3.2.2 Тепловой баланс реактора
Суть теплового баланса реактора заключается в определении количества несбалансированного тепла, образующегося в ходе процесса и в расчете количества водяного конденсата, необходимого для снятия избытка тепла процесса синтеза МТБЭ. Количество вносимого в реактор или уносимого из реактора тепла определится по формуле
где Gi – расход i-го компонента, кг/с; Сpi – теплоемкость i-го компонента, кДж/(кг∙град); ti – температура, °С.
Для углеводородных компонентов сырья и продуктов реакции теплоемкость определим по формуле
где
– относительная плотность нефтепродукта.
Значение
определим по формуле
где
- относительная плотность нефтепродукта
при 20 °С. Является справочной величиной.
Значения плотностей углеводородных компонентов сырья представлены в таблице 3.5.
Таблица 3.5 – Плотности углеводородных компонентов сырья
|
Компонент |
Плотность, ρ420 |
Плотность, ρ1515 |
|
∑C3 |
0,5100 |
0,5162 |
|
Изобутан |
0,5573 |
0,5633 |
|
Н-бутан |
0,5789 |
0,5847 |
|
Бутен-1 + бутен-2 |
0,5945 |
0,6002 |
|
Изобутилен |
0,595 |
0,6007 |
|
∑C5 |
0,6262 |
0,6317 |
|
Диизобутилен |
0,7149 |
0,7199 |
Значения теплоемкости метанола, третбутанола и МТБЭ являются справочной величиной.
Потери тепла в реакторе принимаются равными 1 % от входящего тепла.
Реакция синтеза МТБЭ протекает с выделением тепла. Тепловой эффект реакции определяется по формуле
где НПРОД и НС – теплоты образования продуктов реакции и исходного сырья соответственно, кДж/моль.
Ввиду малой доли побочных реакций в ходе процесса их влиянием на тепловой эффект пренебрегаем. Теплоты образования метанола, изобутилена и МТБЭ приведены в таблице 3.6.
Таблица 3.6 – Теплоты образования компонентов
|
Компонент |
МТБЭ |
Метанол |
Изобутилен |
|
Теплота образования, кДж/моль |
-291 |
-201 |
-16,92 |
Таким образом, согласно реакции, по которой протекает процесс, тепловой эффект реакции составит
Мольное количество образовавшегося МТБЭ составит
Таким образом, количество тепла, выделившееся в ходе синтеза МТБЭ составит
Тепловой баланс реактора представлен в таблице 3.7.
Из таблицы 3.7 видно, что разность входящего и уходящего тепла равняется
Количество воды, необходимой для снятия избытка тепла процесса, вычисляется по формуле:
где Срв – теплоемкость воды, принимается равной 4,187 кДж/(кг∙К); tН и tК – начальная и конечная температура соответственно охлаждающей воды, °С; принимаем соответственно 20 и 40 °С.
Подставляя значения, получим
Таблица 3.7– Тепловой баланс реактора
|
Компонент |
Расход, кг/с |
Температура, °С |
Теплоемкость, кДж/(кг∙град) |
Количество тепла, кДж/с |
|
Приход |
|
|
|
|
|
∑C3 |
0,012 |
70,00 |
2,514 |
2,16 |
|
Изобутан |
0,049 |
70,00 |
2,406 |
8,26 |
|
Н-бутан |
0,294 |
70,00 |
2,362 |
48,64 |
|
Бутен-1 + бутен-2 |
0,907 |
70,00 |
2,331 |
148,02 |
|
Изобутилен |
1,187 |
70,00 |
2,330 |
193,54 |
|
∑C5 |
0,002 |
70,00 |
2,272 |
0,39 |
|
Свежий метанол |
0,638 |
70,00 |
2,610 |
116,51 |
|
Циркулирующий метанол |
2,074 |
70,00 |
2,610 |
379,00 |
|
Вода |
0,002 |
70,00 |
4,187 |
0,53 |
|
Тепло реакции |
- |
- |
- |
1456,41 |
|
Итого |
5,166 |
|
|
2353,46 |
|
Расход |
|
|
|
|
|
МТБЭ |
1,754 |
70,00 |
2,511 |
308,20 |
|
Непрореагировавший метанол |
2,074 |
70,00 |
2,610 |
379,00 |
|
Непрореагировавший изобутилен |
0,059 |
70,00 |
2,330 |
9,68 |
|
∑C3 |
0,012 |
70,00 |
2,514 |
2,16 |
|
Изобутан |
0,049 |
70,00 |
2,406 |
8,26 |
|
Н-бутан |
0,294 |
70,00 |
2,362 |
48,64 |
|
Бутен-1 + бутен-2 |
0,907 |
70,00 |
2,331 |
148,02 |
|
∑C5 |
0,002 |
70,00 |
2,272 |
0,39 |
|
Изооктилен |
0,006 |
70,00 |
2,129 |
0,84 |
|
Третбутанол |
0,007 |
70,00 |
2,771 |
1,44 |
|
Потери |
- |
- |
- |
23,53 |
|
Итого |
5,166 |
|
|
930,16 |