Промышленность \ Химия и технология пленкообразующих веществ

Расчет теплового эффект реакции поликонденсации при получении лака ПФ-171

Страницы работы

14 страниц (Word-файл)

Посмотреть все страницы

Скачать файл

Содержание работы

6 ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ

6.1 Расчет теплового эффект реакции поликонденсации при получении лака ПФ-171

Таблица 6.1 - Загрузочная рецептура

Компоненты

Загрузка, кг

1. Масло льняное

2. Пентаэритрит

3. Фталевый ангидрид

4. Фталевый ангидрид в виде кислого эфира

5. Количество выделевшейся воды

5537

858

1575

250

160

Количество молей каждого компонента:

Масло льняное:

Фталевый ангидрид:

Фталевый ангидрид в виде кислого эфира:

Фталевый ангидрид в эфире:

10.31 – 1.64 = 8.67

Пентаэритрит:

Пентаэритрит в эфире:

Пентаэритрит в кислом эфире:

Свободный пентаэритрит:

6.17 – 4.335 – 0.41 = 1.425

Вода:

Расчет теплот образования всех компонентов, вступивших в реакцию и образующих в результате поликонденсации.

Теплота образования пентаэритрита:

Теплота образования пентаэритрита в эфире:

Теплота образования фталевого ангидрида:

Теплота образования фталевого ангидрида в эфире:

Теплота образования фталевого ангидрида в кислом эфире:

Теплота образования воды:

6.2 Тепловой расчет реактора

Характеристика реактора:

1. Полный объем реактора – 10 м³.

2. Коэфициент заполнения – 0,75.

3. Внутренний диаметр – 2200 мм.

4. Полная высота – 2980 мм.

5. Давление внутри реактора – наливное.

6. Температура – 353-523 К.

7. Теплоноситель – стенка аппарата.

8. Площадь крышки – 5,1 м².

9. Площадь изолированной цилиндрической поверхности – 5,42 м².

10. Поверхность реактора, заключенная в кожух – 16 м².

11. Вес аппарата – 6340 кг.

12. Материал – Ст Х18Н12Т.

6.2.1 Стадия нагрева

Льняное масло подается в реактор нагретым до температуры 120 °С (393 К). Пентаэритрит подается в твердом виде при температуре масла 180 °С (493 К). Начальная температура стенки реактора равна 80 °С (353 К). Длительность стадии нагрева – 2 часа.

Нагрев масла , где G – вес масла, кг; с – теплоемкость масла, кДж/кг·град; ∆t – разность температур между конечной 508 К и начальной 393 К.

Нагрев и плавление пентаэритрита

Нагрев аппарата до температуры 260 °С (533 К).

Потери тепла складываются из теплопотерь неизолированной поверхностью аппарата (крышкой), изолированной цилиндрической поверхностью и поверхностью, заключенной в кожух, куда подается ВОТ.

Габариты аппарата:

- h₁ – высота крышки аппарата, равная высоте днища, м, 0,450;

- h₂ – высота изолированной цилиндрической части аппарата, м, 0,784;

- h₃ – высота кожуха на цилиндрической части аппарата, м, 1,58;

- D_ап – внутренний диаметр аппарата;

- R_кр – радиус сферы крышки аппарата, м, 1,8.

Изолированная поверхность крышки

Потери тепла от неизолированной крышки аппарата

t_B=291 K (18 °С)

уравнение, описывающее теплопотери со стороны стенки,

где q – потери тепла с 1 м² поверхности в час;

λ_ст – коэффициент теплопроводности стали Х18Н12Т при 443 К, равный 63,4785 кДж/м·град·ч;

δ – толщина стенки аппарата 0,01 м.

где α₁ – коэффициент теплоотдачи от стенки реактора к воздуху

Коэффициент теплоотдачи от изолированной стенки реактора к воздуху α₂ кДж/м²·град·ч.

где λ_из – теплопроводность изоляции, равная 0,3771 кДж/м·град·ч;

δ – толщина стенки аппарата 0,1 м.

Потери тепла изолированной цилиндрической поверхностью

Потери тепла от полутрубной рубашки.

Поверхность реактора, заключенная в кожух:

где α₃ – коэффициент теплоотдачи от рубашки к воздуху;

τ – время, ч.

Для обдува рубашки применяют воздух сначальной температурой t_Н=291 К (18 °С) и нагревают до температуры t_кон=310 К (45 °С), V – скорость движения воздуха 1 м/с. Средняя температура воздуха

Температура рубашки принимаем равной 328 К (55 °С). Коэффициент теплоотдачи для стенок, вдоль которых движется воздух, равен:

Тогда тепло, расходуемое на стадии нагрева, можно выразить формулой:

6.2.2 Стадия выдержки

Время выдержки τ=2,5 ч. Тепло расходуется на компенсацию потерь тепла от реактора в окружающую среду.

Тепло, теряемое неизолированной крышкой аппарата

Тепло, теряемое изолированной цилиндрической поверхностью

Тепло, теряемое кожухом

Общее количество тепла, теряемое на стадии выдержки:

6.2.3 Стадия нагрева фталевого ангидрида и ксилола

Ввиду того, что ФА подается в реактор в расплавленом виде, отпадает необходимость охлаждать содержимое реактора. В этой стадии тепло расходуется на нагрев ФА и ксилола, на потери тепла в окружающую среду. Фталевый ангидрид подается в реактор с температурой равной 458 К (185 °С) инагреваетсядо температуры поликонденсации 493 К (220 °С). Ксилол загружается с температурой 293 К (20 °С) и нагревается до температуры кипения 418 К (145 °С).

Длительность нагрева τ=1,7 часа.

Потери тепла крышкой

Тепло, теряемое изолированной цилиндрической поверхностью

Тепло, теряемое кожухом

Общее количество тепла, теряемое на стадии выдержки:

6.2.4 Стадия выдержки

Длительность стадии поликонденсации равна 6 часов. Температура выдержки 493 К (220 °С). В этой стадии тепло расходуется на испарение ксилола и реакционной воды, образующейся в результате реакции и с ксилолом образующей азеотропную смесь, а также на компенсацию потерь тепла в окружающую среду.

Количество ксилола, принимающего участие в азеотропной смеси, равно : 60% воды – 40% ксилола = 80,34 – х, х=54 кг [справочник химика. – Л.: Химия, 1967. – Т.1-3.]. циркуляция ксилола принимается 5 раз в час. Тогда количество ксилола в азеотропной смеси составит 54·5·6=1620 кг. Ксилол поступает из разделительного сосуда с температурой 343 К (70 °С) теплоемкость азеотропной смеси расчитывается по формуле:

где m_м, m_п – массы реагентов, кг.

Теплота испарения азеотропной смеси

где r – скрытая теплота испарения, для воды равнв 2258,42 кДж/кг, для ксилола 343,58 кДж/кг. Температура кипения азеотропной смеси равна 365 К (92 °С). Количество азеотропной смеси = 80,34+54=134,34 кг.