Розрахунок реактора і схеми за даними базового варіанту

 

Метою розрахунку адіабатичного реактора і схеми базового варіанту для процесу окислювання метанолу у формальдегід є визначення показників роботи апарата і розрахунок матеріальних потоків циклічної схеми основного блоку одержання формаліну при заданих вихідних даних.

Розрахуємо ступені перетворення для кожного з трьох шарів каталізатора.

Зміну ступеню перетворення вибираємо, таким чином, щоб по всім трьом шарам було рівномірне його розподілення, тобто ступінь перетворення у кожному з шарів складає:

Х₁ > 0,330;

Х₂ > 0,680;

Х₃ ≥ 0,992.

Програма “Адіабатичний реактор” розраховує поля концентрацій і температури, а також зміну ступеню перетворення і вибірності вздовж шару в залежності від часу контакту.

Вихідні дані для розрахунку базового реактора наведено в таблиці 10.1.

 

Таблиця 10.1 Вихідні дані для розрахунку базового реактора

Концентрації компонентів на вході у реактор, моль/м^3				Розміри зерен каталізатора по шарам, м			Пористість каталізатора е, частки
CH3OH	CH2O	H2O	O2	1 шар	2 шар	3 шар
2,49	0	1,2	3,0	0,006	0,005	0,004	0,39

 

Отже, ввівши початкові дані для розрахунку першого шару та виконавши його на ПЕОМ, отримали наступні данні (таблиця 10.2).

 

Таблиця 10.2Результати розрахунку першого шару базової моделі реактора

№	Твх	См	Сф	Св	Ск	Твих	Х	Sel	фк
1	220					221,609	0,006	0,924	0,013
2	220					233,956	0,047	0,978	0,091
3	220					250,278	0,102	0,975	0,157
4	220					279,689	0,199	0,971	0,222
5	220	1,667	0,789	1,515	2,581	318,377	0,326	0,969	0,268

 

Ввівши вхідну температуру Т_вх = 220°С та значення часу контакту 1,305с отримали результат, і з проміжних точок вибираємо найбільш задовільний результат, тобто ступінь перетворення дорівнює 0,326 а температура на виході з шару 318,377°С, отже отримуємо значення параметрів, які повністю задовольняють вимоги, тобто ми отримали оптимальний режим роботи першого шару.

Ввівши кінцеві концентрації компонентів на виході з першого шару виконуємо розрахунок другого шару, результати котрого заносимо в табл. 10.3.

Таблиця 10.3Результати розрахунку другого шару базової моделі реактора

№	Твх	См	Сф	Св	Ск	Твих	Х	Sel	фк
1	241,35					241,350	0,331	0,974	0,0
2	241,35					244,233	0,340	0,974	0,013
3	241,35					267,948	0,416	0,969	0,093
4	241,35					303,073	0,530	0,965	0,159
5	241,35	0,798	1,633	2,952	2,125	348,743	0,680	0,964	0,212

 

Ввівши вхідну температуру Т_вх = 241,35°С та значення часу контакту 1,327с, отримали проміжний результат, де ступінь перетворення максимально наближається до необхідних 0,680, а температура на виході з шару дещо нижча за необхідні 350°С для другого шару.

Ввівши кінцеві концентрації компонентів на виході з другого шару виконуємо розрахунок третього шару, результати котрого заносимо в табл. 10.4.

 

Таблиця 10.4 Результати розрахунку третього шару базової моделі реактора

№	Твх	См	Сф	Св	Ск	Твих	Х	Sel	фк
1	241,5					288,236	0,820	0,953	0,228
2	241,5					304,336	0,869	0,950	0,281
3	241,5					323,932	0,928	0,946	0,348
4	241,5					340,560	0,975	0,941	0,429
5	241,5	0,021	2,313	3,826	1,688	347,829	0,992	0,936	0,496

 

Ввівши вхідну температуру Т_вх = 241,5°С та значення часу контакту 1,34с ми вийшли на оптимальний режим шару.

Під час розрахунку третього (останнього) шару реактора необхідно довести, що в результаті розрахунків ми вийшли на максимальну концентрацію формальдегіду. Для цього необхідно зробити наступні розрахунки. При даних для третього шару та при умовах оптимальної температури та ступеню перетворення обираємо дві сусідні точки (одну вищу, а другу нищу за оптимальну) для яких, виписуємо значення розрахованих параметрів. Результати аналізу надані в таблиці 10.4. Аналізуючи отримані концентрації формальдегіду між собою, видно, що максимальна концентрація отриманого формальдегіду досягається при оптимальних параметрах, тому можна зробити висновок, що отриманий режим нас повністю задовольняє.

Далі, щоб знайти уточнену концентрацію води, необхідно за допомогою програми “Схема” скласти матеріальний баланс схеми для базової моделі, та проаналізувати результати розрахунків. Розрахунок матеріального балансу схеми є основою технологічних розрахунків устаткування. Він дозволяє визначити повні характеристики всіх матеріальних і енергетичних потоків технологічної схеми, що необхідні для перебування основних розмірів апаратів і кількості реакторів, що забезпечує необхідну продуктивність. Крім того, як вже було сказано, розрахунок матеріального балансу схеми одержання формаліну дозволяє уточнити концентрацію води на вході в реактор.

У результаті розрахунку матеріального балансу для базового варіанта, баланс по воді не зійшовся, рекомендовано зменшити концентрацію води до

 

С(Н₂О) = 0,677 моль/м³.