VI. Результаты расчетов и их графическая интерпретация

 

Таблица 2 – Расчетные параметры

№	Наименование параметра	Размер-ность	Обозначения	Величина
в учебной литературе	в программе
	Конечная концентрация реагирующего компонента А на выходе из реактора	мольА/м3	Сак	cak	0,6
	Среднее время пребывания реакционной массы в трубках трубного пучка	c	τс	tc	31,3
	Объем реакционной массы в трубках трубного пучка	м3	Vp	vp	0,0313
	Тепловая мощность химического реактора	кВт	Q	q	0,7426
	Расход конденсирую-щегося пара в межтруб-ном пространстве	кг/час	Gd	gd	72,16
	Средняя движущая сила процесса теплопередачи	°С	∆tcр	dt	82,8
	Заданная поверхность теплопередачи	м2	F	F	4,55
	Внутренний диаметр труб трубного пучка	м	dв	dв	0,0275
	Теоретическое число трубок	-	nt	nt	13,2
	Средняя температура реакционной массы	°С	tp	tp	50,1
	Вязкость реакционной массы при средней температуре	Па×с	μ	vi	0,565×10-3
	Число Рейнольдса для реакционной массы	-	Re	Re	6169,2
	Средняя скорость реакционной массы в трубах	м/с	Vc	vc	0,128
	Число Прандтля для реакционной массы	-	Pr	Pr	0,139
	Температура ржавчины на внешней поверхности труб	оС	x	x	124,3
	Движущая сила процесса теплоотдачи от конденсирующегося пара к ржавчине	оС	∆tD	dtd	8,6
	Удельная тепловая мощность конденси-рующегося пара		qD	qd	9549,7
	Движущая сила процессов теплопроводности через ржавчину, стенку трубки, накипь и солевой камень	о С	∆tw	dtw	3,07
	Температура ржавчины, накипи и солевого камня на внутренней поверхности труб со стороны реакционной массы	о С	tw	tw	121,2
	Отношение чисел Прандтля реакционной массы к Прандтлю стенки	-		pro	0,664
	Число Нуссельта для реакционной массы	-	Nu	nu	5,86
	Число Грасгофа для реакционной массы	-	Gr	gr	-
	Коэффициент теплоотдачи		α	al	134,2
	Движущая сила процесса теплоотдачи от ржавчины, накипи и солевого камня к реакционной массе	° С	∆tp	dtp	71,13
	Удельная тепловая мощность реакционной массы		qp	qp	9549,7
	Разница удельных тепловых мощностей пара и реакционной массы (функция рассогласования)		y	y	-3,5
	Средняя удельная тепловая мощность		qc	qc	9549,7
	Относительная разница удельных тепловых мощностей конденсирующегося пара и реакционной смеси	-	u	u	0,00001
	Коэффициент теплопередачи, расчетный		Kt	ktp	115,33
	Диаметр кожуха	м	Dк	dk	0,335

 

Рисунок 1 - Схема кожухотрубчатого реактора с противоточным движением реакционной массы в трубах трубного пучка и пара: 1 – трубки трубного тучка;
2 – трубные решетки; 3 – корпус; 4 – крышки корпуса.

 

Рисунок 2 - Схема изменения температуры реакционной массы (1) и конденсирующегося пара (2) по длине трубок трубного пучка (режим противотока).

 

Рисунок 3 - Схемы изменения температур пара, конденсата (1), ржавчины (2) на трубке со стороны пара, стенки (3) трубки, накипи и солевого камня (4) на внутренней стенке трубки и реакционной массы в тепловом пограничном слое (5)

Таблица 3 - Результаты варьирования заданного K_t и расчетного K_tp коэффициентов теплопередачи

 

Kt,				115,5	115,4
Ktp,		115,8	115,3	115,33	115,336

Примечание. Варьирование заданного коэффициента теплопередачи K_t проводится до тех пор, пока он не станет равным или несколько меньше расчетного коэффициента теплопередачи K_tp.

 

Таблица 4 - Зависимость относительной разницы удельных тепловых мощностей у конденсирующегося пара и реакционной жидкости от температуры ржавчины x со стороны конденсирующегося пара

 

x, ° C	123,8	124,25	124,3	124,3102
у,	433,4		-8,03	-3,505

 

VII. Содержание отчета.

1. Титульный лист с названием работы.

2. Таблицы исходных и справочных данных и расчетных параметров.

3. Таблица 3 с результатами варьирования заданного K_t и расчетного K_tp коэффициентов теплопередачи и таблица 4.

4. Рисунки 1, 2 и 3, а также рисунок 4, которые должны быть построены студентами самостоятельно по данным таблиц 3 и 4.

5. Методика расчета с основными расчетными формулами.

6. Выводы по результатам работы, которые должны включать пункты, описывающие рассчитанные технологические параметры (расход, давление и температуру) греющего пара и геометрические параметры кожухотрубчатого реактора (число трубок, их длину, внутренний диаметр, толщину стенок, площадь поверхности теплопередачи и внутренний объем).

Примечание. Титульный лист, таблицы 1 и 2 (без величины параметров), методику расчета с основными расчетными формулами и рисунок 1 студенты должны принести на лабораторную работу подготовленными заранее.

 

VIII. Вопросы и заданиЯ для самостоятельной работы

1. Почему в кожухотрубчатых реакторах пар подводится в межтрубное пространство, а реакционная масса в трубки трубного пучка?

2. Почему величина средней движущей силы не зависит от направления потоков: прямотока или противотока?

3. Напишите уравнение теплового баланса и получите из него уравнение (5) для расхода конденсирующегося пара. Что в этом уравнении характеризует коэффициент 1,03?

4. Из дифференциального степенного кинетического уравнения получите интегральное кинетическое уравнение (2).

5. Объясните физический смысл удельной теплоты конденсации r_d.

6. Объясните физический смысл теплового эффекта эндотермической реакции q_t.

7. Что характеризует число Re?

8. Что характеризует число Pr?

9. Что такое число Прандтля стенки?

10. Что учитывает отношение чисел Прандтля к Прандтлю стенки?

11. Выведите формулу (10) для расчета числа Рейнольдса реакционной массы в трубке трубного пучка, исходя из общего выражения для числа Рейнольдса .

12. Выведите уравнение для расчета внутреннего диаметра трубок трубного пучка при известном объеме реакционной массы в трубах и поверхности теплопередачи.

13. Почему на входе в трубку реакционная масса может уменьшать температуру ниже начальной температуры t_н, если идет эндотермическая реакция (рисунок 2)?

14. Почему заданный коэффициент теплопередачи K_t может быть несколько меньше (а не больше) расчетного коэффициента теплопередачи K_tp (таблица 3)?

15. Нарисуйте по данным таблицы 3 график зависимости расчетного коэффициента теплопередачи K_tp от заданного K_t. Покажите на этом графике точку в которой K_t =K_tp. Нарисуйте график последнего уравнения (биссектриса).

16. Дайте графическую интерпретацию данных таблицы 4. Объясните как происходит уравнивание удельных тепловых мощностей конденсирующегося пара и реакционной массы.

17. Что характеризует число Грасгофа? Дайте его физический смысл. Для какого режима течения учитывается его значение при расчете числа Нуссельта?

18. Постройте графики зависимости дифференциальной и интегральной кинетической кривых по заданному степенному уравнению и отметьте на последней рабочую точку, соответствующую концентрации реакционной массы на выходе C_AK и среднему времени пребывания τ_с .

 

 

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Тимонин А.С. Основы конструирования и расчета химико-технологического и природоохранного оборудования: Справочник. Т.1. – Калуга: Издательство Н. Бочкаревой, 2002. – 852 с.

2. Общие основы химической технологии. Перевод с польского П.Г. Романковым и М.И. Курочкиной. Л.: Химия, 1977, 504 с.

1. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. 10-е изд., перераб. и доп. – Л.: Химия, 1987.
2. Смирнов Н.Н., Волжинский А.И. Химические реакторы в примерах и задачах. – Л.:Химия, 1978, 259 с.
3. Кафаров В.В. Методы кибернетики в химии и химической технологии. – М.: Химия, 1979.
4. Голованчиков А.Б., Симонов Б.В. Применение ЭВМ в химической технологии и экологии. Учебное пособие. Часть 5. Химические процессы и реакторы. – Волгоград: РПК «Политехник», 1998.

 

Составители: Александр Борисович Голованчиков

Наталия Александровна Дулькина

Александр Валентинович Ильин

Анжелика Анатольевна Шагарова