Производство поливинилбутираля

3.3 ТЕПЛОВОЙ РАСЧЁТ И ТАБЛИЦЫ ТЕПЛОВОГО БАЛАНСА ОСНОВНОГО АППАРАТА – АЦЕТОЛЯТОРА

Режим ацеталятора:

1. Охлаждение поливинилового спирта от 600 до 100С – 4 часа:

– охлаждение водой от 600 до 20°С – 3 часа;

– охлаждение рассолом от 200 до 10°С – 1 час.

2.Нагрев смеси от 100 до 550С – 11 часов.

3.Выдержка смеси при 55°С – 1 час.

4. Охлаждение смеси до 25°С – 3 часа.

В качестве хладагентов используют холодную воду и раствор СаСl2. Вода является наиболее распространенным охлаждающим агентом. Её достоинства: высокая теплоёмкость; большой коэффициент теплопередачи и доступность. Для более быстрого охлаждения применяется раствор СаСl2 – смесь, которая со льдом дает низкую температуру (– 550С). При пуске холодной воды тепло отводится:

От аппарата, кДж/сут:

Qапп. = Gапп. • с • (tн – tк) = 25930 • 0,5028 • (60 – 20) = 521504,16

где: tн – начальная температура = 600С;

tк – конечная температура = 200С;

с – теплоёмкость материала = 0,12 • 4,19 = 0,5028 кДж/кг•К [из регламента КХЗ]

Gапп.– масса аппарата = 25930 кг

От рубашки, кДж/сут:

Qруб. = Gруб. • с • (tн – tк) = 3700 • 0,5028 • (60 – 20) = 74414,40

Qсм. =(Gсм. / n) • ссм.• (tн – tк)=(184846,21 / 6) • 2,41 • (60 – 20)= 2969862,44 кДж/сут

Определяем тепловую нагрузку, кДж/сут:

Qнагр. = 521504,16 + 74414,40 + 2969862,44 = 3565781,00

Охлаждение водой ведётся 3 часа, кДж/сут:

Qнагр. = 3565781,00 / 3 = 1188593,67

Определяем расход охлаждающей воды:

W = Qнагр. / своды • (t2ср. – t) = 1188593,67 / 4,19 • (17,24 – 12) = 53893,30 кг/ч = 54 м3/ч

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

Вода на охлаждение поступает с температурой 120С, средняя конечная температура охлаждения воды t2 = 220С.

t2ср = t1 + ∆tср • 2,3 lgA

200 600

120 220

80 380

A = (T1 – t2) / (T2 – t1)

∆tср = T1 – T2 / [2,3 lg (T1 – t1) / (T2 – t1)] • (A – 1) / (2,3 A lgA)

∆tср = 60 – 20 / [2,3 lg (60 – 12) / (20 – 12)] • (1,26 – 1) / (2,3 • 1,26 lg1,26) =

= (40 / 1,79) • (0,26 / 0,29) = 19,80C

t2ср = 12 + 19,8 • 2,3 lg1,26 = 17,240С

При пуске рассола тепло отводится от аппарата, кДж:

Qапп. = 25930 • 0,5028 • (20 – 10) = 130376,04

Qруб. = 3700 • 0,5028 • (20 – 10) = 18603,60

Qсм. = 184846,21 • 2,41 • (20 – 10) = 4454793,66

Qнагр. = 130376,04 + 18603,60 + 4454793,66 = 4603773,30

Рассол на охлаждение поступает с температурой (–140С) и уходит с температурой (–120С).

Определяем расход рассола,

W = Qнагр. / своды • (tк. – tн.) = 4603773,30 / 2,73 • (14 – 12) = 843181,92 кДж/ч

Нагрев смеси от 10 до 550С:

Qнагр. = Qапп. + Qсм. + Qпот.

Qапп. = 25930 • 0,5028 • 45 = 596692,18 кДж

Qпот. = Qпот. изв. + Qпот. неизв.

Qпот. = αобщ. • τ • (tст. – tвозд.)

αобщ. = 8,4 + 0,06 • (tст. – tвозд.)

где: tвозд. = 200С

Температура нагруженной неизолированной стенки (–38). Температура нагруженной изолированной стенки (– 260С).

α1 = 8,4 + 0,06 • (38 – 20) = 9,48 • 4,19 = 39,72 кДж/м2•ч•гр.

α2 = 8,4 + 0,06 • (26 – 20) = 8,76 • 4,19 = 36,70 кДж/м2•ч•гр.

Определяем потери тепла, кДж:

Qпот. неиз. = 39,72 • 8,8 • (38 – 20) = 6305

Qпот. изв. = 36,70 • 25,2 • (26 – 20) = 5549

Qпот. = 6305 + 5549 = 11854

Qсм. = (184846,21 / 6) • 2,41 • 45 = 3341095,25

Потери тепла в окружающую среду компенсируется поступающим теплом для выдержки смеси в течение часа при t = 550С, кДж:

Qнагр. = 596692,18 + 3341095,25 + 11854 = 3949641,43

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: