Промышленность \ Основы проектирования

Расчет каскада реакторов с перемешиванием для производства блочного полистирола методом неполной конверсии: Методические указания к практическим занятиям по дисциплине "Основы проектирования", страница 2

при 120°С Xi - 0,814 - 0,0021 ( 393 - 273 ) - 0,562 при 140°С Xi = 0,814-0,0021 ( 413-273 ) = 0,520 при 150°С Xi = 0,814-0,0021 (423-273 ) = 0,499 По формулам ( 2 ) вычисляем скорости полимеризации Rn при за­данных   температурах   и   различных   степенях   конверсии   мономера (табл.1). Затем строим графические зависимости скорости полимериза­ции Rn от конверсии мономера (рис. 2).

Для нахождения объема аппаратов используется графический ме­тод. Исходя из условия равного объема всех реакторов и равного време­ни пребывания реакционной массы в каждом аппарате для расчета ис­пользуются уравнения:

где Хн - конверсия мономера в реакционной массе на входе в реактор; Хк - конверсия мономера в реакционной массе на выходе из реактора;

τ'ι - продолжительность пребывания реакционной массы в одном аппара­те, ч.

Методом последовательных приближений определяется продол­жительность пребывания реакционной массы в аппаратах и степень кон­версии мономера на выходе из первого и второго реактора, используя

условие Хк   = 0,86 уравнения   ( 7 ) и ( 8 ), а также l/τί = const.

,   /-Я' τι =0,156 /(0,438- 0,52- 1 (Γ*-3600) = 1,90ч

Хк' = Хн2^ 0,156, ,   ·. ν,. ^ - ..^    j/r,' ·<:

Т2= (0,6-0,156)/(1 -0,6)· 1,62- Ю^с '-3600 =  1,90ч Хк2 - Хн3 - 0,6

тз= (0,86-0,60)7(1 -0,86)-2,77- Ю^с '-3600 = 1,90ч Общая продолжительность процесса:

тобщ= 1,9+1,9+1,9= 5,7 ч

Определяем объем одного аппарата по формуле ( 9 )

где    Vo - подача стирола, кг/с;

ρ - плотность стирола равная 906 кг/м3;

φ - кэффициент заполнения аппарата - 0,7.

Vi = V2 = V3 = 0,97- 1,9-3600/906-0,7 = 10,5 м3

Выбираем по каталогу реактор с номинальным объемом 12,5 м3 и с площадью поверхности теплообмена рубашки 21,0 м~.

Таблица 1

Зависимость скорости термической полимеризации стирола от конверсии мономера и температуры

Конверсия мономера, X

Скорость полимеризации Rn · 10 с" при температуре, °С

120

140

150

0,1

0,23

0,78

1,39

0,2

0,23

0,78

1,39

0,3

0,23

0,78

1,39

0,4

0,23

0,78

1,39

0,499

0,23

0,78

1,39

0,520

0,23

0,78

1,33

0,562

0,23

0,71

1,21

0,6

0,21

0,65

1,11

0,7

0,16

0,49

0,83

0,8

0,104

0,33

0,554

0,9

0,052

0, 1 63

0,28

8 1.3. Тепловые расчеты

Первый реактор (температура 120°С ).

Тепловой поток поступающий в первый реактор со стиролом

(температура стирола 100°С ):

qct= Vo• Сет • tcr                   кВт

где vo - подача стирола, кг/с;     Сет - удельная теплоемкость стирола (при100°С), кДж/(кг-К); tcx - температура стирола поступающего в первый реактор, °С.

Qcx = 0,97 -2,13-100 = 206,6   кВт

Тепловой поток, поступающий в первый реактор в результате вы­деления тепла в процессе реакции полимеризации:

Qэкз = Xк • Нэкз • Vo

где x'k - конверсия мономера на выходе из первого реактора; Нэкз - тепловой эффект реакции полимеризации стирола; (^экз = 0,156 • 705,8 • 0,97 = 106,8 кВт Суммарный тепловой поток, поступающий в первый реактор: Q прих = qct + Q экз Р1прих= 206,6+106,8 - 313,4 кВт Общий тепловой поток, выходящий из первого ректора:

Q расх = Q ст + Q пс + Q исп + Q пот

где q'ct - тепловой поток, выходящий из первого реактора со стиролом, кВт; QVc - тепловой поток, выходящий из первого реактора с полисти­ролом, кВт;      q'iiot - тепловые потери, составляющие 10 % от общего расходного потока, кВт.

QW = (1 - Х!к) • vo • С^т • tj

где с'ст - удельная теплоемкость стирола при 120°С, кДЖ / (кг • К); ti - темпертура потока на выходе из первого реактора;

Скачать файл