Расчет емкостного аппарата, предназначенного для синтеза

5.2 Расчет емкостного аппарата, предназначенного для синтеза

Для проведения синтеза борат метилфосфита используется емкостной вертикальный гладкостенный аппарат с эллиптическим днищем, отъемной элиптической крышкой с гладкостенной рубашкой, с открытой турбинной мешалкой и характеризующийся следующими параметрами [3]:

Таблица 5.1 – Основные технические параметры реактора

Ввиду того, что в начале процесса, реакционная масса представляет собой суспензию, то соответственно мощность перемешивания дисперсных систем будет отличаться от мощности перемешивания гомогенных жидкостей как из-за изменения плотности и вязкости, так из-за изменения условий обтекания лопастей мешалки. Поэтому целесообразно определить эти параметры:

Объемная доля дисперсной фазы на приходящий поток:

,

где V_ф – объемная доля дисперсной фазы, дискретно распределенной в сплошной фазе V_с.

Для всех видов дисперсий их плотность ρ определяется плотностью дисперсной фазы ρ_ф, плотностью сплошной фазы ρ_с и величиной φ.

Динамическая вязкость дисперсии μ для суспензии для φ < 1, определяется по формуле

Центробежный критерий Рейнольдса

Согласно [35] аппарат работает в переходном режиме с сохранением сплошности.

Параметр высоты заполнения

Параметр гидравлического сопротивления

Параметры распределения скоростей ψ₁ = -0,3, ψ₂ = -1,25 [3].

Параметр глубины воронки В = 12 [3].

Глубина воронки

Из расчетов видно, что  0,42 < 0,6 – это говорит о том, что условие безопасности выполняется, а принятые характеристики мешалки обеспечивают нормальную работу аппарата.

Значение коэффициента К₁, являющийся функцией ψ₁ и ψ₂, можно принять К₁ = 0,019 [3].

Критерий мощности К_N

Мощность перемешивания

Мощность привода аппарата составляет 5 кВт, следовательно привод в состояние обеспечивать перемешивание заданного количества реакционной массы.

Выбор турбинной мешалки как перемешивающего устройства обусловлен тем, что она (мешалка) обеспечивает интенсивное перемешивание во всем объеме аппарата, ввиду создания радиальных потоков жидкости. Мощность, потребляемая турбинными мешалками, практически не зависит от вязкости среды [14].

В результате нагревания массы происходит ее гомогенизация. Повторные расчеты показывают, что мощность, затрачиваемая на перемешивание снижается и составляет N = 2,9 кВт, при этом аппарат работает в турбулентном режиме Re = 173634 с сохранением сплошности, условие безопасности сохраняется  0,48 < 0,6 [3].

Выполним тепловой расчет гладкостенного аппарата с мешалкой.

Расчет теплоотдачи от перемешиваемой среды

Коэффициенты а₁ а₂ а₃

Здесь с – удельная теплоемкость смеси Дж/(кг·К); λ – коэффициент теплопроводности среды Вт/(м·К)

Коэффициент теплоотдачи от перемешиваемой среды

Средняя разность температур:

Реакционная масса 25 ^оС → 120^оС

Пар 135 ^оС → 135^оС

Δt_б = 110 ^оС Δt_м = 15 ^оС

Поверхностная плотность теплового потока

Согласно приведенным расчетам для нагревания заданного количества реакционной массы от 25 ^оС до 120 ^оС необходимо Q_F =951762490 Дж/цикл или 132189,23 Вт

Поверхностная плотность теплового потока

Коэффициент теплоотдачи от теплоносителя

,

где  – соответственно плотность, динамическая вязкость и теплопроводность конденсата; t_т – температура конденсации;  – плотность и удельная теплота парообразования насыщенного пара; – температура стенки со стороны греющего пара. Параметры теплоносителя представим в таблице

Таблица 5.2 – Параметры насыщенного пара при t_т = 135 ^оС [22].

Средняя температура смеси

Температура стенки со стороны греющего пара в первом приближении

Коэффициент теплоотдачи от теплоносителя в первом приближении

Температура стенки со стороны греющего пара во втором приближении

Коэффициент теплоотдачи от теплоносителя во втором приближении

Дальнейший расчет ведем по второму приближению.

Примем тепловую проводимость загрязнений со стороны греющего пара 1/r_{загр 1} = 5800 со стороны смеси 1/r_{загр 2} = 5800, коэффициент теплопроводности стали λ_ст=46,5  [22].

Коэффициент теплопередачи.

Расход пара определим на один цикл синтеза

Расчетная поверхность теплообмена

Как видно из приведенного расчета  – 2,5м² < 4,2 м², следовательно данный аппарат способен обеспечить нагрев заданного количества реакционной массы G_общ = 1627,39 кг/цикл от 25^оС до 125^оС.

Приведем принципиальную схему емкостного аппарата для данного процесса.

Рисунок 5.2 – Принципиальная схема емкостного аппарата

Похожие работы

Теоретические основы электрохимической коррозии

Скачать

46684

0

7

... составов, застойные воды и некоторые органические продукты. Электрохимическая коррозия подчиняется законам электрохимической кинетики. Скорость ее можно определить на основе законов Фарадея. Электрохимическая коррозия встречается чаще всего и наиболее опасна для металлов. Она может протекать в газовой атмосфере, когда на поверхности металла возможна конденсация влаги (атмосферная коррозия), в ...

Электрохимические методы защиты металлов от коррозии

Скачать

43021

0

8

... и их содержимым. Способ изящен, и его применение, по-видимому, будет расширяться, как только будут преодолены сложности измерения и контроля. Покрытия, как метод защиты металлов от коррозии. Защита металлов, основанная на изменение их свойств, осуществляется или специальной обработкой их поверхности, или легированием. Обработка поверхности металла с целью уменьшения коррозии проводится одним ...

Методы защиты от коррозии металлов и сплавов

Скачать

109340

7

11

... Основным критерием, характеризующим состояние поверхности металла, является электродный потенциал. Обычно возможность применения анодной защиты для конкретного металла или сплава определяют методом снятия анодных поляризационных кривых. При этом получают следующие данные: а) потенциал коррозии металла в исследуемом растворе; б) протяженность области устойчивой пассивности; в) плотность тока в ...

Коррозия металлов

Скачать

116538

3

12

... обратимых потенциалов кислородного электрода при различных рН среды и Р P (атм) V ,B, при рН среды     рН=0 рН=7 рН=14 0,21 +1,218 +0,805 +0,381 1 +1,229 +0,815 +0,400 Коррозия металла с кислородной деполяризацией в большинстве практических случаев происходит в электролитах, соприкасающихся с атмосферой, парциальное давление кислорода в которой ...