Нагрев ведётся горячей водой в течение 11 часов, кДж:

3949641,43 / 11 = 359058,31

Расход горячей воды

W = Qнагр. / своды • (Т1 – t2ср.) = 359058,31 / 4,19 • (80 – 62,7) = 4953,42 кг/ч = 5 м3/ч

где: своды – теплоёмкость воды = 1 • 4,19 = 4,19 кДж/кг•К [из регламента КХЗ]

t2ср. – средняя конечная температура сходящей воды;

Т1 = 800С

t2ср = Т1 + ∆tср • 2,3 lgA

A = (T1 – t2) / (T2 – t1) = (80 – 55) / (70 – 55) = 1,66

∆tср = t2 – t1 / [2,3 lg (T1 – t1) / (T1 – t2)] • (A – 1) / (2,3 A lgA)

∆tср = 55 – 10 / [2,3 lg (80 – 10) / (80 – 55)] • (1,66 – 1) / (2,3 • 1,66 lg1,66) = 340C

T2ср = 80 – 34 • 2,3 lg1,66 = 62,70С

Определяем необходимую площадь теплообмена аппарата, для этого необходимо рассчитать коэффициент теплоотдачи:

Определяем теплоту реакции по энтальпии сгорания:

По уравнению Коновалова, кДж/моль:

gm = 204,2n + 44,4m + ∑X = Hсгор. = 204,2 • 29 + 44,4 • 9 + 464,5 = 6785,9 [14, с. 26]

где: n – число атомов кислорода, необходимое для полного сгорания вещества;

m – число молей, образующейся воды;

Х – поправка (термическая характеристика) постоянная в пределах гомологического ряда.

Поправка: С–С = 6 • 0 = 0 [14, с. 269]

R–O–Rٰٰ = 3 • 87,9 = 263,7

R–CO–Rٰ = 4 • 50,2 = 200,8

6785,9 / 193 = 35,2 кДж/кг

СН3 – СН2 – СН2 – СНО + 5,5О2 4СО2 + 4Н2О

По уравнению Коновалова, кДж/моль:

gm = 204,2n + 44,4m + ∑X = Hсгор. = 204,2 • 12 + 44,4 • 4 + 75,3 = 2703,3

Поправка: С–С = 3 • 0 = 0

R–СН=О = 75,3 [14, с. 269]

2703,3 / 72 = 37,5 кДж/кг

– CH2 – CH – CH2 – CH – CH2 – CH – CH2 – CH – + 25,5О213СО2 + 12Н2О

Поправка: С–С = 10 • 0 = 0 [14, с. 269]

R–O–Rٰٰ = 5 • 87,9 = 439,5

По уравнению Коновалова, кДж/моль:

gm = 204,2n + 44,4m + ∑X = Hсгор. = 204,2 • 51 + 44,4 • 12 + 439,5 = 11386,5

11386,5 / 260 = 43,8 кДж/кг

Определяем энтальпию сгорания, кДж/кг:

1. gp = ğ1 – ∆n • R • T = 35,2 – (10 – 9 – 12) • 8,314 • 10–3 • 298 = 62,5

∆Н298 = – 62,5

2. gp = 37,5 – (4 – 4 – 5,5) • 8,314 • 10–3 • 298 = 51,1

∆Н298 = – 51,1

3. gp = 43,8 – (13 – 12 – 25,5) • 8,314 • 10–3 • 298 = 104,5

∆Н298 = – 104,5

Определяем изменение энтальпии реакции энтальпии сгорания, кДж/кг:

∆Н298 = ∑∆Н298 (нач) – ∑∆Н298 (кон) = (–62,5) + (–51,1) – (–104,5) =9,1 • 103 / 7010 = 1,3

Определяем тепловую нагрузку, кДж/сут:

∆Qнагр. = 1,3 • 22485,06 = 29230,60

Определяем тепло выносимое из аппарата с продуктами реакции, кДж/сут:

22485,06 • 2,41 • 55 = 2980394,70

Потери тепла в окружающую среду составляют 5% от вносимого тепла, кДж/сут:

3595011,6 • 0,05 = 179750,58

Определяем необходимую площадь теплообмена аппарата, для этого необходимо рассчитать коэффициент теплоотдачи:

К = 1 / (1 / α1 + σ / λ + 1 / α2)

Определяем коэффициент теплоотдачи между теплом и стенкой аппарата:

S = 3,14 / 4 • (3,442 – 3,42) = 0,21 м2

W = z / (3600 • S • ρ) = 6800 / (3600 • 0,21 • 1000) = 0,09 м/с

Re = w • ℓ • ρ / μ = 3 • 3,9 • 1000 / 0,32 • 10–3 = 36562500 – режим движения устойчивый турбулентный

где: λ = 0,515 • 1,16 Вт/м;

μ = 0,801 • 10–3 н•сек/м2; [12, с.805]

ρ = 1000 кг/м3;

ℓ – длина рубашки = 3,9 м;

с – теплоёмкость воды = 0,999 • 4,19 кДж/кг•К [12, с.808]

Pr = μ • с / λ = 0,801 • 10–3 • 0,999 • 4,18 / 0,515 • 1,16 = 0,005

Nu = 0,023 • Re0,7 • Pr0,43 = 0,023 • 365625000,7 • 0,0050,43 = 461,8

α1 = Nu. • λ / ℓ = 461,8 • 0,515 • 1,16 / 0,04 = 6897 Вт/м2•К

Определяем коэффициент теплоотдачи от стенки аппарата к реакционной массе. Масса перемешивается мешалкой:

n – число оборотов мешалки = 180об/мин = 3 об/сек; [из регламента]

d – диаметр ометаемой части мешалки = 1,42 м;

ρсм = 917,2 кг/м3;

μ = 2,6 • 10–3 н•сек/м2;

λ = 0,37 • 1,16 Вт/мк;

с = 2,56 кДж/кг•К

Reмеш = n • d2 • ρ / μ = 3 • 1,422• 917,2 / 2,6 • 10–3 = 2133972 – режим движения устойчивый турбулентный

Prмеш = μ • с / λ = 2,6 • 10–3 • 2,56 / 0,37 • 1,16 = 0,02

Nu = 0,36 • Re0,57 • Pr0,33 = 0,36 • 21339720,57 • 0,020,33 = 1753,9

α2 = Nu. • λ / ℓ = 1753,9 • 0,37 • 1,16 / 3,35 = 224,7 Вт/м2•К

К = 1 / (1 / 6897 + 0,004 / 40 + 1 / 224,7) = 238 Вт/м2•К

Определяем поверхность теплообмена, м2:

F = ∆Q / (К • ∆tср• nапп.) = 434866,32 / (238 • 15 • 6) = 20,3

где: nапп. – количество ацеталяторов = 6 шт.

100 300

300 400

200 100

∆tср = (20 + 10) / 2 = 150С

Определяем поверхность теплообмена подобранного аппарата, м2:

Fапп. = π • d • ℓ = 3,14 • 3,35 • 2,25 = 23,7

Поверхность подобранного аппарата обеспечит подвод и отвод тепла реакции.

3.4ВЫБОР И РАСЧЁТ ОСТАЛЬНОГО ОСНОВНОГО И ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ. НАЗНАЧЕНИЕ КАЖДОГО ВИДА ОБОРУДОВАНИЯ, КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ УСТРОЙСТВА, ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ И РАСЧЁТ КОЛИЧЕСТВА К УСТАНОВКЕ

Основным аппаратом является ацеталятор. Он представляет собой ёмкость объёмом 40 м3, рабочее давление в аппарате 3 атм., температура среды 550С. Средой является масляный альдегид, поливиниловый спирт, соляная кислота. Аппарат снабжён рубашкой для обогрева и имеет эмалевое покрытие. Эмалированное покрытие отличается высокой коррозионной стойкостью и обеспечивает максимальную чистоту перерабатываемых продуктов. Эмалированная поверхность устойчива к воздействию щелочных растворов, а также большинства неорганических и органических кислот любых концентраций и их солей. Аппарат имеет пропеллерную мешалку с числом оборотов 120 об./мин. В днище аппарата предусмотрен вентиль для периодического выпуска продукта.

Механический расчёт мешалки:

Определяем критерий Рейнольдса:

Re = ρ • n • d2 / μ = 963 • 3 • 1,52 / 3,2 • 10–3 = 2031328 – режим турбулентный

ρ– плотность реакционной смеси = 963 кг/м3;

d – диаметр мешалки = 1,5 м;

n — частота вращения мешалки = 3 об/сек

Определяем мощность, потребляемую на перемешивание среды, Вт:

Nmax = Kn • ρ • d5 • n3 = 0,17 • 963 • 1,55 • 33 = 23772,7

где: Кn = 0,17 — критерий мощности

Рассчитаем мощность на валу мешалки, Вт:

NB = K1 • K2 • (∑K + 1) • Nmax = 0,75 • 1,4 • (2,4 + 1) • 23772,7 = 84868,54

где: К1 = 0,75 – коэффициент заполнения;

К2 = 1,4 – коэффициент увеличения мощности при пуске или в результате повышенной вязкости среды;

∑K = 2,4 – сумма коэффициента увеличения мощности, вызываемая наличием в аппарате вспомогательных устройств

N = Kn • ρ • d5 • n3 = 0,37• 963 • 1,55 • 33 = 73054,68