в штуцере w_шт = 5 м/с.

Тогда:

d = = 0,12 (м)

Принимаем штуцер d_у 150 мм.

Диаметр штуцера для выхода парогазовой смеси из реактора.

Объёмный расход газовой смеси на выходе из реактора при заданных условиях (Т = 300 + 273 = 573 К и Р = 9,0 МПа) будет равен:

V_вых = 28000/3600 ∙ (573 ∙ 1,013 ∙ 10⁵/273 ∙9 ∙10⁶) = 0,3 (м³/с)

Принимаем скорость движения газовой смеси в штуцере w_шт = 10 м/с.

Тогда:

d = = 0.195 (м)

Принимаем штуцер d_у 200 мм.

Диаметр штуцера для входа газовой смеси в верхнюю часть реактора.

Объёмный расход газовой смеси на выходе из реактора при заданных условиях (Т = 222 + 273 = 495 К и Р = 9,0 МПа) будет равен:

V_вых = 50000/3600 ∙ (495 ∙ 1,013 ∙ 10⁵/273 ∙ 9 ∙ 10⁶) = 0,25 (м³/с)

Принимаем скорость движения газовой смеси в штуцере w_шт = 20 м/с.

Тогда:

d = = 0.103 (м)

Принимаем штуцер d_у 100 мм.

Диаметр штуцера для выхода байпасного газа в верхней части реактора.

Объёмный расход газовой смеси на выходе из реактора при заданных условиях (Т = 150 + 273 = 423К и Р = 9,0 МПа) будет равен:

V_вх = 2500/3600 ∙ (423 ∙ 1,013 ∙ 10⁵/273 ∙ 9 ∙ 10⁶) = 0,05 (м³/с)

Принимаем скорость движения газовой смеси в штуцере w_шт = 6 м/с.

Тогда:

d = = 0,178 (м)

Принимаем штуцер d_у 200 мм.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ДП 48.01.01.13.60.22

3.3.3 Элементы конструктивного расчёта основного аппарата

Рассчитаем толщину стенки колонны синтеза

Толщину стенки колонны синтеза рассчитываем по предельным нагрузкам ([σ]_В = 233,3 МПа при давлении 9 МПа, Т = 300 °C), по формуле:

s = (P ∙ r/φ ∙ [σ] – 0,5 ∙ Р) + с,

где r – внутренний радиус колонны, м;

φ – коэффициент сварного шва;

с – суммарная прибавка к расчётной толщине, м.

s = (9,0 ∙ 0,5/1 ∙ 233,3 – 0,5 ∙ 9) + 0,001 = 0,021 м

Действительная толщина стенки составляет 0,115 м, что в пять с половиной раз превышает рассчитанную величину 0,021 м.

Расчёт толщины крышки колонны

Толщина крышки рассчитывается по формуле:

Н_З = Н_ЗR + с,

где H_ЗR – расчётная толщина крышки, м;

с – конструктивная прибавка на коррозию(0,0015м).

=0,41·

где D_З = 1,280 м – диаметр окружности центра шпилек;

d₀ = 0.13 м – диаметр шпильки под крепёжную шпильку, м;

D_R – расчётный диаметр уплотнительной поверхности, м;

- сумма хорд отверстий для наиболее ослабленного диаметрального сечения.

D_R = D + (h₁ – h₂/2) ∙ γ,

где tg30 – угол наклона уплотнительной части;

h₁ = 0,12м – высота абтюратора;

h₂ =0.046м – толщина крышки в месте выточки под уплотнение.

1+

=

где d₁ =0.193м; d₂ =0.12м; d₃ =0,07м.

=0,41· м

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ДП 48.01.01.13.60.22

Рассчитаем толщину крышки после конструктивного оформления:

=0,128+0,0015=0,1295м

Дата добавления: 2015-08-28