Слайд№21 до, далее Слайд№22

При большой разнице температур между 298 и Т, необходимо учитывать вид температурной зависимости , которая в технической и справочной литературе дается в виде температурного ряда, например:

- для органических соединений

,

(1.33)

- для неорганических соединений

.

(1.34)

 

Однако в результате химической реакции меняется теплоемкость участников реакции, тогда:

,

(1.35)

где Δа, Δв, Δс – разность сумм соответствующих коэффициентов в продуктов реакции и исходных веществ с учетом их стехиометрических коэффициентов.

Подставив уравнение (1.35) в (1.31), например, для органических соединений получим:

(1.36)

 

Слайд№22 до, далее Слайд№23.

В большинстве случаев для диапазона температур, не превышающего 100 К линейная интерполяция теплоемкостей веществ допускается.

Количество тепла, выделяемого или поглощаемого в химической реакции, можно определить по уравнению:

(1.37)

Или

,

(1.38)

где n_j – количество (в молях) образовавшегося продукта; n_i,0 – количество (в молях) реагента; x_i – степень конверсии реагента.

Основной целью расчета теплового баланса является определение тепла необходимого для нагревания и охлаждения аппарата Q_F. Например, для реакции

А + В = С + D – Q_p

(1.39)

Или

,

(1.40)

где   – конвективный перенос тепла. Слайд№23 до, далее Слайд№24.

Зная Q_F можно рассчитать необходимую поверхность теплообмена при заданном времени охлаждения или нагревания, или времени охлаждения (нагревания) при заданной поверхности в периодических процессах.

 

В обоих случаях исходят из общеизвестного уравнения теплопередачи:

· для периодических процессов

,

(1.41)

· для непрерывных процессов

.

(1.42)

В этом уравнении Q_F – количество передаваемого тепла; К – коэффициент теплопередачи; F – поверхность теплообмена; Δt – средняя разность температур между реакционной массой и теплоносителем (хладагентом); τ – время проведения процесса. 

Если возникает необходимость определения тепла на нагрев реакционной массы перед началом процесса или охлаждения ее в конце процесса, то для этих целей используют уравнение:

,

(1.43)

где m – масса веществ, входящих в состав реакционной массы;  - теплоемкость отдельных веществ; T_к и T_н – конечная и начальная температуры реакционной смеси.

 Слайд№24 до, далее Слайд№25.

Как уже отмечалось, энергетические расчеты предполагают также расчет расходов теплоносителей для обогрева реакционной массы или хладагентов для ее охлаждения.

 В качестве теплоносителей наиболее широко используется пар. Расход пара можно определить по уравнению:

,

(1.44)

где Q – расход тепла, кДж; y – теплосодержание пара, кДж/кг; t – температура конденсата, которую можно принять равной температуре пара, численно равная теплосодержанию конденсата в кДж/кг.

Наиболее распространенными охлаждающими агентами являются вода, рассол, воздух. Расход охлаждающих агентов определяется по формуле:       

,

(1.45)

где Q – количество тепла, которое надо отвести, кДж;  - теплоемкость охлаждающего агента; t_к и t_н – конечная и начальная температура хладагента, °С.