книги / Справочное пособие по теплотехнологическому оборудованию промышленных предприятий

Когда для проведения реакции продукт необходимо выдерживать заданное время в змеевике, определяется необходимая длина реакционного змеевика.

При выбранных диаметре труб d, числе потока п и требуемой длине U одного потока определяется поверхность змеевика реакционного участка:

Hx— n ln nd.

По теплопроизводительности реакционного участка змеевика Q* и поверхно-

Рис. 9.20. График зависимости теплопроизводительности от среднедопустимого теплонапряжения радиационных труб для печей типа Ц:

сти труб Я* находят фактическое теплонапряжение на реакционном участке змее­ вика:

Если фактическое теплонапряжение не соответствует допускаемому, расчет необходимо повторить, задавшись другим диаметром труб и соответственно чис­ лом потоков. Расчет повторяется до тех пор, пока не будет достигнуто такое сочетание диаметра и поверхности нагрева (при допустимой скорости движения продукта), которое обеспечит необходимое время пребывания продукта в реакци­ онной зоне змеевика, и при этом фактические теплонапряжения не превысят до­ пускаемых.

Для высокотемпературных химических превращений углеводородного сырья используются реакторы, которые представляют разновидность трубчатых печей нефтеперерабатывающих заводов, но отличаются от них конструктивно вслед­ ствие особенностей технологического процесса. Одна из главных их особенно­ стей— необходимость иметь такой объем реакционной зоны трубчатого змееви­ ка печи, в котором исходное сырье могло бы разлагаться в короткий отрезок времени. Этот промежуток времени контакта, или время пребывания сырья в зоне реакции, определяется условиями процесса. Такие реакторы выполняются

202'

многотопочными. Часть труб каждого змеевика (отдельного потока) размеща­ ется в конвекционной камере, часть труб — в радиационной. При нормальной ра­ боте реактора сырье подвергается нагреву и испарению в конвекционной камере, а его разложение происходит в реакционной камере. Поверхность нагрева всех труб змеевика, расположенных в радиационной камере печи, должна быть доста­ точной для нагрева смеси паров нефтепродуктов и водяного пара, поступающих из конвекционной камеры, до температуры реакции пиролиза и возмещения эндо­ термического эффекта реакции. Требуемое количество тепла необходимо передать потоку сырья на ограниченном по длине участке реакционной зоны змеевика при максимальном коэффициенте теплоотдачи.

9.3.5. Колонные аппараты синтеза азотнотукового производства

Колонна синтеза аммиака является наиболее важным и сложным аппара­ том системы синтеза аммиака. Внутренняя часть колонны состоит из двух основных частей — каталнзаторнон коробки и теплообменника для нагрева по­ ступающей в колонну циркуляционной газовой смеси (прямой газ) горячим про­ реагировавшим газом, выходящим из катализаторной коробки (обратный газ).

Каталнзаторная коробка предназначена для проведения синтеза при опреде­ ленном температурном режиме и возможности регулирования этого режима в известных пределах. Внутри каталнзаторнон коробки обычно монтируется пуско­ вой электроподогреватель для,нагрева газа, циркулирующего через колонну в период ее пуска (для разогрева и восстановления вновь загруженного катали­ затора). При нормальной работе колонны электронагреватель выключен. В на­ садках некоторых конструкций колонн монтируются внутренние котлы-утилиза­ торы, что позволяет использовать часть тепла реакции для получения водяного пара.

Наиболее благоприятные условия создаются при постепенном понижении температуры в каталнзаторнон зоне по ходу газа в пределах 540—470 °С. При таком температурном режиме обеспечиваются высокая скорость реакции в сло­ ях на выходе из катализатора и большое приближение к равновесному состоя­ нию в оставшемся объеме. Этим достигается максимальная в данных условиях удельная производительность катализатора.

Особенностью процесса синтеза метанола является протекание побочных ре­ акций, причем с повышением температуры скорость образования метана резко возрастает. Режим катализа становится неустойчивым, возникают локальные зо­ ны перегрева. Поэтому в катализаторной зоне особенно важно обеспечить возмож­ ность гибкого, независимого регулирования температур по высоте, что достига­ ется применением полочных насадок. В этом случае конструкция катализаторной коробки существенно не отличается от конструкций, применяемых при синтезе аммиака, но число полок не .менее пяти.

В полочных насадках в каждом слое катализатора поддерживают темпера­

трубками, так как в них создается практически изотермический режим. •Использование тепла реакции в производстве метанола не получило широ­

кого распространения вследствие сравнительно низкой температуры катализа. Однако в практике встречаются колонны с полочными насадками и змеевнковыми пакетами котла.

Коломны синтеза карбамида выполняют двух типов: с внутренними стака­ нами и с футерованной аппаратурой. Основное затруднение при разработке кон­

мистые стали подвергаются коррозии со скоростью несколько миллиметров в год. В отечественной практике в качестве защитных материалов стенок корпуса ко­ лонны применяются стали Х18Н12МЗТ н ОХ17Н16МЗТ. Сами стенки корпуса изготавливаются из углеродистой стали.

20 3

число ступеней — бесконечно большим. Этому положению точки соответствует минимальное флегмовое число

р - У /

(9.5)

Рабочее флегмовое число может быть определено несколькими способами. Например, по уравнению (9.5) вычисляется минимальное флегмовое число, а ми­ нимальное число тарелок находится по уравнению

куда рассчитывается флегмовое число теоретических тарелок л, соответствующее

значению R.

На основании анализа работы действующих колонн оптимальное флегмовое

число

R —1,3 Rmin"f*0,3.

Наиболее распространенным аналитическим методом определения числа теоретических тарелок является метод Андервуда. Уравнения Андервуда имеют вид [67]:

207