Расчёт теплового баланса производства

Целью расчёта теплового баланса является определение количества тепла, которое надо подвести или отвести от аппарата для проведения в нём химического процесса.

Уравнение теплового баланса:

Q₁ + Q₂ + Q₃ = Q₄ + Q₅ + Q₆

где Q₁ – тепло, отдаваемое теплоносителем аппарату и реагирующей смеси;

Q₂ – тепло, вносимое в аппарат с реагирующими веществами;

Q₃ – тепловой эффект экзотермического процесса;

Q₄ – тепло, уносимое из аппарата продуктами реакции;

Q₅ – тепло, расходуемое на нагрев аппарата или отнимаемое от аппарата хладагентом;

Q₆ – потери тепла в окружающую среду.

или Q₁ = Q₄ + Q₅ + Q₆ – Q₂ – Q₃

Тепловой баланс рассчитывают в соответствии с нормами технологического режима и физико-химическими свойствами веществ участвующих в процессе.

На основании теплового баланса определяют потоки теплоносителя (водяного пара, топлива, энергии) или хладагента (кг/с, т/ч, м³/с, м³/ч) и удельные расходы их на единицу продукции.

• РИС

Материальный баланс:

Тепловой баланс:

• РИВ

Материальный баланс:

 или

Вывод:

 – линейная скорость

 или

Математическая модель реактора идеального
вытеснения, работающего в неизотермическом режиме

Математическая модели РИВ отличаются от моделей РИС также, как модели теплообменников вытеснения от теплообменников смешения. В общем виде математическая модель состоит из уравнений кинетики, материального и теплового балансов. Эти уравнения составляются для элементарного объёма реактора. Рассмотрим их составление на примере трубчатого реактора.

       Исходные данные для расчёта:

Ø

Ø

Ø

Ø Размеры реактора: R₁, R₂, L_реакт., L_т/о

Элементарный объём:

Элементарная поверхность т/о:

1) Уравнения кинетики

; ; ;

2) Уравнения материального баланса по компонентам

 - концентрация компонента А на входе в элементарный объём

компонент А:

или после сокращений получим:

, где

выразим это уравнение относительно :

т.к.  – линейная скорость, то получим:

Аналогично можно получить уравнения для компонента В:

Для продукта D (с учётом, что в потоках А и В нет D):

3) Уравнение теплового баланса для реактора:

С учётом того, что на входе аппарата происходит смешение потоков и

Отсюда:

Уравнение материального баланса для рубашки:

 – учитывает противоток воды в рубашку

где  

 – площадь сечения трубы.

Пример.

Стабильная эксплуатация производства алюмоаммонийных квасцов при заданной мощности может быть обеспечена при непрерывной работе всего оборудования.

Произведем расчет растворителей гидроокиси алюминия и сульфата аммония. Для расчета реактора принимаем:

Степень загрузки реактора e = 0,8.

Объем загружаемых компонентов V_rjvgjy = 1,6 м³.

Объем растворителя с учетом степени загрузки рассчитаем по формуле:

V_р = V_компон / e                                             

где, V_rjvgjy - объем загружаемых компонентов, м³;

       е – степень загрузки растворителя.

V_р= 1,6 / 0,8 = 2 м³

Определяем высоту растворителя по формуле:

где, Н – высота растворителя, м;

     S – площадь поперечного сечения, м³;

    Vp – объем растворителя, м³.

       Принимаем высоту растворителя Н = 1,6 м = 1600 мм.

Определяем диаметр:

где, D – диаметр растворителя, м;

Принимаем D = 1,3 м = 1300 мм.

Подбираем два растворителя, (один для гидроокиси алюминия, другой для сульфата аммония).

Основные размеры аппарата:

1. Объем реактора:                    2 м³;

2. Высота:                             1600 мм;

Диаметр реактора:          1300 мм;