Материал: Несенчук А.П. Пламенные печи для нагрева и термообработки металла учеб. пособие

Суммарное количество тепла, которое необходимо подвести к реактору:

2 <2= Q i+ Q r= 107000+114000 = 221000 к д ж / ч (52740 к к а л / ч ) .

Энтальпия дымовых газов на выходе из камеры сгорания (при температуре 1100° С) в расчете на 1 н м 3 топлива

Дюо^= 2 VjCjjitr

равна 18100 к д ж / н м 3 (4335 к к а л / н м 3 ) .

Расход топлива определяется из теплового баланса камеры сжигания. Пренебрегая физическим теплом, вносимым воздухом и природным газом:,,

записываем уравнение теплового баланса:

Количество продуктов горения после камеры сжигания (табл. 9.1)

2 Кв.г= Кт 2 К,-= 17,5-9,86=173 н м 3 / ч .

Из этого количества используется для реакции

Кд,г=8,65-9,86=85,4 н м 3 / ч .

Остается

Ѵ“сгт= 173—85,4=87,6 н м 3 / ч .

Объем воздуха, подаваемого в камеру сжигания:

Кв = 17,5-8,645= 151 н м 3 / ч .

Рассчитываем теплообмен, гидродинамические параметры, а также опреде­ ляем размеры реактора н камеры сгорания.

Находим плотность газовой смеси в реакторе (при 900° С по конечному продукту)

рсм = Кео рсо+Кн2PH2+ K N2PN2 = 0,18-0,291+0,231 -0,021 + +0,589• 0,291= 0,229 к г / м 3 .

Динамическая вязкость газовой смеси в реакторе определится в соответствии с формулой (8.12)

0,18•4,69• 10"6• 61,4+0,231 •2,28• 10~6• 8,13+0,589-4,59- ІО-6■59,5

|Асм —

-0,18• 61,4+0,231 • 8,13+0,589 • 59,5

= 4,52-ІО-6 к г - с е к / м 2 .

247

где Ѵр — производительность реактора.

Конструкцию реакционной камеры выбираем в виде цилиндрической реторты с диаметром

У 0,072-4

--------- =0,3302 м .

л

Наружный диаметр реторты принимаем равным 320 м м (толщина стен­

ки 9 м м ) .

Находим скорость фильтрации и размеры камеры сжигания. Камера сжига­ ния размещена снаружи реактора, имея с ним общую стенку. Ее расчет аналогичен

или после приведения к нормальным условия W 0 U T =0,424 н м / с е к . Сечение (площадь) камеры сжигания

=0,113 м 2 .

гс^опт*3600 0,424-3600

Суммарная площадь камеры сгорания и реактора

Аобщ= 0,113+0,072=0,185 м 2 .

Определяем наружный диаметр камеры сжигания, имеющий кольцевое сечение:

Толщина кольца

0,486-0,3

X— ------- = 9 3 м м .

2

Рассчитываем коэффициент теплопередачи и теплоотдающую поверхность (для этого при найденном диаметре реторты нужно найти ее минимальную высоту).

Коэффициент теплопроводности газов в реакторе, подсчитанный по формуле (8.11), составляет 0,12 в т / м - ° К. Коэффициент теплопроводности дымовых газов определяем в соответствии с приложением II, Л д.г=0,108 в т / м ° К (при 1100° С). Коэффициент теплоотдачи от кипящего слоя катализатора находится из выра­

жения (8.33):

249

Высоту неподвижного слоя катализатора принимаем 0,9 м . Над ретортой сле­ дует установить сепарационную зону большего, чем реторта, сечения. При этом за счет падения скорости газа уменьшится высота выброса частиц из слоя и их унос. Из конструктивных соображений высоту сепарационнон зоны прини­ маем 0,6 м .

Определяем гидравлическое сопротивление кипящего слоя катализатора (насыпной вес 1200 к г / м 3 ) :

р = РнасЯ; р = 1200-0,9= 1080 к г / м 2 ,

где

Рпас = Рч(1—Ео) = 1200 к г / м 3 .

Дальнейший расчет генератора заключается в определении остальных пара­ метров камеры сжигания (аналогично реактору), поверхности и размеров трубча­ того и контактного холодильников, расчете горелок, трубопроводов, выборе газодувок и т. д.

250

9.4. ДРУГИЕ ТИПЫ ГЕНЕРАТОРОВ

Кроме описанных выше, в промышленности находят применение и другие типы генераторов для производства контролируемых атмо­ сфер. В частности используются генераторы для приготовления азотно-водородной атмосферы из аммиака. Продукт получается в результате диссоциации аммиака:

2NH3-^N2+3H 2.

Генератор включает блок диссоциатора-испарителя, в который входит испаритель аммиака, диссоциатор и трубчатый холодильник. В испарителе жидкий аммиак, поступающий из баллонов, испаряет­ ся при температуре 20—30° С, направляется в диссоциатор, пред­ ставляющий собой реторту, заполненную катализатором. Реторта обогревается снаружи. Диссоциация происходит при температуре 800—900° С. Азотно-водородная смесь вначале поступает в змеевик: испарителя для подогрева жидкого аммиака, а затем в трубчатый холодильник. Далее атмосфера состава 25% N2 и 75% Н2 направ­ ляется к потребителю (она применяется для отжига высокохромис­ тых сталей, спекания металлокерамики и т. д.) или подвергается дальнейшей переработке, которая заключается в частичном ее сжи­ гании до необходимого количества водорода (4—20% Н2). После сжигания производится осушка газа до необходимой влажности ме­ тодами, описанными в параграфе 9.2.

Также применяются генераторы для приготовления контроли­ руемой атмосферы из технического азота. В этих генераторах атмо­ сфера получается за счет смешивания технического азота с диссо­ циированным аммиаком, последующей очистки от кислорода и глу­ бокой осушки. Азот подается в генератор из баллонов или кислород­ ных воздухоразделительных установок. Атмосферы этого типа близ­ ки по составу к бедному очищенному экзогазу.

Встречаются установки для очистки и осушки инертных газов, предназначенные для очистки технических инертных газов (напри­ мер, аргона) от примесей — углеводородов, СО, Н2, N2, кислорода и влаги. Для удаления окиси углерода вначале производится его окисление до С02, а затем очистка от углекислоты. Очистка от 0 2 осуществляется окисью марганца при температуре 180° С, а от азо­ та — металлическим кальцием при температуре 650° С. Процессы протекают в соответствии с реакциями:

6Мп0 + 0 2= 2Мпз04 ;

3Ca+N2= Са3Ы2.

Очистку газа от примесей водорода производят в реакторе, заполненном окисью меди, при температуре 350° С. Осушку и очист­ ку от остальных примесей производят методами, рассмотренными в предыдущих разделах.

Генераторы, краткое описание которых приведено в данном

251