Re, критерий Рейнольдса

Re = ρ·n ·d_м²/μ [2]

Плотность смеси находится как среднее арифметическое плотности мономера и растворителя при соответствующей температуре.

Плотность воды 0,992 кг/м³, плотность хлорвинила 0,875 кг/м³. ρ_см = 0,934 кг/м³.

Вязкость воды 6,57·10^-4 Па·с, Вязкость хлорвинила 0,162·10^-4Па·с, Вязкость смеси μ = 3,37·10^-4 Па·с[2,4].

Re = ρ·n ·d_м²/μ = 0,934·3,45·1,2²/3,37·10^-4 = 13768,9

Pr, критерий Прандтля

Pr = c·μ/λ[2]

Теплоемкость воды 4,18 кДж/кг·К, теплоемкость хлорвинила 1,45 кДж/кг·К, их средняя теплоемкость 2,82 кДж/кг·К.

Теплопроводность воды 0,634 Вт/м·К, теплопроводность хлорвинила 0,138 Вт/м·К, их средняя теплопроводность λ = 0,386 Вт/м·К[2,4].

Pr = c·μ/λ = 2,82·10³·3,37·10^-4/0,386 = 2,46

Для аппаратов со змеевиком С = 0,87, m = 0,62.

Г^-1 =(D/d_м) ^-1 =(1,6/1,2)^-1 = 0,8125

Nu = C·Re^m·Pr^0,33·(μ/μ_ст)^0,14·Г^-1 = 0,87·13769^0,62·2,46^0,33·1·0,8125 =351

α₂ = Nu·λ/ d_м = 351·0,386/1,2 = 113

1.8. Расчет коэффициента теплопередачи.

К = 1/ (1/ α₁ + Σδ/λ + 1/ α₂)[1,2]

δ – толщина змеевика из стали Ст 3, δ = 0,003м.

λ = 47 Вт/м²К, коэффициент теплопроводности стали.

К = 1/ (1/ α₁ + Σδ/λ + 1/ α₂) = 1/ (1/ 46520 + 0,003/47 + 1/113) = 113 Вт/м²К

Расчет коэффициента теплопередачи необходим для того чтобы определить соответствует ли общая поверхность змеевика необходимой для нагрева (общая поверхность змеевика F=15,7м²).

Составим уравнение теплопередачи:

Q_{подводимое тепло} = Q тепло на нагрев + Q потери = Q₅ = К· F·∆tср

∆tср = ∆t_max - ∆t_min/ ln(∆t_max/∆t_min)

∆t_max = t_пара – t_{смеси в начале работы} = 373 – 290 = 83К

∆t_min = t_пара – t_{смеси в периуд работы} = 373 – 348 = 25К

∆tср = ∆t_max - ∆t_min/ ln(∆t_max/∆t_min) = 83-25/ ln(83/25) = 48,3 К

Fрасч = 106,5·1000/113·48,3 = 19,5 м².

Период работы реактора

2.1.Приход тепла с хлорвинилом

q₁ = 320 кг/ч – часовой расход хлористого винила.

c₁ = 1,6 кДж/кг·град – теплоемкость жидкого хлористого винила,

t₁ = 290 ºК – температура поступающего в реактор хлористого винила.

Q₆ = q₁· c₁· t₁/3600сек = 320·1,6·290/3600 =41,2 кВт

2.2 Приход тепла с водой

q₂ = 320 кг /ч – часовой расход воды,

c₂ = 4,19 кДж/кг·град – теплоемкость воды,

t₂ = 290 ºК – температура поступающей в реактор воды.

Q₇ = q₂· c₂· t₂/3600сек = 320·4,19·290/3600 =108 кВт

2.3. Количество теплоты, которая выделяется при полимеризации.

q₁ = 320 кг/ч – часовой расход хлористого винила.

R = 1610 кДж/кг - теплота химической реакции.

φ = 0,9 - коэффициент учитывающий неполноту реакции (степень

превращения).

Q₈ = q₁· R· φ /3600сек = 320·1610·0,9/3600 = 128,8 кВт[1].

Для других полимеров

Полимер	Теплота полимеризации кДж/моль
Полиэтилен	95,0
Полиметилметакрилат	56,5
Полистирол	69,9
Полипропилен	85,8

[3].

2.4. Расход тепла с латексом.

q₃ = 610 кг/ч - часовой уход латекса из аппарата.

с₃ = 2,85 кДж/кг·К – теплоемкость латекса.

t₃ = 335 ⁰К - температура уходящего латекса.

Q₉ = q₃· c₃· t₃/3600сек = 610·2,85·335/3600=161,8 кВт

2.5. Потери через поверхность аппарата.

λ = 0,047Вт/м·К коэффициент теплопроводности,

w = 0,2 м толщина войлока.

Q₄ = λ /w (t_ст - t_возд) =(0,047/0,2)(335-290) = 10,6 Вт/м². (теплопотери через 1 квадратный метр).

Q₄·33,7 = 357,2 Вт/м² - потери тепла через всю поверхность реактора[2].

2.6. Определение теплоты, которую надо отвести.

Составим уравнение теплового баланса:

Qизб = Q₆ + Q₇ + Q₈ - Q₉ - Q₄ = 41,2+108+128,8-161,8-0,357= 115,8 кВт количество теплоты которую необходимо отвести и полезно утилизировать.

Пускай в змеевик под разряжением подается вода, которая принимает тепло от стенки, вскипает, превращается в пар, с которым уносится избыточное тепло.

2.7. Определение коэффициента теплоотдачи от латекса к поверхности змеевика.

α₃ = Nu·λ/ d_м[2]

Nu = C·Re^m·Pr^0,33·(μ/μ_ст)^0,14·Г^-1[2]

Re, критерий Рейнольдса

Для вычисления критерия Рейнольдса необходимо знать плотность латекса, так как соотношение подаваемой воды и хлорвинила не равны плотность нельзя рассчитать как среднее арифметическое.

ρ_см = ρ_водых_воды +ρ_{полимера}х_{полимера} = 983·(290/610) + 1350·(320/610) = 1176 кг/м³

х – массовые доли[4].

Динамическая вязкость растворов полимеров возрастает экспоненциально с концентрацией, для латексов справочных данных нет надо определять эмпирический для расчетов принимаем вязкость равную 2 Па·с.

n = 10 об/сек.

Re = ρ·n ·d_м²/μ = 1176·10·1,2²/2 = 8464

Дата добавления: 2015-12-08