2.2.2 Тепловой расчет аппарата

Исходные данные:

В реактор поступает реакционная смесь с температурой 70 0С.

Потери теплоты в окружающую среду 1,1% от прихода тепла.

Остальные данные из материального баланса.

Расчет:

На основании схемы тепловых потоков составляем уравнение теплового баланса.

Q1 + Q2 = Q3 + Q4 - уравнение для первого реактора,

Q5 + Q6 = Q7 + Q8 - уравнение для второго реактора.

Определим количество теплоты, поступающей с реакционной смесью

Q1 = G1 • Ср1 • t1

где:

G1 - количество поступающего сырья, кмоль;

Ср1 - удельная теплоемкость реакционной смеси, кДж/кг·К;

t - температура реакционной смеси, 0С.

G1 = 26784,11 кг/ч =7,44 кмоль

Определим удельную теплоемкость реакционной смеси

Ср (фенола) = 2344,98

Ср (тримера пропилена) = 2027,3

Состав реакционной смеси:

Фенол - 60 %,

Тримеры пропилена - 40 %.

Ср = У сpi·wi

Cр = 2344,98 • 0,60 + 2027,3 • 0,40 = 2217,90

Cр = 2217,9 = 2,218

Количество теплоты, поступающей с реакционной смесью

Q1 = 7,44 · 2,218 • 70 = 1155,13 кВт

Определим количество теплоты, выделившейся в результате экзотермических реакций

С6Н6О + С9Н18 = С15Н24О - целевая реакция образования алкилфенола; (1)

С6Н6О + 2 С9Н18 = С24Н42О - побочная реакция образования диалкилфенола. (2)

Q2 = Q1цел + Q2поб,

где:

Q1цел - количество теплоты, выделившаяся в результате экзотермической реакции (1),

Q2поб - количество теплоты, выделившаяся в результате экзотермической реакции (2).

Q1цел = G1 • ?Нр

Q2поб = G2 • ?Нр,

где:

?Нр1, ?Нр2 - изменения энтальпий в результате реакций (1) и (2), кДж/кг;

G1, G2 - количество образовавшегося алкилфенола и диалкилфенола после первого реактора (30 % алкилфенола и 1 % диалкилфенола от образовавшегося алкилата 26784,11 кг/ч), кмоль.

?Нр1 = 281,56 кДж/кг

?Нр2 = 106,52 кДж/кг

G1 = 8035,23 кг/час = 2,23 кмоль

G2 = 267,84 кг/час = 0,07 кмоль

Q1цел = 2,23 • 281,56 = 627,87 кВт

Q2поб = 0,07 • 106,52 = 7,46 кВт

Q2 = 627,87 + 19,70 = 635,33 кВт

Определяем количество теплоты, уходящей с алкилатом из уравнения теплового баланса для первого реактора

Q1 + Q2 = Q3 + Q4

Q3 = Q1 + Q2 - Q4,

но для этого необходимо найти Q4 - потери в окружающую среду.

Q4 = (Q1 + Q2) • 1,1%

Q4 = (1155,13 + 635,33) • 0,011 = 19,70 кВт

Отсюда находим Q3

Q3 = 1155,13 + 635,33 - 19,70 = 1770,76 кВт

Определяем температуру реакционной смеси на выходе из первого реактора

,

где:

G3 - количество образовавшегося алкилата, кмоль

Ср3 - удельная теплоемкость алкилата, кДж/кг·К.

G3 = 26784,11 кг/час = 7,44 кмоль

Определим удельную теплоемкость алкилата

Ср (фенола) = 2344,98

Ср (тримера пропилена) = 2027,3

Ср (алкилфенола) = 2450,63

Ср (диалкилфенола) = 2373,48

Состав алкилата:

фенол - 49 %,

тримеры пропилена - 20 %,

алкилфенол - 30 %,

диалкилфенол - 1%.

Ср = У сpi·wi

Ср = 2344,98 • 0,49 + 2027,3 • 0,20 + 2450,63 • 0,30 + 2373,48 • 0,01 =

= 2313,42 = 2,313

Составляем таблицу теплового баланса для первого реактора

Таблица 7. Тепловой баланс для первого реактора

Определим количество теплоты, уходящей с хладагентом из теплообменника

Qводы = Gводы • Срводы • (t2к - t2н)

где:

Gводы - расход охлаждающей воды, кмоль;

Срводы - удельная теплоемкость воды, ;