ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Методика расчета контактных аппаратов с промежуточным теплообменом из "Катализ в производстве серной кислоты" При проектировании контактных аппаратов обычно задают производительность, состав газовой смеси или обжигаемого сырья, конечную степень превращения, допустимое гидравлическое сопротивление и свойства катализатора (значения констант скорости реакции, размер зерен, насыпной вес). [c.287] В результате расчета должны быть определены начальные и конечные температуры и конечные степени превращения для всех стадий, объемы катализатора в отдельных слоях, основные размеры аппарата (диаметр, высота отдельных поясов), поверхность и основные размеры промежуточных теплообменников, температура газа на входе в аппарат. [c.287] Определение температур и степеней превращения в отдельных сдоях катализатора. Легко убедиться, что даже при заданных конечной степени превращения и числе стадий существует бесконечно большое число способов распределения температур и изменений степени превращения между отдельными слоями катализатора. Из всех возможных вариантов необходимо выбрать наиболее выгодный, т. е. обеспечивающий минимальный расход катализатора. [c.287] Условия (VIII, 4) означают, следовательно, что скорости реакции в конце каждого этапа и в начале следующего должны быть одинаковыми. Или, другими словами, максимальная интенсивность процесса отвечает равенству степеней использования катализатора в конце каждого данного этапа контактирования и в начале следующего. [c.288] Это означает, что при изображении процесса на диаграмме t—х концы горизонтальных отрезков, отвечающих промежуточному охлаждению газа между отдельными стадиями, должны лежать на кривых одинаковой степени использования катализатора. [c.288] Степень использования катализатора в конце каждого слоя больше, чем начале. Максимальная интенсивность процесса достигается не при одинаковой степени использования катализатора во всех слоях, а при определенном увеличении степени использования при переходе от начальных слоев кстализато-ра к конечным. [c.290] Качественно такой вывод следует из того, что для одинакового изменения степени превращения в последних слоях требуется большее время соприкосновения (большая затрата катализатора), чем в первых. Поэтому для последних стадий целесообразно создавать более выгодные температурные условия, чем для первых стадий. [c.290] Значение последнего выражения позволяет найти точку О, соответствующую концу второго слоя катализатора. Через точку О проводится горизонтальная прямая, изображающая охлаждение газа после второго слоя, в конце которой (точка Е) степень использования катализатора должна быть такой же, как и в точке О. Построение продолжается таким способом далее до достижения заданной конечной степени превращения х . Если число стадий проведенного графического построения не соответствует заданному, построение повторяют, изменив конечную степень превращения в первом слое. Если полученное число стадий больше заданного, х, следует увеличить если число стадий меньше заданного, X, нужно уменьшить. [c.291] С точки зрения использования катализатора температуру газа на входе в первый слой катализатора целесообразно было бы поддерживать выше 440°, особенно при большом числе стадий. От принципа достижения максимальной скорости реакции приходится, однако, отступать, чтобы уменьшить перегрев в конце первого слоя, снижающий срок службы катализатора. [c.292] Дальнейший расчет удобно проводить в следующем порядке. [c.292] Составление материального баланса. Составление материального баланса производится для определения количества газа, подлежащего переработке, и его свойств (плотности, теплоемкости и др.). [c.292] Определение площади сечения контактного аппарата. Это определение основывается на соблюдении заданной предельной величины гидравлического сопротивления. В аппаратах с промежуточным теплообменом на долю катализатора приходится около 60—70% от сопротивления всего аппарата. [c.292] Для различных слоев меняётся объем катализатора v , температура Т, а следовательно, и коэффициент вязкости газа f. Изменение давления невелико, и можно пользоваться усредненным значением для всего аппарата. Для газовых смесей обычной концентрации можно также не учитывать и изменение плотности газа Ifo при нормальных условиях. [c.293] По площади сечения может быть рассчитан диаметр аппарата и высота отдельных слоев катализатора с помощью уравнения (VIII, 10). [c.293] Составление теплового баланса. Этот баланс составляется с целью определения температуры газа, входящего в аппарат. Потери тепла вовне обычно эквивалентны изменению температуры газа на 8—12 . [c.293] Определение поверхности промежуточных теплообменников. Для расчета пользуются обычными формулами теплопередачи. Известными являются температуры входящего в теплообменник и выходящего из него горячего газа и температура холодного газа, входящего в теплообменник, расположенный перед последним слоем катализатора. По этим данным с помощью уравнения теплового баланса определяется температура выходящего из этого теплообменника холодного газа, равная температуре газа, входящего в следующий теплообменник, и т. д. Практически коэффициент теплопередачи в теплообменниках с вертикальными трубками составляет 6—10 ккал 1м -час-град. [c.293] Чтобы иметь возможнскть регулировать температуру газа, входящего в отдельные слои катализатора, а также учитывая снижение коэффициента теплопередачи в процессе эксплуатации, поверхность теплообменников берут с 50%-ным запасом. [c.294] Вернуться к основной статье