получение МС-40. диплом расчёты. Рассмотрим компонентный состав рецептуры флексографической краски на основе органических растворителей (табл. )

• Название: Рассмотрим компонентный состав рецептуры флексографической краски на основе органических растворителей (табл. )
• Анкор: получение МС-40
• Дата: 25.05.2023
• Размер: 196.26 Kb.
• Имя файла: диплом расчёты.docx
• Тип: Документы; #1158942
• страница: 3 из 3

Расчет тепла, выходящее из реактора с продуктами реакции, ведется по формуле (19):

(19)

где – тепло, выходящее из реактора с i – продуктами реакции, кДж/цикл.

Тепло, выходящее из реактора с i – продуктами реакции рассчитывается по формуле (20):

, (20)

где – мольный поток j – продукта реакции, моль/цикл; – теплоемкость j – продукта реакции, Дж/моль·К; – температура j – продукта реакции, К.







Для сополимера МС-40 формула будет выглядеть следующим образом:

, (21)

где – массовый поток j – продукта реакции, кг/цикл; – теплоемкость j – продукта реакции, Дж/кг·К; – температура j – продукта реакции, К.



Тогда, тепло выходящее из реактора с продуктами реакции, будет составлять:



Потери рассчитываются по формуле (22):

(22)



Определим q_F по формуле (23):

(23)



Если отрицательная величина, то ее ставят в приход тепла (тепло требуется дополнительно подводить). Если положительная, то ее ставят в расход тепла с положительном знаком (тепло следует отводить). Составим таблицу теплового баланса реакции.

Таблица – Тепловой баланс реакции.

Наименование	кДж/цикл	%
Приход
		32,45
		64,55
		0
∑		100
Расход
		56,35
		3,00
		40,65
∑		100

В результате расчета теплового баланса определили количество тепла, которое необходимо отводить от реактора для обеспечения устойчивого теплового режима ( = кДж за один цикл).


2.4 Расчёт и выбор реактора

Экзотермические реакторы идеального смешения широко применяются в химической и нефтехимической промышленности. При этом, основной проблемой их расчета является определение поверхности рубашки и, при необходимости, поверхности змеевика, обеспечивающих отвод тепла реакции от реакционной массы к хладагенту.

Постановка задачи состоит в расчете технологических параметров и геометрических размеров экзотермического реактора идеального смешения по заданной производительности, степени конверсии основного реагирующего компонента и тепловому эффекту реакции.

Составим таблицу и внесем в нее физические свойства реагентов, необходимые для расчета.

Таблица - Физические свойства исходных реагентов.

Компонент	Плотность, кг/м3	Вязкость, мПа∙с	Теплопроводность, Вт/м∙К	Теплоёмкость, Дж/моль∙К
Стирол	906	0,696	0,137	182,59
ММА	940	0,530	0,147	175,73
Вода	1000	1,788	0,556	33,56

Плотность реакционной смеси можно рассчитать по формуле (24):

, (24)

где – массовая доля i–го компонента в смеси; –плотность i–го компонента в смеси, кг/м³.



Вязкость реакционной смеси рассчитывается по формуле (25):

, (25)

где – мольная доля i–го компонента в смеси; – вязкость i–го компонента в смеси, мПа·с.





Теплопроводность реакционной смеси можно рассчитать по формуле (26):

, (26)

где – массовая доля i – го компонента в смеси; – теплопроводность i – го компонента в смеси, Вт/м·К.



Теплоемкость реакционной смеси можно рассчитать по формуле (27):

, (27)

где – массовая доля i – го компонента в смеси; – теплоемкость i – го компонента в смеси, Дж/моль·К.



Определим среднюю разность температур из следующего соотношения. Смесь в реакторе нагревается С 323 до 403 К, а вода нагревается с 298 К до 373 К.

313-403

298-378

Разность:

15-25





Продолжительность одного цикла равна 900 минут, тогда объем реакционного аппарата находим по формуле (28):

, (28)

где – объем реакционной смеси, м³; – запас мощности (0,15); – коэффициент заполнения объема реактора (0,90); – число реакторов, установленных в технологическую схему, 1.



Выбираем стандартный аппарат со следующими характеристиками: .

Так как получаемый продукт полимер, то во время реакции вязкость реакционной массы будет повышаться. Поэтому выбираем якорную двухлопастную мешалку для перемешивания веществ.

Для этой мешалки справедливо соотношение:



Таким образом:



Выберем стандартную мешалку диаметром .

Окружная скорость вращения мешалки равна 2,25 м/с. Тогда найдем частоту вращения мешалки по формуле (29):

, (29)

где – диаметр мешалки, м; – окружная скорость мешалки.



Критерий Рейнольдса рассчитывается по формуле (30):

, (30)

где – частота вращения мешалки, ; – диаметр мешалки, м; – плотность реакционной смеси, кг/м³; – вязкость реакционной смеси, Па·с.



Критерий Прандтля находим по формуле (31):

, (31)

где – теплоемкость реакционной смеси, Дж/моль·К; – теплопроводность реакционной смеси, Вт/м·К; – вязкость реакционной смеси, Па·с.



Критерий Нуссельта находим по формуле (32):

, (32)

где с и а – коэффициенты, характеризующие тип мешалки и тип перемешивания. Для якорной мешалки с = 0,380, а = 0,67.



Коэффициент теплоотдачи находится по формуле (33):

, (33)



Рассчитаем значение коэффициента теплопередачи из соотношения (34):

, (34)

где – коэффициент теплопередачи, Вт/м²·К; – толщина стенки реактора, 20 мм; – теплопроводность материала стенки (нержавеющая сталь), равна 17 Вт/м·К; – термические сопротивления слоев загрязнений с обеих сторон стенки, равные ; – коэффициент теплоотдачи воды, 580 Вт/м·К.

Термическое сопротивления стенки реактора:



откуда .

Необходимая поверхность теплообмена рассчитывается по формуле (35):

, (35)

где – количество тепла, которое необходимо подвести к реактору, кДж; – время цикла, сек; – средняя разность температур, К.



Полученное значение поверхности теплообмена (19,34 м²) меньше значения номинальной поверхности теплообмена (21,54 м²), поэтому можем сделать вывод, что выбранный аппарат способен обеспечить заданную производительность за 1 цикл, режим идеального смешения и поддержание необходимой температуры во время процесса.



1 – привод мешалки; 2 – штуцер для входа реагентов; 3 – многозонная термопара; 4 – корпус аппарата; 5,7 – штуцеры для входа и выхода хладагента; 6 – вал мешалки; 8 – якорная мешалка; 9 – теплообменная рубашка; 10 – штуцер для выхода продукта; D – диаметр реактора; D₁ – диаметр аппарата; D₂ – диаметр мешалки; Н – высота аппарата; h – высота реактора; h₁ – высота крышки; h₂ – высота мешалки

Рисунок - Схема реактора.

Из каталога завода был выбран химический реактор с якорной мешалкой и номинальным объемом 10 м³, его схема представлена на рисунке [].

Реактор имеет следующие основные характеристики:

- рабочий объём V_ном - 10 м³, объём рубашки V_{рубашки} - 1,32 м³;

- диаметр реактора D - 2200 мм, диаметр аппарата D₁ - 2400 мм, диаметр мешалки D₂ - 1550 мм;

- высота аппарата H - 7297 мм, высота реактора h - 2975 мм, высота крышки h₁ - 470 мм, высота мешалки h₂ - 900 мм;

- поверхность теплообмена F – 21,54 м².