Рассчитывается количество тепла, уносимое выходящими из аппарата потоками.

6) Определяется температура на выходе из аппарата или количество теплоты, которое необходимо подвести (отвести) от аппарата. Расчеты проводятсяна основе уравнения теплового баланса (6.1).

7) Рассчитывается количество теплоносителя (хладагента), необходимое для подвода (отвода) тепла. Расчет ведетсяс использованием теплового баланса между двумя потоками (холодным и горячим), обменивающимися теплом в ходе процесса.

8) Приводится сводная таблица теплового баланса аппарата.

В данном разделе приведены примеры расчета теплового баланса для процесса гидрирования бензола и процесса гидратации этилена.

Расчет теплового баланса реактора гидрирования бензола первой ступени

Рассчитать тепловой баланс реактора гидрирования бензола и определить расход теплоносителя – водного конденсата (Р=0, 6 МПа, Т=158°С). Состав потоков приведен в разделе 5.2. Температура на входе в реактор 135°С, на выходе из реактора 180°С.

Уравнение теплового баланса для реактора в общем виде выглядит следующим образом:

, (6.2)

где - количество тепла поступающего в реактор, Вт;

- тепло выделившиеся в ходе реакции, Вт;

- тепло уносимое с реакционными газами, Вт;

- тепловые потери, Вт;

- количество теплоты, которое необходимо отвести из реактора, Вт.

 

1) Рассчитаем количество тепла, поступающего в реактор.

Количество тепла приходящего с потоком, определяем по уравнению:

, (6.3)

где C_{p, i} – теплоемкость i –го компонента, Дж/(моль·К);

N_i – мольный поток, моль/с;

Т_входа – температура входа, К.

Температура входа составляет Т_входа = 135°С +273=408К.

Расчет представляем в виде таблицы 9.

Таблица 9 - Расчет количества тепла, поступающего в реактор

Компонент	N, кмоль/ч (разд. 3.3.2)	Ni, моль/с,	, Дж/(моль·К)	, Вт
Бензол	14, 9	4, 1	113, 88	192305, 4
Водород	82, 2	22, 8	28, 91	269325, 6
Азот	37, 4	10, 4	29, 62	125549, 3
Итого,				587180, 2

 

Рассчитываем тепло, выделяющееся в процессе реакции.

Согласно закону Гесса:

, (6.4)

где - энтальпия реакции, Дж/моль;

- стехиометрический коэффициент каждого компонента, участвующего в химической реакции;

- энтальпия образования каждого вещества при средней температуре реакции, Дж/моль;

является положительным для продуктов реакции и отрицательным для исходных соединений.

Принимаем среднюю температуру в реакторе:

К

Находим энтальпии образования компонентов в газовой фазе при 431К [8]:

кДж/моль;

кДж/моль;

кДж/моль.

Поскольку давление в системе составляет 1, 6 МПа, то необходимо в энтальпию внести поправку на давление. Расчет ведем по методу, предложенному в работах [4, 7], основанному на принципе соответственных состояний:

, (6.5)

где - ацентрический фактор;

- поправка к энтальпии на давление, характеризующая поведение простого вещества;

- функция отклонения в поведении рассматриваемого вещества от поведения простого вещества;

- идеально-газовая энтальпия вещества при рассматриваемой температуре, Дж/моль;

- искомая энтальпия, в нашем случае это , Дж/моль;

- газовая постоянная, равная 8, 31441 Дж/(моль× К);

- критическая температура вещества, К.

Для бензола:

T_c=562.1 К; Р_с=48, 3 атм; ω =0, 2121672.

Подставляя в формулу (6.5) известные значения переменных, находим:

;

кДж/моль.

Аналогично для циклогексана: К; ; ;

кДж/моль.

Таким образом, энтальпия реакции будет равна:

кДж/моль = -212700 Дж/моль.

Теплота реакции определяется по формуле:

, (6.6)

где Q_r – тепловой эффект реакции, Вт;

Δ _rH – энтальпия реакции, Дж/моль;

N_C6H6 – мольный расход бензола, вступившего в реакцию, моль/с.

N_C6H6 =14, 2 кмоль/ч= 3, 94 моль/с.

Тепло реакции будет равно:

Вт

Итого количество приходящего тепла будет равно

Вт

3) Принимаем, что потери в окружающую среду составляют 5% от общего прихода теплоты.

= ·0, 05 = ·0, 05=71313 Вт

4) Рассчитаем тепловой поток на выходе из реактора. Расчет проводим аналогично расчету, приведенному в п. 1.

Т_выхода = 180+273=453К

Расчет представляем в виде таблицы 10.

 

Таблица 10 - Расчет количества тепла выходящего из реактора с реакционными газами

Компонент	N, кмоль/ч (разд. 3.3.2)	Ni, моль/с,	, Дж/(моль·К)	, Вт
Бензол	0, 75	0, 2	125, 3	11825, 2
Водород	39, 6	11, 0	29, 00	144507, 0
Азот	37, 4	10, 4	29, 81	140290, 8
Циклогексан	14, 2	3, 9	172, 33	307925, 0
Итого,				604548, 0

Определяем количество тепла, которое необходимо отвести из реактора.

;

Вт

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: