2. Период работы реактора

2.1.Приход тепла с хлорвинилом

q₁ = 320 кг/ч – часовой расход хлористого винила.

c₁ = 1,6 кДж/кг·град – теплоемкость жидкого хлористого винила,

t₁ = 290 ºК – температура поступающего в реактор хлористого винила.

Q₆ = q₁· c₁· t₁/3600сек = 320·1,6·290/3600 =41,2 кВт

2.2 Приход тепла с водой

q₂ = 320 кг /ч – часовой расход воды,

c₂ = 4,19 кДж/кг·град – теплоемкость воды,

t₂ = 290 ºК – температура поступающей в реактор воды.

Q₇ = q₂· c₂· t₂/3600сек = 320·4,19·290/3600 =108 кВт

2.3. Количество теплоты, которая выделяется при полимеризации.

q₁ = 320 кг/ч – часовой расход хлористого винила.

R = 1610 кДж/кг - теплота химической реакции.

φ = 0,9 - коэффициент учитывающий неполноту реакции (степень

превращения).

Q₈ = q₁· R· φ /3600сек = 320·1610·0,9/3600 = 128,8 кВт[1].

Для других полимеров

Полимер	Теплота полимеризации кДж/моль
Полиэтилен	95,0
Полиметилметакрилат	56,5
Полистирол	69,9
Полипропилен	85,8

[3].

2.4. Расход тепла с латексом.

q₃ = 610 кг/ч - часовой уход латекса из аппарата.

с₃ = 2,85 кДж/кг·К – теплоемкость латекса.

t₃ = 335 ⁰К - температура уходящего латекса.

Q₉ = q₃· c₃· t₃/3600сек = 610·2,85·335/3600=161,8 кВт

2.5. Потери через поверхность аппарата.

λ = 0,047Вт/м·К коэффициент теплопроводности,

w = 0,2 м толщина войлока.

Q₄ = λ /w (t_ст - t_возд) =( 0,047/0,2)(335-290) = 10,6 Вт/м². ( теплопотери через 1 квадратный метр).

Q₄·33,7 = 357,2 Вт/м² - потери тепла через всю поверхность реактора[2].

2.6. Определение теплоты, которую надо отвести.

Составим уравнение теплового баланса:

Qизб = Q₆ + Q₇ + Q₈ - Q₉ - Q₄ = 41,2+108+128,8-161,8-0,357= 115,8 кВт количество теплоты которую необходимо отвести и полезно утилизировать.

Пускай в змеевик под разряжением подается вода, которая принимает тепло от стенки, вскипает, превращается в пар, с которым уносится избыточное тепло.

2.7. Определение коэффициента теплоотдачи от латекса к поверхности змеевика.

α₃ = Nu·λ/ d_м[2]

Nu = C·Re^m·Pr^0,33·(μ/μ_ст)^0,14·Г^-1[2]

Re, критерий Рейнольдса

Для вычисления критерия Рейнольдса необходимо знать плотность латекса, так как соотношение подаваемой воды и хлорвинила не равны плотность нельзя рассчитать как среднее арифметическое.

ρ_см = ρ_водых_воды +ρ_{полимера}х_{полимера} = 983·(290/610) + 1350·(320/610) = 1176 кг/м³

х – массовые доли[4].

Динамическая вязкость растворов полимеров возрастает экспоненциально с концентрацией, для латексов справочных данных нет надо определять эмпирический для расчетов принимаем вязкость равную 2 Па·с.

n = 10 об/сек.

Re = ρ·n ·d_м²/μ = 1176·10·1,2²/2 = 8464

Pr , критерий Прандтля

Pr = c·μ/λ

Теплоемкость латекса с = 2,85 кДж/кг·К

Теплопроводность воды 0,634 Вт/м·К, теплопроводность поливинилхлорида 0,175 Вт/м·К, их средняя теплоемкость:

λ _см = λ _водых_воды + λ _{полимера}х_{полимера} = 0,634·(290/610) + 0,175·(320/610) = 0,393 Вт/м·К.

Pr = c·μ/λ = 2,85·10³·2/0,393 = 14504

Nu, Критерий Нуссельта

Nu = C·Re^m·Pr^0,33·(μ/μ_ст)^0,14·Г^-1 = 0,87·8464^0,62·14504^0,33·1·0,8125 =4614

α₃ = Nu·λ/ d_м = 4614·0,393/1,2 = 1511 Вт/м²·К

2.8. Определение коэффициента теплоотдачи от поверхности змеевика к кипящему слою воды.

Охлаждение происходит за счет вскипания жидкой воды подающейся под вакуумом при 50⁰С.

α₄ = b³· λ²_воды· ρ_ж ·∆T²_киип/μ··Т_кип[2]

b = 0,075 + 0,75(ρ_п/ρ_ж - ρ_п)^2/3 Безразмерная функция пара и жидкости.

ρ_п = 0,1301 кг/м³

ρ_ж = 983 кг/м³

b = 0,075 + 0,75(ρ_п/ρ_ж - ρ_п)^2/3 = 0,075 + 0,75 (0,1301/983-0,1301)^2/3 = 0,0769.

λ =65,9 Вт/мК – теплопроводность воды.

∆T = 6 град, - движущая сила процесса разность между температурой стенки и температурой подаваемой на испарения жидкости.

μ = 4,7·10^-4 м²/с –динамическая вязкость.

 = 66,17 Н/м – поверхностное натяжение.

Т_кип = 60 ⁰С – температура кипения.

α₄ = b³· λ²_воды· ρ_ж ·∆T²_киип/μ··Т_кип = 0,0769³·65,9 ²·983·6²/4,7·10^-4 ·66,17·60 = 34666

2.9. Коэффициент теплопередачи.

К₂= 1/ (1/ α₃ + Σδ/λ + 1/ α₄) = 1/ (1/ 1511 + 0,003/47 + 1/34666) = 1326 Вт/м²К.

2.10. Поверхность необходимая для съема тепла.

F = Qизб/ К₂ t_ср = 115800/1326·6= 14,55 м