Тепловой расчет

Цель: Определить количество подводимого тепла, а также рассчитать необходимую поверхность теплообмена холодильника.

Исходные данные для расчета:

Количество исходных газов (этилен и бутен-1), поступающих в реактор складывается из следующих значений: mэт = 260000 кг/ч = 72,22 кг/с и mбут = 6240 кг/ч = 1,73 кг/с, количество их на выходе из реактора с учетом пошедших газов на получение полиэтилена (см. материальный баланс):

mэт = 65,50 кг/с; mбут = 1,597 кг/с.

Тепловой баланс процесса полимеризации имеет следующий вид:

Q1 = Q2 + Q3 + Qпот – Q4 ,

где Q1– количество тепла, подводимое с циркуляционным газом, кДж/с;

Q2– количество тепла, уходящее с полиэтиленом при выгрузке, кДж/с;

Q3– количество тепла, уносимое с циркуляционным газом, кДж/с;

Q4 – тепловой эффект реакции, кДж/с;

Qпот – потери тепла в окружающую среду, кДж/с.

Количество тепла, приходящее с циркуляционным газом, определяется формуле:

Q1 = ∑Gi•Ci•tЦГ ,

где Gi - секундный расход газов, входящих в циркуляционный газ:

Gэт = 72,22кг/с – секундный расход этилена;

Gбут = 1,73кг/с – секундный расход бутена-1;

Ci – теплоемкость газов:

Сэт = 1,92 кДж/кг•град – этилена;

Сбут = 1,90 кДж/кг•град – бутена-1;

tЦГ = 363 К – температура циркуляционного газа на входе в реактор.

Количество тепла, приходящее с этиленом:

Q3 эт = 72,22• 1,92 •363 = 50334,45 кДж/сек,

с бутеном: Q3 бут-1 = 1,73• 1,90• 363 = 1193,20 кДж/сек

Всего газом приходит:

Q3 = Q3 эт + Q3 бут-1 = 51527,63 кДж/сек

Количество тепла, уходящего в окружающую среду Qпот принимаем равным 3% от теплового эффекта реакции [6]:

Qпот =3% • Q4

Тогда тепловой баланс приобретает следующий вид:

Q1 = Q2 + Q3 – 0,97Q4

Тепловой эффект реакции определяется по формуле [8]:

Q4 = Gпэ •qР ,

где Gпэ = 6,85кг/сек – секундная производительность по полиэтилену;

qР = 345 кДж/кг – тепловой эффект реакции полимеризации [2].

Q4 = 6,85•345 = 2363,25 кДж/с

Qпот = 0,03 •2363,25 = 70, 9 кДж/сек

Количество тепла, уходящее с полиэтиленом при выгрузке определяется [4], пренебрегая количеством тепла, уносимым порошком вместе с газом, т.к. его количество очень мало:

Q2 = Gпэ•Cпэ•tпэ ,

где Gпэ = 6,85 кг/с – секундная производительность по полиэтилену;

Cпэ = 2,01 кДж/кг•град – теплоемкость порошка полиэтилена [9];

tпэ – температура выгружаемого порошка полиэтилена

Q2 = 6,85•2,01•373 = 5135,65 кДж/с.

Количество тепла, уносимое с циркуляционным газом, также определяется формулой:

Q3 = ∑Gi•Ci•tЦГ ,

где Gi - секундный расход газов, входящих в циркуляционный газ:

Gэт = 65,50 кг/с – секундный расход этилена;

Gбут = 1,597 кг/с – секундный расход бутена-1;

Ci – теплоемкость газов:

Сэт = 1,92 кДж/кг•град – этилена;

Сбут = 1,90 кДж/кг•град – бутена-1;

tЦГ = 378 К – температура циркуляционного газа при выходе из реактора.

Количество тепла, уносимое с этиленом:

Q3 эт = 65,497• 1,92 •378 = 47535,21 кДж/с,

с бутеном:

Q3 бут-1 = 1,60• 1,90• 378 = 1149,12 кДж/с

Всего газом уносится:

Q3 = Q3 эт + Q3 бут-1 = 48684,33 кДж/с.

Полученные данные подставим в уравнение теплового баланса:

Q1 = Q2 + Q3 – 0,97Q4

Q1 = 5135,65 + 48684,33 – 0,97• 2363,25 = 51527,63 кДж/с,