Получение акролеина газофазным окислением пропилена кислородом воздуха
Q1 Q4
Q5 Q3
Q3 Q5
Рис. 4.1 – Схема распределения тепловых потоков в реакторе
- тепло, пришедшее с газово-воздушной смесью
- тепло химических реакций
- тепло, отводимое в теплообменном аппарате
- тепло, уходящее с реакционной массой
- потери тепла в окружающую среду.
Теплота химической реакции может быть найдена следующим образом:
Где - энтальпия химической реакции в стандартных условиях при температуре синтеза.
Определим суммарное тепло химических реакций:
Определяем тепловой эффект реакции при 3800С по формуле Кирхгофа:
После подстановки и интегрирования:
Для первой реакции:
Для второй реакции:
Для третьей реакции:
Где – количество прореагировавшего пропилена в моль/ч.
Количество тепла, проходящего с газово-воздушной смесью, определяем по формуле:
Где - массовый расход смеси, кг/ч или кмоль/ч
- теплоемкость смеси, кДж/(кг · К) или кДж/(кмоль · К)
- температура смеси.
Изобарные теплоемкости веществ найдем по следующей формуле:
Теплоемкость смеси равна:
Так как теплоемкость смеси представляет собой удельную мольную теплоемкость, то расход необходимо перевести в мольный.
Для этого определим среднюю мольную массу смеси :
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: