Расчет пылеосадительной камеры

Х для фенола = 4/710  м³

Тогда, зная теплоту  сгорания фенола, каждый грамм фенола при сгорании даёт:

 Qн×Х = 8500*4/710 = 47,89 ккал

°С

Оксид углерода

Плотность СО в 1моле при н/у:

где Мф – молярная масса CO

Т.о. 1м³ весит 1250 г,

тогда Х м³ весят 7 г (концентрация по заданию)

Х для фенола = 7/1250  м³

Тогда, зная теплоту  сгорания фенола, каждый грамм фенола при сгорании даёт:

Qн×Х = 3000*7/1250 = 16,8 ккал

°С 

Водород

Плотность H₂ в 1моле при н/у:

где Мф – молярная масса водорода

Т.о. 1м³ весит 90 г,

тогда Х м³ весят 0,4 г (концентрация по заданию)

Х для фенола = 0,4/90  м³

Тогда, зная теплоту  сгорания фенола, каждый грамм фенола при сгорании даёт:

Qн×Х = 2580*0,4/90 = 11,47 ккал

°С 

Температура в реакторе будет подниматься  на:

t=11973+42+28,6=190°С

следовательно топка не нужна.

Считаем, что  подсосов нет, следовательно V_зг=V_ог

c_зг=c_ог

В рекуператоре загрязненные газы надо нагреть до 60 °С. 

• Расчет рекуператора

Количество  тепла, полученного загрязненными  газами в рекуператоре:

 ккал/с

Q=1088,373 кВт

Коэффициент, учитывающий потери тепла рекуператора в окружающую среду:

Теплоемкость  газов, поступающих из каталитического  реактора:

=0,31 ккал/м³гр

Температура газов на выходе из реактора:

Температура загрязненных газов на выходе из рекуператора:

Теплоемкость  газов, поступающих на очистку:

=0,31 ккал/м³гр 

Температура очищаемых газов на входе в  рекуператор:

 

°С 

20°С → 60°С 

206 °С ←  250 °С 

∆t_б=190 °С

∆t_м=186 °С

∆t_ср=(∆t_м+∆t_б)/2=188 °С 

Принимаем скорость очищенных газов и загрязненных  –

Принимаем, что  очищенные газы идет внутри труб, а  загрязненные газы- в межтрубном пространстве.

Тогда общее сечение для прохода загрязненных газов):

Общее сечение  каналов для прохождения очищенных газов:

Выбираем для рекуператора трубы 60х3,5мм, т.е. d_вн= 53мм.

Сечение одной  трубы:

Число труб для  прохода очищенных газов:

Принимаем расположение труб шахматное и в плане трубы располагаем по прямоугольнику: по току загрязненных газов 56 ряда и в направлении, поперечном току загрязненных газов, 57 рядов..

Общее число труб=56х57=3192

Действительная  площадь для прохождения очищенных газов:

Действительная  скорость очищенных газов:

 

Шаг труб в  направлении тока загрязненных газов и поперек его принимаем:

S₁=S₂=1,5d_н=1,5*60=90 мм

Ширина каналов  между трубами:

a= S₁-d_н=90-60=30 мм=0,003 м

Необходимая высота каналов одного хода загрязненных газов:

 м 

Определим коэффициент теплопередачи в рекуператоре:

, Вт/м²гр

α_зг- коэффициент теплоотдачи от стенки рекуператора к нагревающимся загрязненным газам, Вт/м²гр 

 

α_н зависит от w_зг и d_н 

Определяем  скорость загр. газов: 

 

α_н=63 Вт/м²гр

По номограмме 17 стр.35 из [3] находим:

C_z=1- зависит от числа рядов труб в направлении движения загрязненных газов;

C_s=1,02 – зависит от S₁/ d_н= S₂/ d_н=90/60=1,5;

С_ф=1,05- зависит от температуры воздуха. 

 Вт/м²гр

α_ог- коэффициент теплоотдачи от очищенных газов к стенке рекуператора, Вт/м²гр 
 

, где 

- коэффициент равный =1

- коэффициент теплопроводности  газов, 0,038 Вт/мгр

- поправочный коэффициент 1

-критерий Прандля газов при  действительных условиях.

Определим скорость очищенных газов и критерий Re при действительных суловиях:

ν- коэффициент  кинематической вязкости газов 38,92*10^-6 м²/с

- режим турбулентный

, где a-коэффициент температуропроводности. 

 Вт/м²гр 

Коэффициент теплопредачи:

 Вт/м²гр 

Требуемая поверхность  нагрева:

 

Найдем длину  рекуператорных труб:

Средний диаметр  труб:

 

Количество  ходов по загрязненным газам:

Для предохранения  труб от перегорания в самой горячей  зоне рекуператора предусматриваем  два защитных хода, высоту каждого  из них принимаем равной 0,2 м.

Тогда общая  длина труб рекуператора равна

м

Учитывая компенсатор и трубные доски, длину труб принимаем м

Ширина рекуператора: 0,09*56=5,04 м

Длина рекуператора: 0,09*57=5,13 м

Высота рекуператора: 3 м  

• Аэродинамика  аппаратов каталитической очистки газов

 

Сопротивление слоя катализатора при Re > 50:

Па 

 

Потери в  трубном пространстве рекуператора:

, Па

Потери при  входе газов  в трубы рекуператора:

 

Плотность газов  при их начальной температуре:

      кг/м³ 

Коэффициент местного сопротивления при входе  газа в трубы:

=3

 

Потери при  движении газов в трубах:

Коэффициент трения:

 

Потери при  выходе газов из труб рекуператора:

 
 

Плотность газов  при средней температуре внутри труб 

      кг/м³ 
 
 

Коэффициент местного сопротивления при выходе газов из труб:

=1

 
 
 
 

Плотность газов  при их конечной температуре:

      кг/м³ 
 

Потери геометрического  напора:

 
 

Плотность воздуха  при 20С - =1,205 кг/м³ 

 

Потери в  межтрубном пространстве:

∆P₁-потери давления при внешнем обтекании пучка труб,

∆P₂-потери давления в переходных коробках при повороте потока на 180°С,

∆P₃-потери давления в подводящей коробке,

∆P₄-потери давления в отводящей коробке. 

При 40 °С w_зг=11,47 м/c. Находим из номограммы рис.11 в [1] 

=1,4

=0,87

=1,65

 а=56- число труб в направлении потока газов

 

t_мт^ср=40 °С

 

 

Общие потери в рекуператоре:

 

Сопротивление слоя и рекуператора составляют 85-90% общего сопротивления установки  каталитического обезвреживания. Таким  образом общее сопротивление  всей установки:

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Список  литературы:

1. Славин С.И. «Защита атмосферы от промышленных загрязнений», Москва 1995г.
2. Славин С.И. «высокотемпературные теплотехнологические процессы и установки» часть2, Москва 1987г.
3. Тебеньков Б.П. «Рекуператоры для промышленных печей», Москва «Металлургия» 1975г.