Тепловые расчеты. Проверочный расчет основного процесса и проверка правильности выбора основного аппарата

Физико-химические свойства реакционной массы на операции йодометилирования ДМАЭБ

Таблица 4.6.1

Наименование компонентов	М.м., кг/кмоль	Масс. доля, %	Плотность, г/см^3	Масса, кг	Кол-во, кмоль	Мольная доля	Вязкость, Па с (жид. комп.)	Теплопроводность, Вт/м К (жид. комп.)	Теплоемкость, кДж/кг К
техн.	100%
метацин	441,30	27,45	1,000	108,69	29,84	0,068	0,048	-	-	0,987^3
ДМАЭБ	299,36	0,24	1,000	0,26	0,001	0,001	-	-	1,333^3
йодистый метил	141,94	1,07	2,279	1,16	0,008	0,006	0,00043^1	0,143^6	0,578^5
ДМАЭЭ ДФМУК	313,39	0,25	1,000	0,27	0,001	0,001	-^4	-^4	1,333^2
йодоводород	127,91	0,10	1,200	0,11	0,001	0,001	-^4	-^4	0,205
ацетон	58,08	69,85	0,790	75,92	1,307	0,925	0,00032	0,169	2,180
вода	18,02	0,45	1,000	0,49	0,027	0,019	0,00100	0,598	4,182
примеси	-	0,59	1,000	0,64	-	-	-	-	1,333^2

¹- рассчитаны по методу Саудерса;

²- принимаем по ДМАЭБ;

³- рассчитаны по методу Коппа;

⁴- пренебрегаем ввиду малых количеств;

⁵- рассчитаны по методу Миссенара;

⁶- рассчитаны по эмпирической формуле.

 

Плотность реакционной массы рассчитываем по формуле:

[10]

где - массовые доли компонентов;

– плотность компонентов, г/см³.

1,1795 см³/г

г/см³

Вязкость смеси жидкостей рассчитываем по формуле:

, [10]

где - мольные доли компонентов в смеси;

– динамические коэффициенты вязкости отдельных компонентов в смеси, Па с.

Таблица 4.6.2

Наименование компонентов	Кол-во, кмоль		, Па с
йодистый метил	0,008	0,0060	0,00043	-3,367	-0,020
ацетон	1,307	0,9739	0,00032	-3,495	-3,404
вода	0,027	0,0201	0,00100	-3,000	-0,060
∑	-3,484

0,000328 Па с

Вязкость суспензии рассчитываем по формуле (если объемная концентрация твердой фазы 0,1 0,3 ):

[10]

Объемная концентрация твердой фазы рассчитывается по формуле:

, [10]

где – объем твердых компонентов смеси, л;

– суммарный объем смеси, л.

0,242

Теплопроводность смеси жидкостей рассчитываем по формуле:

, [10]

где - теплопроводность компонентов смеси, Вт/м К;

– массовая доля жидкого компонента в смеси жидких компонентов.

Таблица 4.6.3

Наименование компонентов	Масса, кг		, Вт/м К
йодистый метил	1,16	0,0150	0,143	0,002
ацетон	75,92	0,9787	0,169	0,165
вода	0,49	0,0063	0,598	0,004
∑	0,171

Теплоемкость смеси рассчитываем по формуле:

, [10]

где - теплоемкость компонентов смеси, кДж/кг К;

– массовая доля компонента в смеси.

 

Таблица 4.6.4

Наименование компонентов	Масса, кг		, кДж/кг К
метацин	29,84	0,2745	0,987	0,271
ДМАЭБ	0,26	0,0024	1,333	0,003
йодистый метил	1,16	0,0107	0,578	0,006
ДМАЭЭ ДФМУК	0,27	0,0025	1,333	0,003
йодоводород	0,11	0,0010	0,205	0,0002
ацетон	75,92	0,6985	2,180	1,523
вода	0,49	0,0045	4,182	0,019
примеси	0,64	0,0059	1,333	0,008
∑	1,833

 

 

 

В результате расчетов получаем:

Таблица 4.6.5

Плотность смеси, кг/м^3	849,00
Расчетный объем, л	128,18
Вязкость жидкой фазы, Па с	0,000328
Объемная доля твердой фазы	31,01
Вязкость смеси, Па с	0,000694
Масса жидкой фазы, кг	77,57
Теплопроводность смеси, Вт/(м К)	0,171
Теплоемкость, кДж/кг К	1,833

 

 

Гидромеханический расчет реактора

Проверка условий безопасной эксплуатации аппарата

 

Для безопасной работы необходимо соблюдение правил [21]:

1. , [21]

где - мощность, затрачиваемая на перемешивания жидкости, Вт;

- мощность, затрачиваемая на преодоление сил трения в уплотнении, Вт;

- КПД редуктора (0,85-0,9).

 

, [21]

где – критерий мощности;

– плотность среды, кг/м³;

– скорость вращения мешалки, об/с;

– диаметр мешалки, м.

, [21]

где – число мешалок на валу;

– коэффициент сопротивления мешалки (1,1 – для якорной эмалированной мешалки);

– коэффициент, связывающий мощность с характеристиками окружного течения в аппарате;

 

, [21]

где – сопротивление перемешиваемой среды;

– сопротивление внутренних устройства.

 

 

, [21]

где – высота уровня жидкости, м;

– диаметр аппарата, м;

– критерий Рейнольдса:

 

[21]

 

[21]

(для мешалок с Г 1,33)

где:

 

 

В реакторе установлены два таких устройства: пробоотборник (узел Б); защитная гильза с термометром:

Таблица 4.6.6

	d, м	h, м	h/d	ξ
Гильза под термометр	0,032	0,205	6,41	0,763
Пробоотборник	0,032	0,205	6,41	0,763

По номограмме [21] при и (Г=1,16) определяем значение

Тогда:

(для торцевого уплотнения)

 

 

Таким образом, все условия безопасной эксплуатации аппарата соблюдаются.

Образование центральной воронки

Для безопасной работы необходимо соблюдение правил [21]:

 

 

[21]

 

Высота и глубина воронки определяются по следующим формулам [21]:

 

По номограммам [21] и

Тогда:

Условие безопасности соблюдается; угрозы поломки мешалки нет.