1 1и t o — соответственно температура газов на входе |
в |
реактор и температура |
нагрева газов. |
|
|
Как показал расчет, |
|
|
Q r= 114000 к д ж / ч (27240 к к а л |
/ ч |
) . |
Суммарное количество тепла, которое необходимо подвести к реактору:
2 <2= Q i+ Q r= 107000+114000 = 221000 к д ж / ч (52740 к к а л / ч ) .
Энтальпия дымовых газов на выходе из камеры сгорания (при температуре 1100° С) в расчете на 1 н м 3 топлива
Дюо^= 2 VjCjjitr
равна 18100 к д ж / н м 3 (4335 к к а л / н м 3 ) .
Расход топлива определяется из теплового баланса камеры сжигания. Пренебрегая физическим теплом, вносимым воздухом и природным газом:,,
записываем уравнение теплового баланса:
где Кт — расход топлива;Кт ( Q n p |
Qa) — 1,1 2 |
Q - f-/ 1 too Кт, |
1,1— коэффициент, учитывающий потерн |
тепла |
в окружающую среду н с |
охлаждающей водой. |
|
|
|
Имеем |
|
|
|
1,1 2 Q |
2 2 1 0 0 0 - 1,1 |
17,5 н м 3/ ч . |
---------------------- |
- ------------------= |
(Qnp-Qa)-/i<oo |
32000-18100 |
|
Количество продуктов горения после камеры сжигания (табл. 9.1)
2 Кв.г= Кт 2 К,-= 17,5-9,86=173 н м 3 / ч .
Из этого количества используется для реакции
Кд,г=8,65-9,86=85,4 н м 3 / ч .
Остается
Ѵ“сгт= 173—85,4=87,6 н м 3 / ч .
Объем воздуха, подаваемого в камеру сжигания:
Кв = 17,5-8,645= 151 н м 3 / ч .
Рассчитываем теплообмен, гидродинамические параметры, а также опреде ляем размеры реактора н камеры сгорания.
Находим плотность газовой смеси в реакторе (при 900° С по конечному продукту)
рсм = Кео рсо+Кн2PH2+ K N2PN2 = 0,18-0,291+0,231 -0,021 + +0,589• 0,291= 0,229 к г / м 3 .
Динамическая вязкость газовой смеси в реакторе определится в соответствии с формулой (8.12)
0,18•4,69• 10"6• 61,4+0,231 •2,28• 10~6• 8,13+0,589-4,59- ІО-6■59,5
|Асм —
-0,18• 61,4+0,231 • 8,13+0,589 • 59,5
= 4,52-ІО-6 к г - с е к / м 2 .
Плотность продуктов горения в камере сжигания при 1100° С
рсм '=2 Ѵі рі = 0,0869•0,4+0,0108■ 0,248• 0,2• 0,159+0,0088• 0,0177+ +0,693-0,248 = 0,242 к г / л і3.
Их динамическая вязкость
0,0869 • 5,57 • 10 -6 • 115,5+0,0108 ■5,25 • 10~6 ■61,4+0,2 • 5,84 • 10~6 • 108+
,___________+0,0088 •2,57• 10~° • 8,13+0,6934 • 5,06• 10~6 • 59,5__________
“~ 0,0869 ■115,5+0,0108 -61,4-108+0,2 ■108+0,00088 • 8,13+0,6934 • 59,5
=5,36-ІО-6 к г - с е к / м - .
Соответственно кинематическая вязкость в реакторе и камере сжигания:
4,52-ІО-6-9,81
ѵ см = -------— |
------- =193,2-ІО-6 м - / с е к ] ; |
0,229 |
5,36- 1Q-C-9,81 |
Ѵсм — |
= 217,5-ІО-6 м г / с е к . |
0,242
Рассчитываем критерии Архимеда для катализатора в реакторе:
Аг_ |
H Ü . Р ч |
Рг |
_ |
9.81 (М 0~3)3 (2-ІО3—0,229)- _ |
~ |
V3 |
рг |
_ |
|
193,22-10-12-0,229 |
~ |
Числа Рейнольдса, |
соответствующие пределу устойчивости кипящего слоя |
зі ѵносѵ частиц: |
|
|
Аг |
|
2300 |
|
ReHp = |
|
|
=1,395; |
|
|
|
= |
|
1400+5,22 У~Аг |
1400+5,22 У 2300 |
|
|
|
ReyH = |
|
Аг |
|
|
|
|
=48,6. |
|
|
|
|
|
18+0,61 y+Är |
|
В соответствии с найденными значениями ReKp и Reyn определяем скорости начала псевдоожижения и уноса:
|
193.2- ІО-6 |
шКр= 1,395---------------- |
МО-3 =0,27 м / с е к ; |
|
193.2- 10-6 |
а>уН = 4 8 , 6 ------------- |
1 -іо-3 = 9 , 4 м / с е к . |
Число Re, соответствующее оптимальной скорости фильтрации (при которой наступает а Шах), находим по формуле (8.30):
Ar |
2300 |
RepnT — ■ |
= 8,6. |
18+5,22 У Ar |
18+5,22 У 2300 |
Оптимальная (рабочая) скорость фильтрации
8,6-193,2-ІО"6
1,66 м / с е к
1-10-
:нли при нормальных условиях (20° С) w 0 m = 0,387 н м / с е к .
248
Определяем площадь реактора |
|
Fр= |
100 |
= 0,072 м 2 , |
Щонт -3600 |
0,387-3600 |
где Ѵр — производительность реактора.
Конструкцию реакционной камеры выбираем в виде цилиндрической реторты с диаметром
У 0,072-4
--------- =0,3302 м .
л
Наружный диаметр реторты принимаем равным 320 м м (толщина стен
ки 9 м м ) .
Находим скорость фильтрации и размеры камеры сжигания. Камера сжига ния размещена снаружи реактора, имея с ним общую стенку. Ее расчет аналогичен
расчету реактора. Находим критерии Аг и Re0n-r: |
|
. |
g d 2 ( р ,—Pr) |
9,81 ■1 • I0_9-3000 |
9,81-3-IO6 |
=2570- |
A r = |
--------------------------------------------ѵ2рч |
217.52-10-12-0,242 |
= ------------------- |
|
217,52- 0,242 |
|
|
RSODT— |
2570 |
|
2570 |
|
|
= |
--------- |
=9,12. |
|
Тогда |
|
18+5,22/2570 |
|
282 |
|
|
9,12-217,5-10-6 |
|
|
|
|
|
=1,98 м / с е к |
|
|
и>опт=-------------------- |
|
|
|
M O -3 |
|
|
|
или после приведения к нормальным условия W 0 U T =0,424 н м / с е к . Сечение (площадь) камеры сжигания
=0,113 м 2 .
гс^опт*3600 0,424-3600
Суммарная площадь камеры сгорания и реактора
Аобщ= 0,113+0,072=0,185 м 2 .
Определяем наружный диаметр камеры сжигания, имеющий кольцевое сечение:
_ |
~і/ |
ЕоСщ-4 |
D u = |
/ |
------------=0, 4 8 6 м . |
кг |
Г |
я |
Толщина кольца
0,486-0,3
X— ------- = 9 3 м м .
2
Рассчитываем коэффициент теплопередачи и теплоотдающую поверхность (для этого при найденном диаметре реторты нужно найти ее минимальную высоту).
Коэффициент теплопроводности газов в реакторе, подсчитанный по формуле (8.11), составляет 0,12 в т / м - ° К. Коэффициент теплопроводности дымовых газов определяем в соответствии с приложением II, Л д.г=0,108 в т / м ° К (при 1100° С). Коэффициент теплоотдачи от кипящего слоя катализатора находится из выра
жения (8.33):
ama*=35,7 V>'6 p,0'2 d-"-30 |
1 + |
d - \ |
W - 2 , b |
(0,2961°.“ - 1 ) j ; |
|
|
11,71 |
|
|
|
|
|
|
|
amax=35,7 •0,120'°-20000'2-0,001-0'3e |
1-+ |
10-2,5 |
1) j = |
11,7 |
(0,2961°.“ — |
|
|
|
|
|
|
= 670 в т / м г - ° |
К. |
|
|
|
С учетом поправки получим |
|
|
|
|
|
|
ctmas = 0,8 8 - 6 7 0 = 6 0 0 |
в т / м г - ° |
К. |
|
|
Аналогичным образом рассчитываем |
коэффициент теплоотдачи |
со |
стороны |
Т |
8г/,и2-°К. |
|
|
|
|
теплоносителя. Он равен а гаа х = 6 0 8 |
|
|
|
|
Коэффициент теплопередачи |
|
|
|
|
|
|
К |
п"ар |
т |
|
|
|
^ -'р б Т |
|
|
|
l / ö m a x + ІП — |
|
1 /Ctmax |
|
|
|
D |
a u |
|
|
|
|
Поскольку |
|
рст |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Д р » |
|
320 |
|
|
|
|
П “Ч |
~ |
302 |
|
|
|
|
рет |
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
2 - ° к. |
|
|
k= ----------------------SS300 в т / м |
|
|
l/ctmax + 1/Отах |
|
|
|
|
Поверхность теплообмена (боковая поверхность реторты) будет равна |
2 Q |
221000 |
=1,02 V-. |
|
|
К рет — |
|
|
|
|
Д t k |
3600-200-300 |
|
|
|
„ |
|
|
|
3 2 0 + 3 0 2 |
|
может |
Высота реактора (средний диаметр реторты Д Ср.рст = |
------------= 3 1 1 |
м м ) |
быть подсчитана так: |
1,02 |
|
|
|
|
|
/і= |
= |
1,09 м . |
|
|
|
|
|
|
|
3,14-0.311 |
|
|
|
|
Высоту неподвижного слоя катализатора принимаем 0,9 м . Над ретортой сле дует установить сепарационную зону большего, чем реторта, сечения. При этом за счет падения скорости газа уменьшится высота выброса частиц из слоя и их унос. Из конструктивных соображений высоту сепарационнон зоны прини маем 0,6 м .
Определяем гидравлическое сопротивление кипящего слоя катализатора (насыпной вес 1200 к г / м 3 ) :
р = РнасЯ; р = 1200-0,9= 1080 к г / м 2 ,
где
Рпас = Рч(1—Ео) = 1200 к г / м 3 .
Дальнейший расчет генератора заключается в определении остальных пара метров камеры сжигания (аналогично реактору), поверхности и размеров трубча того и контактного холодильников, расчете горелок, трубопроводов, выборе газодувок и т. д.
9.4. ДРУГИЕ ТИПЫ ГЕНЕРАТОРОВ
Кроме описанных выше, в промышленности находят применение и другие типы генераторов для производства контролируемых атмо сфер. В частности используются генераторы для приготовления азотно-водородной атмосферы из аммиака. Продукт получается в результате диссоциации аммиака:
2NH3-^N2+3H 2.
Генератор включает блок диссоциатора-испарителя, в который входит испаритель аммиака, диссоциатор и трубчатый холодильник. В испарителе жидкий аммиак, поступающий из баллонов, испаряет ся при температуре 20—30° С, направляется в диссоциатор, пред ставляющий собой реторту, заполненную катализатором. Реторта обогревается снаружи. Диссоциация происходит при температуре 800—900° С. Азотно-водородная смесь вначале поступает в змеевик: испарителя для подогрева жидкого аммиака, а затем в трубчатый холодильник. Далее атмосфера состава 25% N2 и 75% Н2 направ ляется к потребителю (она применяется для отжига высокохромис тых сталей, спекания металлокерамики и т. д.) или подвергается дальнейшей переработке, которая заключается в частичном ее сжи гании до необходимого количества водорода (4—20% Н2). После сжигания производится осушка газа до необходимой влажности ме тодами, описанными в параграфе 9.2.
Также применяются генераторы для приготовления контроли руемой атмосферы из технического азота. В этих генераторах атмо сфера получается за счет смешивания технического азота с диссо циированным аммиаком, последующей очистки от кислорода и глу бокой осушки. Азот подается в генератор из баллонов или кислород ных воздухоразделительных установок. Атмосферы этого типа близ ки по составу к бедному очищенному экзогазу.
Встречаются установки для очистки и осушки инертных газов, предназначенные для очистки технических инертных газов (напри мер, аргона) от примесей — углеводородов, СО, Н2, N2, кислорода и влаги. Для удаления окиси углерода вначале производится его окисление до С02, а затем очистка от углекислоты. Очистка от 0 2 осуществляется окисью марганца при температуре 180° С, а от азо та — металлическим кальцием при температуре 650° С. Процессы протекают в соответствии с реакциями:
6Мп0 + 0 2= 2Мпз04 ;
3Ca+N2= Са3Ы2.
Очистку газа от примесей водорода производят в реакторе, заполненном окисью меди, при температуре 350° С. Осушку и очист ку от остальных примесей производят методами, рассмотренными в предыдущих разделах.
Генераторы, краткое описание которых приведено в данном
параграфе,— типовые. Более подробное описание и |
техническая |
характеристика установок приведены в работах [73], |
[76], [78], [98] |
и [105]. |
|