align="justify"> На даному етапі в бродильном чані хімічних перетворень не відбувається, Q 3=0.
) Розрахунок витрат тепла на нагрів апарату і його окремих частин (Q 5)
Так як іде процес охолодження, то додаткового охолодження частин апарату не потрібно, Q 5=0.
) Розрахунок величини теплових втрат у навколишнє середовище (Q 6) і необхідної товщини теплоізоляції.
Так як іде процес охолодження, теплоізоляції не потрібно, тому за площу теплоізоляції приймаємо поверхню апарату:
Fап=Fціл + Fдн.
Fціл=* Dап * Hціл=3,14 * 4,8 * 6,59=99,32 м2;
Fдн=* (R + r) * l=3,14 * (0,35 + 2,4) * 0,46=3,97 м2;
Fап=99,32 + 3,97=103,3 м2;
Оскільки апарат заповнений тільки на 80%, то площа, через яку відводиться тепло дорівнює: Fап * 0,8=103,3 * 0,8=82,64 м2.
Q6=k * t * Fап * (t1-tвозд), де
k - загальний коефіцієнт теплопередачі від реакційної маси до повітря, Вт/м2 * К;
k=1/aр.м +? ст /? ст + 1/aвозд
де? ст - товщина стінки апарату,? ст=0,008 м;
? ст -коефіцієнт теплопровідності матеріалу, з якого виготовлений реактор, (? ст=46,5 Вт/(м * К) [7];
t - тривалість теплової ступені процесу, с, t=3 600 с.
Так як вміст води в реакційній масі 75%, то коефіцієнт тепловіддачі реакційної маси приймаємо рівною коефіцієнту тепловіддачі води:
? р.м.=3420 Вт/м2 * К - коефіцієнт тепловіддачі від реакційної маси до стінки апарату;
aвозд=9,8 + 0,07 * (tст-tвозд)=9,8 + 0,07 * (303-296)=10,29 Вт/м2 * К - коефіцієнт тепловіддачі від стінки апарату до повітря;
k=1/3420 + 0,008/46,5 + 1/10,29=0,1 Вт/м2 * К.
Q6=0,1 * 90 * 60 * 82,64 * (313-296)=758635,2 кДж - така кількість теплоти відводиться через стінку апарату.
) Розрахунок тепла, що відводиться від системи на охолодження реакційної маси і забезпечення заданого температурного режиму (Q2)
Q2=Q4-Q1- Q6=Q430- Q140 + Q6=- 3498487 +758635,2=- 2739851,8 кДж
Тепловий витрата теплоти за час охолодження? 2=60 хв.:
=Q2 /? 2=2739851,8/(90 * 60)=507,4 кВт.
) Розрахунок витрати холодоагенту
Охолодження замісу відбувається в реакторі періодичної дії холодною водою, яка подається в змійовик апарату. Початкова температура холодної води на вході в змійовик становить 200С, кінцева температура на виході з змійовика - 250С.
Внаслідок непостійності кінцевої температури холодної води на виході з змійовика розрахунок роблять за формулою:
? tсрохл=(Т1-Т2) * ((А - 1)/(А * lnA))/ln ((T1-t1)/(T2-t1) (4),
А=(Т2-t1)/(Т2-t2) (5),
де Т1- початкова температура реакційної маси, Т1=40 ° С;
Т2 - кінцева температура реакційної маси, Т2=30 ° С;
t1- початкова температура холодної води, t1=17 ° С,
t2- кінцева температура холодної води, t2=22 ° С.
А=(30-17)/(30-22)=1,6.
? tсрохл=((40-30) * 0,6/(1,6 * ln1,6))/ln ((40-17)/(30-17))=13,88 0С
Витрата рідкого холодоагенту визначають за формулою:
хол.вода=Q2/СХЛ * (t2ср- t1), кг
де t2ср - середня за процес температура холодоагенту на виході з охолоджуючого пристрою;
СХЛ - питома теплоємність води, СХЛ=4,19 кДж/кг * К;
t2ср=t1 +? tсрохл * lnA=17 + 13,88 * 0,49=23,74 0С
необхідну кількість холодної води: хол.вода=2739851,8/(4,19 * (23,74-17))=97018,2 кг,
витрата води в кг/с за час нагрівання?=60 хв: хол.вода=97018,2/(60 * 60)=27 кг/с
) Розрахунок поверхні теплообміну
Змійовик виготовлений з труб діаметром 50 мм dр=0,05 м,
Кількість секцій в змійовику m=25,
Довжина однієї секції l=2,5 * 3,14=7,85 м
Довжина змійовика L=m * l=25 * 7,85=196,25 м
Поверхня теплообміну даного теплообмінника
Fгеом=L ** dр=196,25 * 3,14 * 0,05=32 м2
) Розрахунок коефіцієнт теплопередачі від реакційної маси до Хладоносителі.
Перш необхідно розрахувати коефіцієнт тепловіддачі від реакційної маси до стінки змійовика? р.м.,
? р.м.=2340 Вт/м2 * К [7]
До?=1/(1 /? р.м. +? Rст) (6),
де? р.м - коефіцієнти тепловіддачі для реакційної маси, Вт/(м2 * К);
? Rст - сума термічних опорів всіх шарів, з яких складається стінка, включаючи шари забруднень, (м2 * К)/Вт
? Rст =? ст /? ст + rзагр
де? ст - товщина стінки змійовика,? ст=0,002 м;
? ст -коефіцієнт теплопровідності матеріалу, з якого виготовлений змійовик, (? ст=46,5 Вт/(м * К), [30]);
Для води забрудненої? Rст=0,0007 (м2 * К)/Вт [7]
? Rст=0,002/46,5 + 0,0007=0,0007=0,7 * 10-3 (м2 * К)/Вт
З урахуванням формули коефіцієнт теплопередачі дорівнює:
До?=1/(1/2340...
