Промышленность \ Оборудование и основы проектирования лакокрасочных заводов

Проект виробництва алкідного лаку ПФ–171 потужністю 1000 т/рік, страница 13

Втрати тепла складаються з тепловтрат неізольованої поверхні апарата (кришки), ізольованї циліндричної поверхні й поверхні, укладеної в кожух, куди подається ВОТ.

Габарити апарата:

- h₁ – висота кришки апарата, дорівнює висоті днища, м, 0,450;

- h₂ – висота ізольованої циліндричної частини апарата, м, 0,784;

- h₃ – висота кожуха на циліндричній частині апарата, м, 1,58;

- D_ап – внутрішній діаметр апарата;

- R_кр – радіус сфери кришки апарата, м, 1,8.

Ізольована поверхня кришки

Втрати тепла від неізольованої кришки апарата

t_В =291 K (18 °С)

рівняння, що описує тепловтрати з боку стінки,

де q – втрати тепла з 1 м² поверхні в годину;

λ_ст – коефіцієнт теплопровідності сталі Х18Н12Т при 443 К, рівний 63,4785 кДж/м·град·год;

δ – товщина стінки апарата 0,01 м.

де α₁ – коефіцієнт тепловіддачі від стінки реактора до повітря

Коефіцієнт тепловіддачі від ізольованої стінки реактора до повітря α₂ кДж/м²·град·ч.

де λ_из – теплопровідність ізоляції, дорівнює 0,3771 кДж/м·град·год;

δ – товщина стінки апарата 0,1 м.

Втрати тепла ізольованою циліндричною поверхнею

Втрати тепла від напівтрубної сорочки.

Поверхня реактора, укладена в кожух:

де α₃ – коефіцієнт тепловіддачі від сорочки до повітря;

τ – час, год.

Для обдува сорочки застосовують повітря с початковою температурою t_Н=291 К (18 °С) і нагрівають до температури t_кон=310 К (45 °С), V – швидкість руху повітря 1 м/с. Середня температура повітря

Температура сорочки приймаємо рівною 328 К (55 °С). Коефіцієнт тепловіддачі для стінок, уздовж яких рухається повітря, рівний:

Тоді тепло, що витрачається на стадії нагрівання, можна виразити формулою:

6.2.2 Стадія витримки

Час витримки τ=2,5 ч. Тепло витрачається на компенсацію втрат тепла від реактора в навколишнє середовище.

Тепло, що губиться неізольованою кришкою апарата

Тепло, що губиться ізольованої циліндричною поверхнею

Тепло, що губиться кожухом

Загальна кількість тепла, що губиться на стадії витримки:

6.2.3 Стадія нагрівання фталевого ангідриду й ксилолу

Через те, що ФА подається в реактор у расплавленом виді, відпадає необхідність охолоджувати вміст реактора. У цій стадії тепло витрачається на нагрівання ФА й ксилолу, на втрати тепла в навколишнє середовище. Фталевий ангідрид подається в реактор з температурою рівної 458 К (185 °С) та нагрівається до температури поліконденсації 493 К (220 °С). Ксилол завантажується з температурою 293 К (20 °С) і нагрівається до температури кипіння 418 К (145 °С).

Тривалість нагрівання τ=1,7 години.

Втрати тепла кришкою

Тепло, що губиться ізольованої циліндричною поверхнею

Тепло, що губиться кожухом

Загальна кількість тепла, що губиться на стадії витримки:

6.2.4 Стадія витримки

Тривалість стадії поліконденсації дорівнює 6 годин. Температура витримки 493 К (220 °С). У цій стадії тепло витрачається на випар ксилолу й реакційної води, що утворюється в результаті реакції й із ксилолом утворюючої азеотропну суміш, а також на компенсацію втрат тепла в навколишнє середовище.

Кількість ксилолу, що бере участь в азеотропній суміші, дорівнює : 60% води – 40% ксилолу = 80,34 – х, х=54 кг [14]. Циркуляція ксилолу ухвалюється 5 раз за годину. Тоді кількість ксилолу в азеотропній суміші складе 54·5·6=1620 кг. Ксилол надходить із розділової посудини з температурою 343 К (70 °С) теплоємність азеотропної суміші розраховується по формулі:

де m_м, m_п – маси реагентів, кг.

Теплота випару азеотропної суміші

де r – схована теплота випару, для води рівна 2258,42 кДж/кг, для ксилолу 343,58 кДж/кг. Температура кипіння азеотропної суміші дорівнює 365 К (92 °С). Кількість азеотропної суміші = 80,34+54=134,34 кг.