2.4.4. Задания по расчету комбинированного реактора

Задание 1

Провести расчет процесса окисления метанола в комбинированном реакторе. Определить оптимальную комбинацию реакторов для достижения степени превращения 99,9 %, если себестоимость метра трубчатого реактора больше, чем адиабатического. Максимальная температура не должна превышать 460^оС. Температурный профиль и профиль степени превращения метанола по длине слоя в трубчатой и адиабатической части реактора последовательно нанести на один график.

Дополнительные условия

1. Входные температуры и концентрации веществ в адиабатическом реакторе равны выходным значениям трубчатого реактора.

2. Расчет трубчатого реактора выполняется для одной трубки.

3. Общая поверхность сечения трубного пространства трубчатого реактора (1000 трубок) равна площади сечения адиабатического реактора. Из этого условия рассчитать диаметр и расход для адиабатического реактора.

Исходные данные для трубчатой части реактора

Длина слоя катализатора подбирается

Диаметр аппарата 810^-2 м

Порозность слоя 0,4

Давление 1 атм

Весовой расход газовой смеси 4,510^-3 кг/с

Температура на входе в реактор 230°C

Температура холодильника 280°C

Диаметр зерна катализатора 1 мм

Концентрации веществ (мольные доли) в исходной смеси

CH₃OH 1210^-2

CH₂O 0,0

H₂O 110^-2

O₂ 110^-1

Исходные данные для адиабатической части комбинированного реактора

Длина слоя катализатора подбирается

Диаметр аппарата (рассчитывается из условия 3, м)

Порозность слоя 0,4

Давление 1 атм

Весовой расход газовой смеси (рассчитывается из условия 3, кг/с)

Температура на входе в реактор (выходная температура из трубчатого реактора)

Температура холодильника 280°C

Диаметр зерна катализатора 1 мм

Концентрации веществ (концентрации веществ на выходе из трубчатого реактора)

Задание 2

Для процесса окисления метанола в формальдегид выбрать реактор (адиабатический, трубчатый, комбинированный), обладающий минимальными габаритами, в котором будут выполняться следующие условия:

1. производительность по формальдегиду 20 000 т/год (число рабочих часов в год = 8000);

2. степень превращения на выходе из реактора > 98,5 %;

3. линейная скорость  3 норм.м/c;

4. температура горячей точки  430^оС;

5. диаметр трубок (для трубчатого реактора)  2,510^-2 м.

Исходные данные

Число трубок в аппарате подобрать

Длина слоя катализатора подобрать

Диаметр аппарата (трубки) подобрать

Порозность слоя 0,4

Давление 1 атм

Весовой расход газ. смеси подобрать

Температура на входе в реактор 230°C

Температура холодильника 280°C

Диаметр зерна катализатора 2 мм

Концентрации веществ (мольные доли) в исходной смеси

CH₃OH подобрать из диапазона (0,055–0,1)

CH₂O 0,0

H₂O 110^-2

O₂ 110^-1

2.4.5. Контрольные вопросы

1. Для достижения каких целей служит комбинированный реактор?

2. Нарисовать типичный температурный профиль для комбинированного реактора.

3. Как рассчитать расход и диаметр адиабатической части комбинированного реактора, если известен расход и диаметр одной трубки?

4. Целесообразно ли использовать комбинированный реактор для переработки низкоконцентрированных газовых смесей?

5. Как влияет увеличение расхода на значение максимальной температуры в трубчатой части комбинированного реактора?

6. Как влияет увеличение входной концентрации на основные показатели процесса в комбинированном реакторе: максимальную температуру, степень превращения?