Файл: Лукьянов, П. И. Аппараты с движущимся зернистым слоем. Теория и расчет.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 24.10.2024

Просмотров: 78

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

на это, их действие в течение большого периода времени приводит к образованию полностью уравновешенных кольцевых элементов с вторичными полостями пониженного давления, в которых форми­ руются компактные глобулы твердых частиц. Важным доводом в пользу данной схемы является возможность объяснения физи­ ческой сущности закона Тициуса—Боде, согласно которому рас­

стояние от оси вращения до

і-й глобулы равно

расстоянию

до

(і-І)-й глобулы, умноженному на постоянный коэффициент

К.

Среднее значение этого коэффициента К — R J R ^ ,

определяемое

по опытным данным, равно

(1,86 + 1,38 +

1,52 + 1,77 +

+ 1,92 + 1,83 + 2,00 + 1,56) = 1,73. Теоретическое значение коэффициента К определяется отношением длин отрезков 0СХ

иОС0 (см. рис. 82). Используя формулу (39), находим СіС0 =

=0,41 і?о и, следовательно, К = OCJOC0 — 1,69. Как видно, расхождение между теоретическим и опытным значениями коэф­ фициента К не превышает 2,5%.

Важно отметить, что положение границы СоСб- • • (см. рис. 82)

в сферическом аппарате с зернистым слоем также определяется

спомощью закона Тициуса—Боде. Как было показано выше, теоретическое значение величины СгС0 — 0,417?0 удовлетвори­ тельно совпадает с опытным значением, равным 0,45і?0. Расхожде­ ние между этими данными уменьшается, если ввести необходимую

сфизической точки зрения поправку, учитывающую неодинако­ вое для оболочки и ядра относительное сжатие Aviv зернистого слоя при переходе от исходного рыхлого состояния (с порозностью е = 0,476) к конечному состоянию сплошного слоя со средней плотностью ядра и оболочки у и у + Лу.

Принимая коэффициент объемного сжатия ß = ІО'6 и опыт­ ные значения у и Ду, можно показать, что действительное значе­ ние величины CXCQлежит между 0,41 0 и 0,45/?0.

По X. Альвену, в облаке с низкой концентрацией частиц дей­ ствуют гравитационные и магнитные силы. Заменяя в формуле (29) коэффициент трения коэффициентом поперечного взаимодействия,

на основе анализа уравнений, аналогичных уравнениям (38) и (39), приходим к выводу о возникновении конвекционных зон, сход­ ных с показанными на рис. 82.

Конвекция усиливает радиальные диполи магнитного поля и способствует образованию трех-пятирукавных спиральных си­ стем. Преимущественное образование общего поля с центральным пиполем проявляется в большей распространенности двухрукав­ ных спиральных систем.

Положение наиболее характерных ветвей в спиральных си­ стемах удовлетворительно согласуется с законом Тициуса. .При­ менение этого закона к еще более сложным комплексам (с учетом того, что интенсивно действующие конвекционные зоны возни­ кают на периферии зарождающихся кольцевых структур) при­ водит к объяснению механизма удаления элементов комплекса

156



друг от друга. Кажущееся изотропное расширение комплекса характеризуется постоянной Хаббла, определяемой с помощью закона Тициуса при соответствующем выборе продолжительности основного периода формирования структуры комплекса.

ЗАДАЧА ОПТИМАЛЬНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ РЕАКТОРОВ С ДВИЖУЩИМСЯ СЛОЕМ ГРАНУЛИРОВАННОГО КАТАЛИЗАТОРА

Данная задача возникает на стадии проектирования промыш­ ленного агрегата, когда из множества возможных сочетаний тех­ нологических и конструктивных параметров необходимо выбрать один, в определенном смысле наилучший.

Понятие оптимальности является весьма сложным и включает в себя ряд факторов, не поддающихся четкой формализации. К их числу относятся, например, факторы, связанные с условиями труда и техникой безопасности. Поэтому оптимальным вариантом обычно считается такой, при котором достигается наивысшая экономическая эффективность затрат общественного труда.

Количественным показателем технико-экономического эффекта в общем случае может служить разность между доходом от реали­ зации целевого продукта

Д= п ц г

исуммарными приведенными затратами

т. е. величина

3 = Д — М = (Ц1— Э1) П --- ---

1ок где Ц 1— цена единицы продукта в руб/т; Э х — себестоимость

единицы продукта

в

руб/т; П — производительность агрегата

по целевому продукту

в т/год; Ток — нормативный срок оку­

паемости в годах;

К — капитальные затраты в руб.

Для заданной конструкции агрегата, вида сырья и способа осуществления процесса задача оптимизации сводится к опреде­ лению численных значений технологических и конструктивных параметров, при которых величина 3 максимальна.

Если производительность агрегата к целевому продукту фиксирована (Я = const), в качестве критерия оптимальности используется величина приведенных затрат

м = 9 J I + -

- — Э +

(81)

 

' ОК

1ок

где Э — себестоимость всего продукта в руб/год.


Рассмотрим прямоточный цилиндрический реактор (рис. 86), в который непрерывно подается нагретый гранулированный тепло­

носитель и газообразное сырье. Охлажденный

теплоноситель

выводится через сборное устройство 6, газообразные продукты

реакции — через

колпачковые

эле­

менты

7.

 

 

 

 

 

При заданной нагрузке G реак­

тора по сырью необходимый объем VR

реакционной зоны с потоками

иде­

ального вытеснения по газовой и

твердой

фазам

при изотермическом

режиме процесса определяется с по­

мощью

кинетического

 

уравнения

 

 

de

= kcn

 

 

 

 

dT

 

 

 

 

где

с — концентрация

перерабаты­

ваемого

сырья;

 

k — константа

ско­

рости;

т — порядок

реакции;

т —

время.

 

 

 

 

 

 

Рис.

86. Прямоточный аппарат для контак­

тирования газов

с гранулированным

мате­

 

риалом в движущемся слое:

 

1 — ввод

гранулированного

катализатора;

2

ввод

газообразного

сырья; 3 — вывод катали за ­

тора;

4 — вывод газообразных

продуктов

р еак ­

ции;

5 — распределительное

 

устройство;

6 —

 

сборное устройство;

7 — патрубки для ввода газа

Интегрирование

этого уравнения при

начальном

условии

т = 0, с = с0 (начальная концентрация сырья) и т = 1

(реакции

первого порядка)

приводит

к выражению

 

 

 

Т =

ф і п ^ - .

 

(82)

Учитывая, что

 

 

 

 

где Fc — объемный расход сырья при рабочих условиях, получим

Величина Fc определяется при среднем давлении в реакцион­ ной зоне

Рс = 4 ~ (р1 + Рі) = р^ + Ар’

где р 1 и р 2— соответственно давление газа на входе в зернистый слой и на выходе из него.

158


Если при нормальных условиях (р — 1 кгс/см2, t — 0° С объемный расход газа равен F, то при среднем давлении рс и тем­ пературе t величина

 

 

 

Р

___

F (273 +

О _

22,4G

(273 +

t)

 

 

 

 

с —

рс

273

MFpc

273

 

где

М р — молекулярный

вес газа;

22,4 — объем 1 кг моля

газа

при

нормальных

условиях.

 

 

 

 

 

 

В тех случаях, когда константа скорости не известна, для

расчета величины

VR используют значение объемной скорости

 

 

 

 

 

SFІ л —

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Vr ~

X ’

 

 

определяемой

экспериментально.

 

 

 

 

и

Известной

величине VR соответствует множество значений D

Н,

удовлетворяющих

равенствам

 

 

 

 

 

Vr = - t l H1 =

 

 

=

яDi

 

(83)

 

 

4 ^ 2 =

- j - Нп — const.

Оптимальное соотношение между Н и D определяется из усло­ вия минимума функции (81). Для определения величины капи­ тальных затрат на изготовление цилиндрического корпуса с полу­ сферическими крышками С. П. Николаев предложил использо­ вать выражение

К = ех (nD8хНу + jiD262у),

где ех — стоимость материала, из которого изготовлен аппарат; у — удельный вес материала; бх и 62— соответственно толщина стенки цилиндрического корпуса и полусферической крышки-

Для

упрощения

расчетов

принимаем

 

 

к

_ к

__ к __

РіР __

(Ра ~Ь Ар) D

где о — допускаемое

напряжение;

Ар = рг — р 2 — гидравли­

ческое сопротивление зернистого слоя.

При

Ар 4С р г влияние

гидравлического сопротивления на

толщину стенки можно не учитывать, т. е. принять

 

 

 

 

 

б

Р2°

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Так

как

Н =

wr,

 

 

 

 

где w — средняя линейная скорость газового потока, т о ,

 

К

e1nD2p2Hy

е1яД 3р2у

= e[D2H + e\D\

 

Ток

2аГок

 

 

 

где

 

 

 

 

'

ехлр2у

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

2аГок

159