Дипломная работа: Получение уксусной кислоты
5.2 Расчет параметров реактора
Определим количество катализаторного раствора, необходимое
для окисления 50 кг/час этилена. Согласно литературным данным катализаторный
раствор содержит 0,3 – 0,5 % PdCl2.
Примем содержание PdCl2 равным 0,5
%.
Согласно стехиометрии реакции:
CH2=CH2 +PdCl2 + H2O CH3CHO + Pd + 2HCl;
количество
вещества PdCl2 равно:
G PdCl2 = G C2H4 = 1,786
кмоль/час
Тогда масса катализатора m
PdCl2 = G PdCl2 · M PdCl2 = 1,786 · 177 = 316,12 кг/час
Расход катализаторного раствора:
mр = 316,2 · 100/0,5 = 63224,4 кг/час
Плотность раствора 1281,6 кг/м³ [22, с. 106], тогда
объёмный расход катализаторного раствора:
Gkt = mр/ρ = 63224,4/1281,6 = 49,33
м³/час
Коэффициент газонасыщения: k = GC2H4/ Gkt = 40/49,33 = 0,81 м³/м³
Пользуясь методикой для расчёта барботажных колонн [23, с.
265], рассчитаем параметры реактора.
Диаметр барботажной колонны:
D = 4Vг/πωг,
где ωг – приведённая скорость (ωг 0,1), примем
ωг = 0,01
Vг – расход барботирущего газа, приведённый к рабочим условиям
Vг = Vг,0 TрP0/T0Рр = (40/3600) · (383/298) ·
(0,1/1,0) = 1,43 · 10-3 м³/с
D = 4 · 1,43 · 10-3/(3,14 · 0,01) = 0,43 м
Примем D =
0,5 м, действительная скорость газа в колонне составит:
ωг =4Vг/πD2 = 4 · 1,43 · 10-3/(3,14 · 0,52)
= 0,007 м/с
Плотность этилена при рабочих условиях:
ρ C2H4 = ρ C2H4,0 T0Pр/TрР0 = 1,26 ·
(298/383) · (1,0/0,1) = 9,80 кг/м3
Объёмное газосодержание системы
φг = 0,4(ρг/ ρж) 0,15 [ωг Δρ/σg ] 0,68 =
0,4 · (9,8/ 1281,6) 0,15 [0,007 · 1272,8/58,6 · 10-3
· 9,8] 0,68 = 0,024
Высота газожидкостной смеси:
Hсм = (Vж – Vдн)4/[ πD2a(1 – φг)]
где Vж –
объём жидкости в колонне
Vдн – объём днища
a – коэффициент, учитывающий заполнение колонны
Hсм = (1 – 0,1) · 4/[ 3,14 · 0,52 · 0,9(1 – 0,024)] = 5,2 м
Общая высота колонны:
Hк = Hсм + hц + Hсеп +
2hдн = 5,2 + 0,1 + 0,5 + 2 · 0,3 = 6,4
м
где hц –
расстояние от барботёра до днища колонны,
Hсеп – высота сепарационной части колонны,
Hдн – высота крышки днища.
5.3 Определение тепловой нагрузки на реактор
Примем температуру реакции Tк =110°С, а температуру исходных веществ Tн = 30°С.
Для
расчёта теплоёмкостей веществ при температуре реакции и начальной температуре
веществ-участников реакции воспользуемся уравнениями вида сp=a + bT + cT² + c' T‾².
Согласно справочным данным [19] соответствующие коэффициенты в уравнении для
веществ будут равны:
Вещество |
a |
b·10³ |
c·10.
|
c´·10-5.
|
С2Н4 |
11,32 |
122,01 |
–37,9 |
– |
O2 |
31,46 |
3,39 |
– |
–3,77 |
СН3СНО |
13,00 |
153,5 |
–53,7 |
– |
СН3СООН |
14,82 |
196,7 |
–77,7 |
– |
СО2 |
44,14 |
9,04 |
– |
–8,54 |
Н2О |
3,00 |
10,71 |
– |
0,33 |
N2 |
27,88 |
4,27 |
– |
– |
Рассчитаем теплоёмкости исходных веществ и продуктов реакции
при заданных температурах:
cp ( C2H4)=11,32 + 122,01·10-3·303
– 37,9·10-·3032 =44,81 кДж/кмоль
cp 8( C2H4)=11,32 + 122,01·10-3·383
– 37,9·10-·3832 =52,49 кДж/кмоль
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14 |