Основные направления развития предприятий полимерной промышленности, тенденции совершенствования оборудования, страница 13

где Q_1,3 – тепло, затрачиваемое на нагрев или охлаждение реакционной массы и реактора, Дж;

      Κ_1,3 – коэффициент теплопередачи при нагреве или охла­ждении, Вт/м²·К;

(2.11)

      (ΔТ_ср)_1,3 – средняя разность температур, град.

Если рассматриваемый аппарат находится в закрытом помещении, величину α_1,3 можно рассчитать, пользуясь сле­дующим эмпирическим уравнением:

(2.12)

Уравнение (2.12) справедливо при температуре стенки (Т_ст) не выше 150°С.     

Количество тепла

(2.13)

где: G_p — масса реактора, кг;

с_р — теплоемкости   материала, из   которого   изготовлен реактор, Дж/кг·град;

(2.14)

где m₁, m₂, ..., m_i – массы компонентов, загруженных в реактор, кг;

с₁, с₂, …, с_i – теплоемкости компонентов, Дж/кг· град;

ΔT = T_ρ – Т_н – разность температур  жидкости при ее нагреве от начальной T_ρ до темпера­туры реакции Т_н;

ΔT_з = T_ρ – Т_к – разность температур жидкости при её охлаждении от T_ρ до конечной Т_к.

Так как при нагреве или охлаждении температура реак­ционной массы изменяется во времени, средняя разность тем­ператур должна  рассчитываться  по условиям  неустановив­шегося процесса теплообмена.

При нагреве аппарата теплоносителем, конечная темпе­ратура которого θ₂ возрастает во времени,

(2.15)

где

Если температура теплоносителя постоянна в процессе нагрева (обогрев конденсирующимся паром), (Δ7Όρ)ι рас­считывается обычным способом (как средняя арифметиче­ская или логарифмическая).

При охлаждении реактора хладоносителем, конечная тем­пература которого Ог изменяется во времени,

(2.16)

где

В уравнениях (2.11), (2.15) и (2.16) приняты следующие условные обозначения:                                                        ,

Тр— температура реакции;

Тн –*– начальная  температура  реакционной  массы,  загру­женной в реактор;

Тк — конечная  температура   реакционной   массы,   выгру­жаемой из реактора;                           ;          . θι — температура  теплоносителя   (хладоносителя),  посту­пающего в реактор;

ΘΣ — тем'пература теплоносителя   (хладоносителя), уходя­щего из реактора в конце нагрева или охлаждения; Т0. с — температура окружающей среды.

На второй стадии, т. е. во время реакции, нормальная работа аппарата определяется в основном условиями тепло­обмена.

Тепловую нагрузку теплообменных устройств реактора (стенок сосуда, заключенных в рубашку, дополнительных змеевиков) можно рассчитать по уравнению

где Qp — тепловаямощность,  выделяющаяся   (4–)   или по­требляемая (—) в процессе реакции, Вт;

QN=N — тепловая  мощность, вводимая  в  аппарат  переме­шивающим устройством, Вт  (N рассчитывается по уравнению (2.18). Мощность,   затрагиваемаяна   перемешивание   жидкости

где KN — критерий мощности;

ρ — плотность жидкости, кг/м3;

32

η — частота вращения мешалки, об/с; аи — диаметр'мешалки, м.

Для «аиболее распространенных случаев перемешивания жидкостей в химических реакторах /(« —f(Reu), причем при интенсивном перемешивании жидкостей (развитая турбу­лентность, когда Кец>Ш3) влияние сил вязкостного трения, а следовательно, и критерия Кец, на мощность очень мало.

Если критерий Нец изменять от 104 до 10е, то ΚΝ соот­ветственно будет иметь значения 0,4 и 0,32. Относительное отклонение этих величин ΚΝ от среднего /(«=0,36 составит ±11%. Следовательно, при ориентировочных расчетах мож­но принять

где Qn= (0,1–7–0,15) QP —потери тепловой  мощности  в окру­жающую среду, Вт;

QB — тепловая мощность, выносимая с ларами жидкости в обратный кон­денсатор–холодильник, Вт (рассчи­тывается при условии, что в кон­денсатор–холодильник поступает · в час не более 5% объема жидкости, загруженной в реактор);

QK — тепловая    мощность,    необходимая для    нагрева    возвращающегося    в реактор конденсата до температуры реакции. Тепловая мощность реакции

где VX = V$— объем жидкости в реакторе, .и3·;