4.2 Тепловой расчет на реактор объемом 12,6 м3
Температурно-временной график процесса синтеза смолы Э-40 представлен на рисунке 4.2.
Рисунок 4.2- Температурно-временной график синтеза смолы Э-40 для 12,6 м3 реактора
Нагрев реактора ведется водяным паром. После проведения синтеза раствор охлаждают до температуры 50˚С.
А) тепловой расчет стадии нагрева производится по формуле 4.1.
1) Расход тепла на нагрев реактора рассчитывается по формуле 4.2:
Q1 = 11600 · 0,5 · (90 – 20) = 406000 кДж
2) Расход тепла на нагрев реакционной массы рассчитывается по формуле 4.3:
ΣGi ·ci=4690,4·1,32+3795,2·1,72=12719Дж/К;
Q2 = 12719 · (90 – 20) = 890330 кДж
3) Расход тепла на потери в окружающую среду рассчитывается по формуле 4.4
Расчет площади поверхности аппарата производится по формуле 4.5.
Площадь цилиндра рассчитывается по формуле 4.6
Диаметр реактора рассчитывается по формуле 4.7.
D=1800+2·10+200=2020мм;
Sцил= 3,14·2,02·4,315=11,9 м2
Площадь шара рассчитывается по формуле 4.8, 4.9.
R = +10+200=1,11м
Sшар = 4·3,14·1,112=15,5 м2
F=11,9+15,5=27,4 м2
α = 9,74+0,07 · (40-20)= 11,14 Вт/м2·К
F= 27,4+15,5 = 42,9 м2
Q3 = 42,9·11,14·7200·(40-20)=68818,5 кДж
Qнагр = 406000+890330+68818,5=1365148,5 кДж
4) Расход водяного пара на этой стадии рассчитывается по формуле 4.10:
Gпара=
кг
5) Расчет теплового потока производится по формуле 4.11.
Qсек=
кВт
Б) Тепловой баланс на стадии испарения толуола
Qисп = Q1 + Q2
Qотг – суммарный расход тепла на стадии испарения толуола,
Q1 – расход тепла на испарение толуола;
Q2 – расход тепла на потери в окружающую среду.
1) Расход тепла на испарение:
Q1 =rтол·mтол, (4.23)
где rтол -удельная теплота парообразования, кДж/кг;
mтол– масса толуола, кг (таблица 2.5);
Q1 = 378,75·3795,2=1437432 кДж
2) Расход тепла на потери в окружающую среду рассчитываются по формулам 4.4 – 4.9
Q3 = 42,9·11,14·10800·(40-20)=103227,7 кДж
Qисп = 1437432+103227,7=1540659,7 кДж
4) Расход водяного пара на этой стадии рассчитывается по формуле 4.10.
Gпара=
кг
5) Расчет теплового потока производится по формуле 4.11.
Qсек=
кВт
В) Тепловой расчет на стадии охлаждения
Qохл. = Q1+Q2 - Q3, где (4.24)
Qохл. – суммарный расход тепла на охлаждение реакционной массы,
Q1 – расход тепла на охлаждение реактора;
Q2 – расход тепла на охлаждение реакционной массы;
Q3 – расход тепла на потери в окружающую среду.
1) Расход тепла на охлаждение реактора рассчитывается по формуле 4.2.
Q1 = 1160 · 0,5 · (90 – 20) =406000 кДж
2) Расход тепла на охлаждение реакционной массы рассчитывается по формуле 4.21.
Q2 = (4690,4·1,32+246,8·1,72)·70=463105,7 кДж
3) Расход тепла на потери в окружающую среду рассчитывается по формулам 4.4 – 4.9
Q3 = 42,9·11,14·5400·(40-20)=51613,8 кДж
Qохл = 406000+463105,7 – 21976,992=51613,8 кДж
4) Расход воды на этой стадии рассчитывается по формуле 4.22.
Gводы=
кг
5) Расчет тепловых потерь производится по формуле 4.11.
Qсек=
кВт
4.3 Тепловой расчет кожухотрубчатого теплообменника
А) Тепловой баланс на стадии отгонки эпихлоргидрина и толуола
Qкжто. = Q1+Q2 - Q3, где (4.25)
Qкжто – суммарный расход тепла,
Q1 – расход тепла на конденсацию;
Q2 – расход тепла на охлаждение конденсата;
Q3 – расход тепла на потери в окружающую среду.
1) Расход тепла конденсацию рассчитывается по формуле 4.16.
Q1 = 378,75·292,3+2258,4·119,4=380361,58 кДж
2) Расход тепла на охлаждение конденсата рассчитывается по формуле:
Q2 = (mтол·стол+ mэхг·сэхг) · Т, (4.26)
где mтол- масса толуола, кг (таблица 2.5);
cтол – теплоемкость толуола , Дж/кг·К;
mэхг – масса эпихлоргидрина, кг (таблица 2.5);
сэхг – теплоемкость эпихлоргидрина, Дж/кг·К;
Т – разность температур между температурой кипения и конденсации, °С
Q2 = (119,4·1,528+292,3·1,72)·10=6852 кДж
3) Расход тепла на потери в окружающую среду рассчитываются по формуле 4.4
Расчет площади поверхности аппарата производится по формуле:
F= Sцил, (4.27)
где Sцил – площадь цилиндра, м2,
Площадь цилиндра рассчитываем по формуле 4.6
Sцил= 3,14·0,6·3=5,7 м2
F=5,7 м2
α = 9,74+0,07 · (40-20)= 11,14 Вт/м2·К
Q3 = 5,7·11,14·10800·(40-20)=13715,6 кДж
Qкжто = 380361,58+6852-13715,6=373497,98 кДж
4) Расход воды на этой стадии рассчитывается по формуле 4.22.
Gводы=
кг
Б) Тепловой баланс на стадии вакуум-сушки
Qкжто. = Q1+Q2 - Q3, где (4.28)
Qкжто – суммарный расход тепла,
Q1 – расход тепла на конденсацию;
Q2 – расход тепла на охлаждение конденсата;
Q3 – расход тепла на потери в окружающую среду.
1) Расход тепла конденсацию рассчитывается по формуле 4.18.
Q1 = 378,75·1045,95+2308,7·170=788632,56 кДж
2) Расход тепла на охлаждение конденсата рассчитывается по формуле:
Q2 = (mтол·стол+ mводы·своды) · Т, (4.29)
где mтол- масса толуола, кг (таблица 2.5);
cтол – теплоемкость толуола , Дж/кг·К;
mводы – масса воды, кг (таблица 2.5);
своды – теплоемкость воды, Дж/кг·К;
tб – температура кипения, °С
tм – температура конденсации, °С
Q2 = (1045,95·1,72+170·4,19)·10=25113 кДж
3) Расход тепла на потери в окружающую среду рассчитывается по формулам 4.4- 4.9
Sцил= 3,14·0,6·3=5,7 м2
F=5,7 м2
α = 9,74+0,07 · (40-20)= 11,14 Вт/м2·К
Q3 = 5,7·11,14·10800·(40-20)=13715,6 кДж
Qкжто = 788632,56+25113- 13715,6=800029,96 кДж
4) Расход воды на этой стадии рассчитывается по формуле 4.22.
Gводы=
кг
В) Тепловой баланс на стадии отгонки толуола производится по формуле 4.28.
1) Расход тепла на конденсацию рассчитывается по формуле 4.23.
Q1 = 3795,2·378,75=1437432 кДж
2) Расход тепла на охлаждение конденсата рассчитывается по формуле 4.19.
Q2 = 3795,2·1,72·10=65277,44 кДж
3) Расход тепла на потери в окружающую среду рассчитывается по формулам 4.4 -4.9
Sцил= 3,14·0,6·3=5,7 м2
F=5,7 м2
α = 9,74+0,07 · (40-20)= 11,14 Вт/м2·К
Q3 = 5,7·11,14·10800·(40-20)=13715,6 кДж
Qкжто = 1437432+65277,44-13715,6=1488993,8 кДж