6 Расчет теплового баланса [2-5]

6.1 Общие положения

Тепловые расчеты выполняются с целью определения тепловой нагрузки основного аппарата, типа реактора по тепловому режиму (эндотермический, экзотермический или адиабатический), количества поглощающегося (выделяющегося) в ходе процесса тепла, количества теплоносителя или хладагента, необходимого для подведения (снятия) тепла, а также для выбора конструктивного оформления основного аппарата с учетом теплового режима.

Тепловые расчеты выполняются на основе уравнения теплового баланса:

, (6.1)

где - суммарное количество тепла, приходящее с компонентами, Вт;

- тепловой эффект реакции, Вт;

- суммарное количество тепла, уносимое продуктами реакции, Вт;

- количество тепла, потерянное в ходе процесса;

- количество тепла, которое необходимо подвести или отвести, Вт.

Рекомендуется следующий порядок расчета.

1) Приводятся исходные данные для расчетов: температура на входе в аппарат, внутри аппарата и на выходе из него (если имеется), давление в аппарате, состав и количество сырья и продуктов. Указывается цель расчета (определение расхода теплоносителя, определение температуры на выходе из реактора и т.д.).

2) Рассчитывается количество поступающего тепла. Производится расчет тепла поступающего с входящими в аппарат потоками (при температуре входа).

3) Рассчитывается тепло реакции (для реакторов). Расчет производится на основе закона Гесса, с учетом температуры и давления в реакторе. Приводятся значения энтальпий при данных условиях для всех реагирующих веществ. Рассчитывается тепловой эффект реакции с учетом мольного количества вступивших в реакцию веществ.

4) Определяется или принимается количество тепловых потерь. Количество тепловых потерь обычно составляют около 3-5% от общего количества тепла.

5) Рассчитывается количество тепла, уносимое выходящими из аппарата потоками.

6) Определяется температура на выходе из аппарата или количество теплоты, которое необходимо подвести (отвести) от аппарата. Расчеты проводятся на основе уравнения теплового баланса (6.1).

7) Рассчитывается количество теплоносителя (хладагента), необходимое для подвода (отвода) тепла. Расчет ведется с использованием теплового баланса между двумя потоками (холодным и горячим), обменивающимися теплом в ходе процесса.

8) Приводится сводная таблица теплового баланса аппарата.

В данном разделе приведены примеры расчета теплового баланса для процесса гидрирования бензола и процесса гидратации этилена.

6.2 Расчет теплового баланса реактора гидрирования бензола первой ступени

Рассчитать тепловой баланс реактора гидрирования бензола и определить расход теплоносителя – водного конденсата (Р=0,6 МПа, Т=158°С). Состав потоков приведен в разделе 5.2. Температура на входе в реактор 135°С, на выходе из реактора 180°С.

Уравнение теплового баланса для реактора в общем виде выглядит следующим образом:

, (6.2)

где - количество тепла поступающего в реактор, Вт;

- тепло выделившиеся в ходе реакции, Вт;

- тепло уносимое с реакционными газами, Вт;

- тепловые потери, Вт;

- количество теплоты, которое необходимо отвести из реактора, Вт.

1) Рассчитаем количество тепла, поступающего в реактор.

Количество тепла приходящего с потоком, определяем по уравнению:

, (6.3)

где C_p,i – теплоемкость i –го компонента, Дж/(моль·К);

N_i – мольный поток, моль/с;

Т_входа – температура входа, К.

Температура входа составляет Т_входа = 135°С +273=408К.

Расчет представляем в виде таблицы 9.

Таблица 9 - Расчет количества тепла, поступающего в реактор

Компонент	N, кмоль/ч (разд. 3.3.2)	Ni, моль/с,	, Дж/(моль·К)	, Вт
Бензол	14,9	4,1	113,88	192305,4
Водород	82,2	22,8	28,91	269325,6
Азот	37,4	10,4	29,62	125549,3
Итого,				587180,2