Каталитическое дожигание газовоздушной смеси с утилизацией тепла

Министерство науки и образования Российской Федерации

Новосибирский государственный технический университет

Расчетно-графическая работа

по дисциплине «Компьютерные моделирующие системы в химической технологии»

Каталитическое дожигание газовоздушной смеси с утилизацией тепла.

Выполнил: Петров Р.В.                                                   Проверили: Ханаев В.М.

________________                                                                  _________________

Соловьев Е.А.

___________________

Новосибирск 2009

Реферат

Отчет 8 стр., 1 табл., 1 рис., 1 чертеж,  2 источника.

Каталитического дожигания газовоздушной смеси с утилизацией тепла, на примере этанола, схема производства, материальный и тепловой баланс.

Объектом исследования является процесс каталитического дожигания газовоздушной смеси с утилизацией тепла.

Цель работы – составить материальный и тепловой баланс, расчет расхода, получение габаритных размеров.

Оглавление

Введение……………………………………………………………………………………….....4

1.     Задание 1. 4

1.1 Описание процесса. 4

1.2 Технологическая схема. 4

1.3 Расчетные формулы ………………………………………………………….……………….. ….     5

1.4 Расчет ХТС ………………………………………………………..…………………………………..6

1.5 Конструкция чертежа  ………………………………………………………………..…….….6

Выводы………………………………………………………………………………………...…7

Список литературы ……………………………………………………………………………..7

Приложение

Введение

В данной работе необходимо разработать технологическую схему каталитического дожигания газовоздушной смеси с утилизацией тепла, на примере этанола. И из полученных результатов построить чертеж общего вида и использованием полученных размеров реактора.

1.  Задание.

В данном задании необходимо разработать технологическую схему каталитического дожигания газовоздушной смеси с утилизацией тепла.

Необходимые требования к заданию:

Требования к реактору

·  Дожигание с использованием катализатора.

·  Катализатор в виде зерен диаметра 5 мм, загрузка с порозностью 0.5

·  Реакция проходит в области внешней диффузии.

·  Ограничение на температуру катализатора 400-900С.

·  Реактор без охлаждения при атмосферном давлении.

·  Гидравлическое сопротивление не более 100 мм.вод.ст.

·  Для уменьшения температуры использовать разбавление воздухом.

Утилизация тепла

·  Охлаждение продуктов до 120С.

·  Для охлаждения используется вода с температурой 25С.

·  Требуется получить пар с давлением 6 атм.

1.1.  Описание процесса.

C₂H₅OH + 3O₂ = 2CO₂ + 3H₂O

Расход этанола 4 кг/ч.

        1.2 Технологическая схема.

На рис 1.  Представлена расчетная модель технологической схемы каталитического дожигания газовоздушной смеси с утилизацией тепла на примере этанола, выполненная в программе CHEMCAD.

Рис. 1. Расчетная модель технологической схемы каталитического дожигания газовоздушной смеси с утилизацией тепла.

1 – смеситель, 3 – теплообменник, 2 – кинетический реактор.

1.3 Расчетные формулы.

Для выполнения данной работы были проведены следующие расчеты:

1.  Исходя из условия, что гидравлическое сопротивление не более 100 мм рт. ст., рассчитываем на пакете ChemCAD диаметр d = 0.61 м.

2.  Принимаем коэффициент диффузии этанола при 0°С D = 1×10^-6 м²/с [2]. Для пересчета коэффициента диффузии на другую температуру пользуемся полуэмпирическим уравнением Арнольдса [2] D = 7,335×10^-6 м²/с.

3.  Определяем константу скорости процесса во внешнедиффузонном режиме по критериальному уравнению: ε×Sh=0.6×Re^1/2×Sc^1/3, выражая, получаем зависимость: ks = 1.2×D/d×Re^1/2×(ν/D)^1/3, где ν - кинематическая вязкость, 1,68×10^-6 м/с², рассчитанная на пекете ChemCAD; Re – критерий Рейнольдса; Sc – критерий Шмидта. Получаем ks = 7×10¹⁵ м/с.

4.  На пакете ChemCAD рассчитываем объем реактора, необходимый для проведения процесса V = 0,1413 м³.

5.  Исходя из цилиндрической формы аппарата, рассчитываем длину реактора L = 0.5 м.

1.4. Расчет ХТС

Расчет материального и теплового баланса произведен в программе ChemCad. В таблице приведены полученные данные.

Таблица 1. Материальный и тепловой балансы.

потоки	1	2	3	4	5	6	7
CO2 кг/ч	0	0	0	0	7.6277	7.6277	0
C2H5OH кг/ч	4	0	4	0	0.0077	0.0077	0
H2O кг/ч	0	0	0	35	4.6835	4.6835	35
O2 кг/ч	0	25.62	25.62	0	17.3017	17.3017	0
N2 кг/ч	0	84.38	84.38	0	84.3794	84.3794	0
Итого кг/ч	4	110	114	35	114	114	35
GH,MJ/h	-24.091	0.004078	-24.087	-555.06	-24.087	-119.63	-459.51
T,C	25	25	25	25	852.244	120	196.3

1.5 Конструкция чертежа.

В приложении представлен чертеж общего вида, на котором  изображен:

1 – теплообменный аппарат,  2 – реактор, 3 – переход, 4 – трубопровод и стандартные изделия.

Теплообменный аппарат имеет габаритные размеры диаметр 310, высоту 1237,  2 фланца диаметром 80.

Реактор имеет габаритные размеры диаметр 610, высота 500.

Трубопровод диаметром 90, высота 1793.