Энергетический баланс узла синтеза акролеина

 

Энергетический баланс любого аппарата может быть представлен в виде уравнения, связывающего приход и расход энергии процесса (аппарата). Этот баланс составляется на основе закона сохранения, в соответствии с которым в замкнутой системе сумма всех видов энергии постоянна. Обычно для химико-технологических процессов составляется тепловой баланс.

Уравнение этого баланса:

 

 [Вт]

 

Применительно к тепловому балансу закон сохранения энергии формулируется следующим образом: приход теплоты в данном аппарате должен быть равен расходу теплоты в том же аппарате.

Схема тепловых потоков реактора синтеза акролеина:

 

                                   Q2

 

      Q1                                            Q4

                                                              

 

 

                            Q5       Q3

 

                     Q3               Q5

Рис. 4.1 – Схема распределения тепловых потоков в реакторе

 - тепло, пришедшее с газово-воздушной смесью

 - тепло химических реакций

- тепло, отводимое в теплообменном аппарате

 - тепло, уходящее с реакционной массой

 - потери тепла в окружающую среду.

 

Теплота химической реакции может быть найдена следующим образом:

 

 

Где  - энтальпия химической реакции в стандартных условиях при температуре синтеза.

Определим суммарное тепло химических реакций:

 

 

Определяем тепловой эффект реакции при 3800С по формуле Кирхгофа:

 

 

После подстановки и интегрирования:

Для первой реакции:

 

Для второй реакции:

Для третьей реакции:

Где  – количество прореагировавшего пропилена в моль/ч.

Количество тепла, проходящего с газово-воздушной смесью, определяем по формуле:

Где  - массовый расход смеси, кг/ч или кмоль/ч

- теплоемкость смеси, кДж/(кг · К) или кДж/(кмоль · К)

 - температура смеси.

Изобарные теплоемкости веществ найдем по следующей формуле:

Теплоемкость смеси равна:

Так как теплоемкость смеси представляет собой удельную мольную теплоемкость, то расход необходимо перевести в мольный.

Для этого определим среднюю мольную массу смеси :

Тогда

Тепло, уходящее с реакционной смесью:

 

 

Определяем потери тепла в окружающую среду. Примем, что потери составили 5% от количества тепла, поступившего в реактор:

Таким образом, чтобы соблюдалось условие теплового баланса, необходимо отводить часть тепла из системы:

 

Таблица 4.1 – Энергетический баланс реактора синтеза акролеина

Приход		Расход
Наименование	кВт	Наименование	кВт
1.тепло, пришедшее с газо-воздушной смесью,   2.суммарное тепло химических реакций,	19231,2     19805,6	1.тепло, уходящее с реакционной смесью,   2.потери тепла в окружающую среду,   3.тепло отводимое,	19243,4     1951,8     17841,6
Итого:	39036,8	Итого:	39036,8