Тепловой баланс установки окисления ИПБ в гидроперекись изопропилбензола

Тепловой расчёт выполнен без учёта потерь.

Материальный баланс колонны окисления с учётом уноса компонентов абгазами представлен в таблице 6.

Таблица 6

 

Компоненты	Приход		Расход		Унос
	кг/ч	доля масс	кг/ч	доля масс	кг/ч	доля масс
ИПБ	44402,60	0,6790	28160,10	0,6102	3570,68	0,1856
примеси в ИПБ	138,59	0,0021	138,59	0,0030
Кислород	3975,47	0,0608			628,28	0,0327
Азот	14955,36	0,2287			14955,36	0,7773
АЦФ	48,12	0,0007	183,68	0,0040	3,91	0,0002
ДМФК	144,35	0,0022	725,34	0,0157	6,79	0,0004
ГП ИПБ	1727,37	0,0264	16943,50	0,3671	1,26	0,0001
НСООН					53,46	0,0028
Н2О					20,92	0,0011
Итого	65391,87	1	46151,21	1	19240,66	1

Температурный режим работы колонны t=125⁰С

Температура окислительной шихты на входе t_ошвх=125⁰С

Температура воздуха на входе t_возд=25⁰С

Температура реакционной массы на выходе t_рмвых=125⁰С

Термодинамические свойства компонентов реакционной массы приведены в таблице 7.[6]

Таблица 7

Компоненты	Ср(жид).125, Дж/моль·К,ж	Ср(жид).120, Дж/моль·К	Ср(газ).120, Дж/моль·К,г
ИПБ	259,42	258,31	204,13
Кислород	29,36		30,1
Азот	29,12		29,25
АЦФ	232,50	231,83	167,86
ДМФК	315,26	314,37	220,79
ГП ИПБ	315,26	314,37	220,79
НСООН		92,55	34,27
Н2О		92,55	34,27

 

Уравнение теплового баланса для колонны выглядит следующим образом:

 

где:

ΣQ_вых(РМ)  - суммарное количество тепла, приходящее с компонентами, кДж/ч;

Q_{реакции} - тепло реакции окисления ИПБ в ГПИПБ, кДж/ч;

ΣQ_вых(РМ) - суммарное количество тепла, уносимое с продуктами реакции,кДж/ч;

Q_отвод - количество тепла, отводимое водой, кДж/ч;

Q_потерь- количество тепла, потерянное в ходе процесса, кДж/ч.

Определим тепло, вносимое окислительной шихтой:

 

где

Т_вх- температура реакционной массы на входе в реактор, К;

С_pi398 - теплоемкость i-го компонента реакционной массы, Дж/(моль·К);

N_{приход,i}- мольный поток i- го компонента реакционной массы, кмоль/ч.

 

 

Определим тепло, вносимое воздухом.

 

 

Теплота,выделившаяся при окислении ИПБ, превышает теплоту остальных превращений.Теплоту реакции рассчитываем по реакции окисления ИПБ в ГПИПБ(см. выше).

 

Тепловой эффект реакции окисления ИПБ равен:

 

Δ_rH=Δ_fH(ГПИПБ)₃₉₃-Δ_fH(кисл)₃₉₃-Δ_fH(ИПБ)₃₉₃=-157105-0+41503=                  =-115606Дж/моль.

 

Согласно материальному балансу количество ИПБ,пошедшее на образование ГПИПБ в колонне равно:

 

 

Теплота,выделившаяся при окислении ИПБ в ГПИПБ, равна:

 

Т.к. потери тепла в окружающую среду составляют 3 % от общего прихода теплоты, то

 

 

Определим теплоту реакционной массы на выходе из аппарата:

 

 

 

Определим теплоту, уносимую с абгазом:

 

Так как процесс идет с выделением тепла, то необходимо предусмотреть съём тепла.

В качестве теплоносителя для съёма тепла используют воду.

Из теплового баланса окислительной колонны определим количества тепла, снимаемое водой:

 

Температура воды на входе t_вхвода=15⁰С

Температура воды на выходе t_{выхвода}=35⁰С

Ср(вода)=4178,24 Дж/(кг·К)

Количество воды,необходимое для съёма тепла равно:

 

 

 

      

 

Определим поверхность теплообмена, обеспечивающую отвод тепла.

 

                                        125                           120  

                                                      35                             15

 

 

Найдём среднюю разность температур:

⁰С

⁰С

 

Отношение  следовательно, можно принять среднюю арифметическую разность температур ⁰С

Исходя из условий теплообмена примем ориентировочный коэффициент теплопередачи К=120 Вт/(м²·⁰С)

 

Тогда поверхность теплообмена равна:

 

(3600 число секунд в одном часу для перевода кДж в кВт).