Получение акролеина газофазным окислением пропилена кислородом воздуха (стр. 5 из 9)

Тогда

Тепло, уходящее с реакционной смесью:

Определяем потери тепла в окружающую среду. Примем, что потери составили 5% от количества тепла, поступившего в реактор:

Таким образом, чтобы соблюдалось условие теплового баланса, необходимо отводить часть тепла из системы:

Таблица 4.1 – Энергетический баланс реактора синтеза акролеина

Приход		Расход
Наименование	кВт	Наименование	кВт
1.тепло, пришедшее с газо-воздушной смесью, 2.суммарное тепло химических реакций,	19231,2 19805,6	1.тепло, уходящее с реакционной смесью, 2.потери тепла в окружающую среду, 3.тепло отводимое,	19243,4 1951,8 17841,6
Итого:	39036,8	Итого:	39036,8

5 Расчет основных конструктивных размеров аппарата и выбор материала для его изготовления

Для обеспечения гидродинамического режим, близкого к идеальному вытеснению, надо использовать трубчатый реактор со стационарным слоем катализатора, находящимся в трубках и охлаждаемым через межтрубное пространство хладагентом. Трубы имеют диаметр 25 мм, что способствует отводу тепла и установлению более равномерной температуры по диаметру. Таким образом, для выбора реактора (аппарат кожухотрубного типа) необходимо найти объем реактора и поверхность теплообмена.

5.1 Определение объема катализатора (реактора)

Объем катализатора Vкат, необходимый для обеспечения заданной степени превращения, определяют по формуле:

где

- коэффициент запаса, принимаемый для компенсации снижения активности катализатора из-за отравления и механических потерь. Принимаем

- расход газовой смеси, м3/с

- фиктивное время пребывания, с

Объемный расход пропилена:

Тогда объемный расход реакционной смеси:

0,019 – мольная доля пропилена в смеси:

Фиктивное время τф находим из соотношения τи = τф / ε; τф = τи · ε

где τи – истинное время пребывания; ε – порозность слоя катализатора.

ε = 1,2

τф = 4,4 · 1,2 = 5,28 с

Принимая коэффициент запаса равным 3,0 получим:

Объем реактора можно определить из следующего соотношения:

Где

- коэффициент заполнения реакционной зоны катализатора.

Принимая

получим, что объем реактора равен:

5.2 Выбор конструкционных материалов

При выборе конструкционных материалов руководствуются скорость коррозии или проницаемостью П (мм/год).

Для пропилена и акролеина П<0,1мм/год, поэтому рекомендуют следующие стали: 15Х25Т, 15Х2В, 1217, 08Х17Т, 12Х23Н18, 12Х18Н10Т.

Так как в реакционной смеси присутствует оксид углерода, то возможно образование карбонила железа:

Наиболее стойкие в среде СО стали, содержащие 18 и более процентов хрома (12Х18Н10Т, 12Х23Н18, 15Х25Т). Но при Т>2500С скорость карбонильной коррозии незначительна (ввиду разложения СО). Поэтому выбираем сталь 12Х18Н10Т.

6 Теплотехнический расчет

Цель теплотехнического расчета – определение поверхности теплообмена и необходимой толщины изоляции. Но прежде всего выбирают хладагент и катализатор и определяют их характеристики.

В качестве хладагента используем высокотемпературный ионный теплоноситель – тетра-м-крезоксисилан (ТСК) -

. ТСК – жидкость светло-коричневого цвета, взрывоопасен при t<400С, чрезвычайно текуч, не ядовит. В жидком состоянии ТСК подвержен гидролизу, вследствие чего его применяют в герметичной аппаратуре. ТСК имеет следующие характеристики:

В качестве катализатора используем оксид меди CuO на силикагеле, содержащий в качестве промотера селен.

Внешний вид – таблетки голубоватого цвета.

Диаметр таблеток 2-4 мм

Насыпная плотность 800 кг/м3

Удельная поверхность

Коэффициент теплопроводности

6.1 Расчет поверхности теплообмена

Поверхность теплообмена можно найти из уравнения теплопередачи:

Где

- коэффициент теплопередачи, Вт/(м2К)

F – поверхность теплообмена, м2

- средний температурный напор, К или 0С.

Тогда

Определим средний температурный напор:

Где

- большая и меньшая разность температур.

Принимаем начальную температуру хладагента 500С, а конечную 2000С. Температура смеси постоянна и равна 3800С.

Тогда получим:

Определим коэффициент теплопередачи:

Где

- коэффициент теплоотдачи от газа к стенке

- коэффициент теплоотдачи от стенки к хладагенту

- сумма термических сопротивлений стенки

Где

– коэффициент теплопроводности для легированных сталей

– для органических соединений

В результате получим:

Для определения коэффициента теплоотдачи воспользуемся критериальными уравнениями:

Где

- критерий Нуссельта

- коэффициент теплопроводности смеси

- внутренний диаметр трубы

Где

- объемная доля компонента.

Найдем число Прандтля:

Где

- динамический коэффициент вязкости

- теплоемкость смеси

Средняя вязкость реакционной массы в реакторе:

Тогда получим: