Защита атмосферы от промышленных загрязнений

 

Теплоты сгорания:

 

Температура газов  перед реактором:

• Расчет  процессов массообмена с участием химической реакции, расчет контактного узла термокаталитического аппарата

 

1. Удельная  поверхность слоя катализатора:

 

 

2. Эквивалентный диаметр каналов:

 

 

3. Коэффициент кинематической вязкости воздуха при рабочих условиях:

 

 

4. Допускаемое гидравлическое сопротивление слоя:

 

 

5. Скорость  фильтрования, отнесенная к полному  сечению слоя:

 

 

6. Критерий  Рейнольдса:

 

Re>30 

7. Коэффициент диффузии:

Мольный объем  обезвреживаемого компонента – водорода:

Мольный объем  воздуха:

Рабочая температура перед слоем катализатора:

Молекулярная масса обезвреживаемого компонента- водорода:

Молекулярная масса воздуха:

 

 

8. Критерий  Шмидта:

 

 

9. Диффузионный  критерий Нуссельта:

 

 

10. Коэффициент массопередачи:

 

 

11. Коэффициент, учитывающий экранирование поверхности зерен в слое катализатора, т.е. коэффициент доступной поверхности:

 

К=0,85 (из рис.8 стр.49 из [1]) 

12. Удельная  доступная поверхность катализатора:

 

 

13. Число единиц переноса массы:

 

 

14. Необходимая толщина слоя катализатора:

 

 

15. Рабочая толщина слоя катализатора:

 

 

16. Действительный  объем очищаемых газов:

 

 

17. Необходимая поверхность фильтрования:

 

 

18. Поверхность фильтрования для наиболее распространенного  варианта размещения катализатора в  кольцевых корзинах рассчитывают по среднему диаметру

Соотношение Н/Дср.=2,5 

Рабочая высота кольцевой корзины:

 

Средний диаметр  кольца: 

 

19. Объем катализатора:

 

 
 
 
 

• Тепловые  процессы в термокаталитических  аппаратах. Расчет рекуперации тепла.

 
 

                        t=200⁰C

20⁰С                                  70⁰C                                             

 

 
 

Найдём  разогрев в самом реакторе:

Фенол:

Плотность C₆H₆O в 1моле при н/у:

где М_м – молярная масса метана

Т.о. 1м³ весит 4196,4 г,

тогда Х м³ весят 2,1 г (концентрация по заданию)

Х для фенола = 2,1/4196,4 м³

Тогда, зная теплоту  сгорания фенола, каждый грамм фенола при сгорании даёт:

 Qн×Х = 32685*2,1/4196,4 = 16,36 ккал

°С

Ацетон:

Плотность С₃Н₆О в 1моле при н/у:

где М_а – молярная масса С₃Н₆О

Т.о. 1м³ весит 2140 г,

тогда Х м³ весят 1,2 г (концентрация по заданию)

Х для ацетона = 1,2/2140 м³

Тогда, зная теплоту  сгорания ацетона, каждый грамм ацетона при сгорании даёт:

Qн×Х = 19052,4*1,2/2140 = 10,68 ккал

°С 

Температура в реакторе будет подниматься на:

t=46,73+30,52=77,25°С

Определим

 

Температуру t′_p принимаем равной 200ºС, следовательно:

Температура газа поступающего в реактор будет  равна:

t=70+30,52=100,52

что меньше 250, следовательно, температуры не хватит для самопроизвольного процесса, поэтому необходимо поставить топку.

Считаем, что  подсосов нет, следовательно V_зг=V_ог

c_зг=c_ог

В рекуператоре загрязненные газы надо нагреть до 70 °С.

                   ккал/с

                  ккал/с 

V=13,9*(9,52+1)=146,2 

• Расчет рекуператора

Количество  тепла, полученного загрязненными  газами в рекуператоре:

 ккал/с

Q=748,28 кВт

Коэффициент, учитывающий потери тепла рекуператора в окружающую среду:

Теплоемкость  газов, поступающих из каталитического  реактора:

=0,31 ккал/м³гр

Температура газов на выходе из реактора:

Температура загрязненных газов на выходе из рекуператора:

Теплоемкость  газов, поступающих на очистку:

=0,31 ккал/м³гр 

Температура очищаемых газов на входе в  рекуператор:

 

°С 

20°С → 70°С

 197 °С ← 250 °С 

∆t_б=190 °С

∆t_м=186 °С

∆t_ср=(∆t_м+∆t_б)/2=188 °С 

Принимаем скорость очищенных газов и загрязненных  –

Принимаем, что  очищенные газы идет внутри труб, а загрязненные газы- в межтрубном пространстве.

Тогда общее  сечение для прохода загрязненных газов):

Общее сечение  каналов для прохождения очищенных  газов:

Выбираем для  рекуператора трубы 60х3мм, т.е. d_вн= 51мм.

Сечение одной  трубы:

Число труб для  прохода очищенных газов:

Принимаем расположение труб шахматное и в плане трубы  располагаем по прямоугольнику: по току загрязненных газов 38 ряда и в направлении, поперечном току загрязненных газов, 36 рядов.

Общее число  труб=38х36=1368

Действительная  площадь для прохождения очищенных  газов:

Действительная  скорость очищенных газов:

 

Шаг труб в  направлении тока загрязненных газов и поперек его принимаем:

S₁=S₂=1,5d_н=1,5*60=90 мм

Ширина каналов  между трубами:

a= S₁-d_н=90-60=30 мм=0,003 м

Необходимая высота каналов одного хода загрязненных газов:

 м 

Определим коэффициент  теплопередачи в рекуператоре:

, Вт/м²гр

α_зг- коэффициент теплоотдачи от стенки рекуператора к нагревающимся загрязненным газам, Вт/м²гр 

 

α_н зависит от w_зг и d_н 

Определяем  скорость загр. газов: 

 

α_н=63 Вт/м²гр

По номограмме 17 стр.35 из [3] находим:

C_z=1- зависит от числа рядов труб в направлении движения загрязненных газов;

C_s=1,02 – зависит от S₁/ d_н= S₂/ d_н=90/60=1,5;

С_ф=1,05- зависит от температуры воздуха. 

 Вт/м²гр

α_ог- коэффициент теплоотдачи от очищенных газов к стенке рекуператора, Вт/м²гр 
 

, где 

- коэффициент равный =1

- коэффициент теплопроводности  газов, 0,038 Вт/мгр

- поправочный коэффициент 1

-критерий Прандля газов при  действительных условиях.

Определим скорость очищенных газов и критерий Re при действительных суловиях:

ν- коэффициент кинематической вязкости газов 38,92*10^-6 м²/с

,8 - режим турбулентный

, где a-коэффициент температуропроводности. 

 Вт/м²гр