Тепловой расчёт выполнен без учёта потерь.
Материальный баланс колонны окисления с учётом уноса компонентов абгазами представлен в таблице 6.
Таблица 6
Компоненты | Приход | Расход | Унос | |||
кг/ч | доля масс | кг/ч | доля масс | кг/ч | доля масс | |
ИПБ | 44402,60 | 0,6790 | 28160,10 | 0,6102 | 3570,68 | 0,1856 |
примеси в ИПБ | 138,59 | 0,0021 | 138,59 | 0,0030 |
|
|
Кислород | 3975,47 | 0,0608 |
|
| 628,28 | 0,0327 |
Азот | 14955,36 | 0,2287 |
|
| 14955,36 | 0,7773 |
АЦФ | 48,12 | 0,0007 | 183,68 | 0,0040 | 3,91 | 0,0002 |
ДМФК | 144,35 | 0,0022 | 725,34 | 0,0157 | 6,79 | 0,0004 |
ГП ИПБ | 1727,37 | 0,0264 | 16943,50 | 0,3671 | 1,26 | 0,0001 |
НСООН |
|
|
|
| 53,46 | 0,0028 |
Н2О |
|
|
|
| 20,92 | 0,0011 |
Итого | 65391,87 | 1 | 46151,21 | 1 | 19240,66 | 1 |
Температурный режим работы колонны t=1250С
Температура окислительной шихты на входе tошвх=1250С
Температура воздуха на входе tвозд=250С
Температура реакционной массы на выходе tрмвых=1250С
Термодинамические свойства компонентов реакционной массы приведены в таблице 7.[6]
Таблица 7
Компоненты | Ср(жид).125, Дж/моль·К,ж
| Ср(жид).120, Дж/моль·К | Ср(газ).120, Дж/моль·К,г | |||
ИПБ | 259,42 | 258,31 | 204,13 | |||
Кислород | 29,36 |
| 30,1 | |||
Азот | 29,12 |
| 29,25 | |||
АЦФ | 232,50 | 231,83 | 167,86 | |||
ДМФК | 315,26 | 314,37 | 220,79 | |||
ГП ИПБ | 315,26 | 314,37 | 220,79 | |||
НСООН |
| 92,55 | 34,27 | |||
Н2О |
| 92,55 | 34,27 |
Уравнение теплового баланса для колонны выглядит следующим образом:
где:
ΣQвых(РМ) - суммарное количество тепла, приходящее с компонентами, кДж/ч;
Qреакции - тепло реакции окисления ИПБ в ГПИПБ, кДж/ч;
ΣQвых(РМ) - суммарное количество тепла, уносимое с продуктами реакции,кДж/ч;
Qотвод - количество тепла, отводимое водой, кДж/ч;
Qпотерь- количество тепла, потерянное в ходе процесса, кДж/ч.
Определим тепло, вносимое окислительной шихтой:
где
Твх- температура реакционной массы на входе в реактор, К;
Сpi398 - теплоемкость i-го компонента реакционной массы, Дж/(моль·К);
Nприход,i- мольный поток i- го компонента реакционной массы, кмоль/ч.
Определим тепло, вносимое воздухом.
Теплота,выделившаяся при окислении ИПБ, превышает теплоту остальных превращений.Теплоту реакции рассчитываем по реакции окисления ИПБ в ГПИПБ(см. выше).
Тепловой эффект реакции окисления ИПБ равен:
ΔrH=ΔfH(ГПИПБ)393-ΔfH(кисл)393-ΔfH(ИПБ)393=-157105-0+41503= =-115606Дж/моль.
Согласно материальному балансу количество ИПБ,пошедшее на образование ГПИПБ в колонне равно:
Теплота,выделившаяся при окислении ИПБ в ГПИПБ, равна:
Т.к. потери тепла в окружающую среду составляют 3 % от общего прихода теплоты, то
Определим теплоту реакционной массы на выходе из аппарата:
|
|
Определим теплоту, уносимую с абгазом:
Так как процесс идет с выделением тепла, то необходимо предусмотреть съём тепла.
В качестве теплоносителя для съёма тепла используют воду.
Из теплового баланса окислительной колонны определим количества тепла, снимаемое водой:
Температура воды на входе tвхвода=150С
Температура воды на выходе tвыхвода=350С
Ср(вода)=4178,24 Дж/(кг·К)
Количество воды,необходимое для съёма тепла равно:
Определим поверхность теплообмена, обеспечивающую отвод тепла.
125 120
35 15
Найдём среднюю разность температур:
0С
0С
Отношение следовательно, можно принять среднюю арифметическую разность температур 0С
Исходя из условий теплообмена примем ориентировочный коэффициент теплопередачи К=120 Вт/(м2·0С)
Тогда поверхность теплообмена равна:
(3600 число секунд в одном часу для перевода кДж в кВт).