ЗАДАНИЕ
Определить основные размеры пустотелого реактора синтеза карбамида по следующим исходным данным:
Производительность по карбамиду П= 20 т/ч;
Давление синтеза P=18,3 МПа;
Температура синтеза t=190 0C;
Мольное отношение NH3/CO2 L =4;
Мольное отношение H2O/CO2 W= 0,5;
Удельная нагрузка по CO2 
= 420 кг/(м3 ч).
Материал корпуса реактора сталь 16ГС
Толщина футеровки из стали 08Х17Н13М2Т 0,005 м
2. РЕШЕНИЕ
Объем пустотелого реактора синтеза карбамида:
; (1)
где П - производительность по карбамиду, кг/ч;
- удельная производительность реактора по карбамиду, кг/(
ч);
Удельную производительность, найдем ее по формуле [1]:
., (2)
где 
- степень конверсии 
в карбамид.
В формуле (2) неизвестна степень конверсии. Чтобы ее найти, необходимо сделать 3 шага. В первом шаге по графику из [1, с. 75] находим значение 
, с учетом заданных T, P, W при 
и 
= 400 кг/(м3 ч);
По рис. II -11 [1, с. 75] найдем:
= 65%.
На втором шаге учитываем
= 420 кг/(м3 ч) [1]:
(3)
В формуле (3) нам неизвестно значение Ф, запишем формулу для ее нахождения
(4)
Найдем значения 
и z по формулам (5) и (6).
Равновесная степень превращения 
в карбамид 
:
(5)
Параметр z:
;
. (6)
Подставим полученные значения в формулу (4) для нахождения Ф:
.
Далее по формуле (3) найдем 
:
.
Третьим шагом учтем давление синтеза, найдем значение степени конверсии 
:
(7)
Далее найдем удельную производительность реактора по карбамиду:
По формуле (1) найдем объем реактора:
.,
Для нахождения диаметра D и высоты H реактора примем во внимание, что для аппаратов высокого давления, обычно 
. Примем 
С учетом этого найдем диаметр аппарата по приближенной формуле
(8)
Примем D = 1,7 м.
Найдем высоту аппарата по формуле
(9)
Проверим наши вычисления и найдем объем аппарата с учетом двух полусферических днищ:
(10)
Полученный объем аппарата близок к расчетному.
Запас по объему составляет:
Такой запас вполне допустим.
Найдем толщину цилиндрической стенки реактора:
(11)
где С = 0,005 м - суммарная прибавка (принята полная толщина футеровки).
Рассчитаем толщину стенки
(12)
где 
- расчетный коэффициент толстостенности, определяемый по формуле (13).
(13)
где 
= 148 МПа – допускаемое напряжение для стали 16ГС при t = 200 0C [2, табл. А.1].
Примем расчетную толщину стенки равной Sp= 0,12 м.
S=0,12+0,005=0,125 м.
Найдем величину пробного давления
(14)
Проверим необходимость расчета для условий гидроиспытаний
; (15)
.
Условие выполняется, поэтому расчет на прочность для условий гидроиспытаний проводить не требуется.
Проверим прочность реактора с найденной толщиной стенки (по допускаемому давлению):
(16)
где в – коэффициент толстостенности в конце срока службы реактора.
; (17)
Допускаемое давление:
18,3<19,44.
Условие прочности выполняется.
3. ВЫВОД
В результате расчета определены основные размеры пустотелого реактора синтеза карбамида:
Диаметр 1,7 м;
Высота цилиндрической части 24,48 м;
Объем аппарата 58,59 м3;
Толщина стенки 0,125 м.
4. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
, , Технология карбамида. – Л.: Химия, 1981. – 320 с., ил. ГОСТ Р 52857.1 - 2007 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Общие требования. ……. ……..5. ОСНОВНЫЕ РАЗМЕРЫ РЕАКТОРА
(Приводится чертеж реактора на А4 в масштабе с основными размерами)
