Тепловой баланс стадии нагрева

Q₁ Q₄

Q₅

Q₆

Q₂ Q₇

 

Рис. 7.1. Схема тепловых потоков.

где - теплота, поступающая в аппарат с хладоагентом, кДж;

- теплота, поступающая в аппарат с загруженными веществами, кДж;

- теплота, уносимая продуктами реакции, к Дж;

- теплота, расходуемая на нагрев реактора, кДж;

- теплота, расходуемая на нагрев теплоизоляции, кДж;

-теплота, теряемая в окружающую среду, кДж.

Для стадии полимеризации полистирола тепловой баланс может быть представлен следующим образом:

 

(7.1)

Рассчитываем теплоту, поступающую в аппарат с теплоносителем:

 

(7.2)

а) - теплота, поступающая в аппарат с загруженными веществами

(7.3)

где - количество i-компонента загруженного в реактор, кг;

- теплоемкость i-компонента, кДж/(кг град);

- температура загружаемых веществ С.

кДж/(кг град);

кДж/(кг град).

Q₂= кДж.

 

б) - теплота, уносимая продуктами реакции

(7.4)

где - количество j-компонента полученного в реакторе, кг;

- теплоемкость j-компонента, кДж/(кг град);

- температура, до которой ведется процесс, С.

 

кДж/(кг град); [3]

 

Q ₄ = Дж.

 

в) - теплота, расходуемая на нагрев реактора

(7.5)

где масса аппарата, кг;

С - теплоемкость материала аппарата, кДж/(кг град);

кг;

С=0,5 кДж/(кг град);

 

кДж.

 

г) - теплота, теряемая в окружающую среду.

Для этого определим толщину изоляции. Температура изолируемой стенки равна 100 С, а температура изоляции не должна превышать 45 С.

В качестве изоляции выбираем строительный войлок по ГОСТ 16381-77 [20,табл.2.4,с.22].

Коэффициент теплопроводности рассчитывается следующим образом:

, (7.6)

где Вт/м ^. с - коэффициент теплопередачи.

- средняя температура между температурой теплоносителя и поверхностью изоляции:

Вт/м

Толщина изоляции для цилиндрической поверхности с диаметром 1,5 м и более:

 

(7.7)

где толщина изоляции, м;

коэффициент теплопроводности, Вт/м ;

температура теплоносителя, С;

температура поверхности изоляции, С;

температура окружающей среды, С.

 

м.

Принимаем толщину изоляции 10 мм.

Теплопотери через изоляцию составляют:

 

(7.8)

где наружный диаметр рубашки с изоляцией, м;

наружный диаметр рубашки без изоляции, м;

мм, мм.

Вт/м

Площадь, через которую проходит тепло:

, м (7.9)

где Н- высота обечайки аппарата, м;

V- вместимость аппарата, м ;

F= 3.14*2*3.628* м

Из норм технологического режима ,

(7.10)

кДж

 

д) - теплота, расходуемая на нагрев теплоизоляции:

(7.11)

где - теплоемкость изоляции, кДж/(кг град);

- объемная масса изоляции, кг/м ;

- объем изоляционного слоя, м .

=0,84 кДж/(кг град); [20]

=200 кг/м ;[11]

F=23.87 м ;

(7.12)

V=0.01*23.87=0.2387м

кДж

Тогда

Q₁ = +387500+2185.54+195959-1092,5=1359287,74кДж

Тепловой поток стадии нагрева:

,

где τ₁ – время стадии нагрева.

Все расчеты сводим в таблицу:

Таблицу 7.1

Тепловой баланс стадии полимеризации

Приход	кДж	Расход	кДж
1.Теплота, поступающая в аппарат с теплоносителем	1359287,74	1. Теплота, уносимая продуктами реакции
2. Теплота, поступающая в аппарат с загруженными веществами	1092,5	2. Теплота, расходуемая на нагрев реактора
		3. Теплота, расходуемая на нагрев теплоизоляции	2185.54
		4. Теплота, теряемая в окружающую среду
Итого	1360380,24	Итого	1360380,24