Расчет каскада реакторов с перемешиванием для производства блочного полистирола методом неполной конверсии: Методические указания к практическим занятиям по дисциплине "Основы проектирования", страница 3

Тепловой поток, выходящий из первого реактора со стиролом:

q'ct = (1 - 0,156 ) • 0,97 • 2,29 • 120   = 225 кВт

Тепловой поток, выходящий из первого реактора с полистиролом:

QПС = XК   •  ШСМ 'С  ПС ' tl

где тем - масса смеси стирола с полистиролом, выходящая из первого

реактора;

с¹ пс - удельная теплоемкость полистирола при 120°С.

Q'nc = 0,156-0,97-1,86-120 = 33,8 кВт

Тепловой поток, выходящий из первого реактора при испарении стирола:

О'исп = 0,05 • Vo • Гст где Гст - теплота парообразования стирола, кДж/кг.

Гст = 19,2 • 10³ ( 1,91 + IgT ) • (Т / Мет)

9 гст= 19,2-10³( 1,91+Ig393)-(393/104) -326,8 кДж/кг

Р'исп = 0,05 • 0,97 • 326,8 = 15,8 кВт

Тепловые потери 10 % от общего расхода:

QW = 0,1 • ( q'ct + Q'nc + QVn)

Q'nor = 0,1 • ( 225 + 33,8 + 15,8) = 27,5 кВт

Q'pacx = 225 + 33,8 + 15,8 + 27,5 = 302,1 кВт

Тепловой поток, который необходимо отводить с охлаждающей водой для поддержания режима в первом реакторе:

Qохл = Qприх — Qрасх

С^охл = 313,4-302,1 = 11,3 кВт

Количество охлаждающей воды, которое требуется на поддержа­ние режима:   С*в = (^охл /Св * ( t²B-t^JB) где Св - удельная теплоемкость воды, кДж/ (кг • К); t'e, t²B - температура воды до входа и после выхода из рубашки реактора.

С'в = 11,3/4,19-(35-15) - 0,135 кг/с

Второй реактор (температура 140°С.)

Тепловой поток, поступающий во второй реактор:

Qприх = Qст + Qпс + Qэкз

где Q²3K3 - тепловой поток, поступающий во второй реактор в результате выделения тепла в процессе реакции полимеризации:

Qэкз = (Xк — Xк ) • Шсм • Нэкз где Х²к - конверсия мономера на выходе из второго реатора.

Q²₃K3 = ( 0,6 - 0,156 ) • 0,97 • 705,8 - 304 кВт

Q²n_PHx = 225 + 33,8 + 304 = 562,8 кВт

Тепловой поток, выходящий из второго реактора со стиролом, по­листиролом, испарением мономера и учетом потерь:

Qрасх = Qст + Qпс + Qисп + Qпот

0²ст = (1 - Х²к) • тем • с²ст • 1₂

где С²ст - удельная теплоемкость стирола при 140°С.

ti - температура потока на выходе из второго реактора.

Q²cx = (1 - 0,6 )• 0,97 • 2,44 • 140 = 132,5 кВт

Q пс = X к • тем • С пс • ti где С²пс - удельная теплоемкость полистирола при 140°С.

Q²nc= 0,6 • 0,97 • 2,01 • 140 = 163,8 кВт

Тепловой поток, выходящий из второго реактора с испаряющимся стиролом (10 % от массы стирола, поступающего во второй аппарат):

Q²ncn = 0,1 • (1 - Х*к) • тем • гст

при 140°С   Гст = 19,2 -10³ ( 1,91 + IgT ) • (Т / Мет) =

= 19,2 -10³ ( 1,91 + lg 413 ) • ( 413 /104 ) - 345,3    кДж/кг

10

Q²Hcn - 0,1 • (1 -0,156 ) • 0,97 • 345,3 = 28,3 кВт Тепловые потери, составляющие 10 % от суммарного расходного потока:

0²пот = ОД • (Q²cr + Q²nc + Q²_HCn ) Q²nor = 0,1 • (132,5 + 163,8 + 28,3 ) - 32,5 кВт Q²pacx = 132,5 + 163,8 + 28,3 + 32,5 = 357,1 кВт Количество тепла, которое необходимо отводить для поддержания режима:

Q охл = Q прих — Q расх Q²o™ = 562,8 - 357,1 =   205,7 кВт

Количество охлаждающей воды, которое требуется на поддержа­ние режима определяем по формуле:   С²в = С?²охл / Св • (1²в - t'e) где Св - удельная теплоемкость воды, кДж/ (кг • К); t'e, t²B - температура воды до входа и после выхода из рубашки реактора. О²в = 205,7 / 4,19 • ( 35 - 15 ) = 2,45 кг/с

Третий реактор (температура 150°С.)

Тепловой поток, поступающий в третий реактор:

Qприх = Qст + Qпс + Qэкз

где р³экз - тепловой поток, поступающий в третий реактор в результате выделения тепла в процессе реакции полимеризации:

Qэкз = (Xк — Xк ) • Шсм • Нэкз

о

где X к - конверсия мономера на выходе из третьего реактора.

Р²экз = ( 0,86 - 0,60 )• 0,97 • 705,8 = 178,0 кВт

Q³n_PHx= 132,5 + 163,8 + 178 = 474,3 кВт

Тепловой поток, выходящий из третьего реактора со стиролом, по­листиролом, испарением мономера и учетом потерь:

Qрасх = Qст + Qпс + Qисп + Qпот

Тепловой поток, выходящий из третьего реактора с остаточным мономером:

QСТ = (1 — XК ) • ШСМ ' С СТ • 1з

где С³ст - удельная теплоемкость стирола при 150°С.