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
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 |
||||||||||
|
|
|
|
|
SF— І 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° |
|
|
|
|
|
|
2а |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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