Файл: Тема выпускной квалификационной работы Анализ ассортимента, свойства и применение термопластичных фторсодержащих полимеров.docx

q_f положительная величина,значит реакция протекает с выделением тепла, а q_fвносится в расход тепла.
Таблица 15 – Тепловой баланс

Приход
Наименование	кДж/цикл	%
	2488377,512	77,05
	741211	22,95
	0	0,00
Итого	3229588,512	100
Расход
	2936100,144	90,91
	146683,361	4,45
	146805,007	4,54
Итого	3229588,512	100

По результатам расчетов можно сделать вывод что нам необходимо отводить 146683,361 кДж/цикл, для обеспечения устойчивого теплового режима

---

6. Расчет и подбор реактора

Определим среднюю разность температур из следующего соотношения. Смесь в реакторе охлаждается и ее температура остается неизменной 363 К, а охлаждающая вода нагревается с 293 К до 343 К.





Разность







Продолжительность одного цикла равна 540 минут. Тогда объем реакционного аппарата находим по формуле (21)

, (21)

где – объем реакционной смеси, м³; – запас мощности (0,1); – коэффициент заполнения объема реактора (0,75); – число реакторов, установленных в технологическую схему, 1:



Выбираем стандартный аппарат со следующими характеристиками: .

Расчет диаметра мешалки.

Так как получаемый продукт полимер, то во время реакции вязкость реакционной массы будет повышаться. Поэтому выбираем якорную двухлопастную мешалку для перемешивания веществ.

Для этой мешалки справедливо соотношение:



Таким образом:



Выберем стандартную мешалку диаметром .

Окружная скорость вращения мешалки равна 0,5 – 4 м/с. Примем значение 2,25 м/с.

Найдем частоту вращения мешалки по формуле (22):

, (22)

где – диаметр мешалки, м;

---

– окружная скорость мешалки.



Для дальнейшего расчета мешалки необходимо определить физические свойства реакционной смеси. Сведем необходимые данные в таблицу

Таблица 16 - Физические свойства исходных реагентов

Реагент	Плотность, кг/м3	Вязкость, мПа*с	Теплопроводность, Вт/м*К	Теплоемкость, Дж/моль*к
ТФХЭ	1690	-	0,15	83,9
Вода	1000	1,004	0,56	75,9
Гидросульфит натрия	1480	-	0,56	152,2
Продолжение таблицы 16
Пероксид водорода	1400	1,245	0,606	89,33
Фосфат железа	2610	-	0,8	180,5

Плотность реакционной смеси можно рассчитать по формуле (23):

, (23)

где – массовая доля i – го компонента в смеси; – плотность i – го компонента в смеси, кг/м³.



Вязкость реакционной смеси рассчитывается по формуле (24):

, (24)

где – мольная доля i – го компонента в смеси; – вязкость i – го компонента в смеси, мПа·с.



Теплопроводность реакционной смеси можно рассчитать по формуле (25):

, (25)

где – массовая доля i – го компонента в смеси;

---

– теплопроводность i – го компонента в смеси, Вт/м·К.



Теплоемкость реакционной смеси можно рассчитать по формуле (26):

, (26)

где – массовая доля i – го компонента в смеси; – теплоемкость i – го компонента в смеси, Дж/моль·К.





Расчет критерия Рейнольдса.

Критерий Рейнольдса рассчитывается по формуле (27) :

, (27)

где – частота вращения мешалки, ; – диаметр мешалки, м; – плотность реакционной смеси, кг/м³; – вязкость реакционной смеси, мПа·с.



Расчет критерия Прандтля.

Критерий Прандтля находим по формуле (28):

, (28)

где – теплоемкость реакционной смеси, Дж/моль·К; – теплопроводность реакционной смеси, Вт/м·К; – вязкость реакционной смеси, Па·с.



Расчет критерия Нуссельта.

Критерий Нуссельта находим по формуле (29) :

, (29)

где с и а – коэффициенты, характеризующие тип мешалки и тип перемешивания. Для якорной мешалки с = 0,380, а = 0,67.

---

Расчет коэффициента теплоотдачи.

Коэффициент теплоотдачи находится по формуле (30) :

, (30)



Расчет коэффициента теплопередачи.

Рассчитаем значение коэффициента теплопередачи из соотношения:

,

где – коэффициент теплопередачи, Вт/м²·К; – толщина стенки реактора, 20 мм; – теплопроводность материала стенки (нержавеющая сталь), равна 17 Вт/м·К; – термические сопротивления слоев загрязнений с обеих сторон стенки, равные ; – коэффициент теплоотдачи воды, 580 Вт/м·К.

Термическое сопротивления стенки реактора:



Откуда

Расчет необходимой поверхности теплообмена.

Необходимая поверхность теплообменная рассчитывается по формуле (31):

, (31)

где – количество тепла, которое необходимо отвести от реактора, Дж; – время цикла, сек; – средняя разность температур, К.



Из каталога завода химического машиностроения «Красный Октябрь» выбираем химический реактор с якорной мешалкой и номинальным объемом 4 м³[15].



1 – привод мешалки; 2 – вал мешалки; 3 – корпус аппарата; 4 – теплообменная рубашка; 5 – якорная мешалка; 6 штуцер для выхода продукта: 7,8 –

---