Увеличение степени защиты стали от коррозии в нейтральных и кислых средах (стр. 8 из 11)
Таблица 4.3. Теплоемкость веществ при температурах Т1 и Т2.
| Состав входящего реакционного потока при Т1 = 298 К | Состав выходящего реакционного потока при Т2 = 393 К | ||
| Вещество | СР, Дж/(моль·К) | Вещество | СР, Дж/(моль·К) |
| Н3ВО3 | 81,39 | Борат метилфосфит (основной) | 453,53 |
| Na2SO4 | 99,97 | СН3ОН | 51,86 |
| С2Н7РО3 | 64,20 | СН5РО3непр | 64,60 |
| СН5РО3 | 54,58 | Na2SO4 | 106,81 |
| Н3ВО3 непр | 81,39 | ||
| С2Н7РО3непр | 75,45 | ||
| Борат метилфосфит (побочный) | 125,15 | ||
| СН3ОН поб | 51,86 | ||
| Потери | 453,53 | ||
Количество теплоты приходящее с реакционным потоком.
где Gi –мольный поток вещества,
cpi- теплоемкость вещества,
T1 – начальная температура входящего потока.
Теплота химической реакции.
Исходные данные и результаты расчета представим в виде таблицы
Таблица 4.4 – Результаты расчета тепловых эффектов
| Состав входящего реакционного потока при Т1 = 298 К | Состав выходящего реакционного потока при Т2 = 393 К | ||||
| Вещество | Gi,кмоль/ц |  Дж/моль | Вещество | Gj,кмоль/ц |  Дж/моль |
| Н3ВО3 | 4,10 | -1087158 | БМФ (основной) | 1,92 | -4007491 |
| Na2SO4 | 0,04 | -763115 | СН3ОН | 7,91 | -77246 |
| С2Н7РО3 | 12,31 | -778059 | СН5РО3непр | 0,07 | -706635 |
| СН5РО3 | 0,14 | -707151 | Na2SO4 | 0,04 | -761078 |
| Н3ВО3 непр | 0,08 | -1087158 | |||
| С2Н7РО3непр | 6,38 | -777447 | |||
| БМФ (побочный) | 0,07 | -699150 | |||
Результаты расчета тепловых эффектов
| СН3ОН поб | 0,07 | -77246 | |||
| Потери | 0,06 | -4007491 | |||
 | -14159990 |  | -13714555 | ||
– реакция эндотермическая.
Рассчитаем количество тепла, необходимое для нагревания исходных веществ до температуры 393 К по следующей формуле:
,где Gi – количество i-го компонента,
cp, i– теплоемкость i-го компонента при Т2.
Таблица 4.5 – Теплоемкость исходных веществ при температуре Т2 = 393 К.
| Состав реакционного потока | Gi,кмоль/цикл | СР = f(T) | СР393 Дж/моль | |||
| а | в·103 | с´·10-5 | с·106 | |||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
| Н3ВО3 | 4,10 | 81,39 | – | – | – | 81,39 |
| Na2SO4 | 0,04 | 78,53 | 71,96 | – | – | 106,81 |
| С2Н7РО3 | 12,31 | 79,39 | 21,62 | -19,21 | – | 75,45 |
| СН5РО3 | 0,14 | 68,65 | 18,23 | -17,32 | – | 64,60 |
Тепло, выходящее из реактора с продуктами реакции:
,где Т2=393 К.
Ввиду того, что в результате химического превращения ни одно из веществ не претерпевает фазового перехода, то Qф = 0 Дж/цикл.
Примем, что тепловые потери составляют 3% от приходящего тепла.
Уравнение всего энергетического баланса для нашего случая примет вид:
Количество тепла подводимое:
Из приведенных расчетов следует, что тепло нужно подводить.
Ориентировочная поверхность теплообмена
,где ΔТ – средняя разность температур, ΔТ=50 оС; k – коэффициент теплообмена, k = 270 Вт/(м2·К).
,где 1000 – количество Дж в 1 кДж; 7200 секунд – время синтеза цикла.
Таблица 4.6 Тепловой баланс.
| Приход тепла | Расход | ||||
| Тепловой поток |  10-3 | % | Тепловой поток | 10-3 | % |
| Qвх | 338427,90 | 26,36 | Qвых | 713399,06 | 55,58 |
| QF | 951762,49 | 73,64 | Qпот | 10152,84 | 0,79 |
| QР | 445435,13 | 34,19 | |||
| Qнагр | 121203,34 | 9,44 | |||
| Итого | 1290190,37 | 100 | Итого | 1290190,37 | 100 |
5. Структурно-функциональная схема и расчет емкостного аппарата
5.1 Описание структурно-функциональной схемы
Предлагаемая структурно-функциональная схема получения борат метилфосфита включает три стадии.
1) Подготовка сырья.
На данной стадии происходит хранение и дозировка диметилфосфита и борной кислоты с последующей сушкой воздухом при t = 50–60оС.
2) Получение целевого продукта (борат метилфосфита).
Подготовленные компоненты поступают при непрерывном перемешивании в емкостной аппарат, снабженный мешалкой и греющей рубашкой, где происходит их смешение, гомогенизация и нагрев до 120оС. Реакцию ведут при температуре 120оС, в течение 2 часов с непрерывной отгонкой метанола.
3) Стадия выделения и обработки целевого продукта.
Полученную на предыдущей стадии смесь нагревают до 180оС и под вакуумом отгоняют не прореагировавший диметилфосфит.
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
| Параметр | Значение |
| Номинальный объем V, м3 | 2,5 |
| Поверхность теплообмена F’, м2 | 4,0 |
| Мощность привода Nэл, кВт | 5,5 |
| Частота вращения мешалки, об/мин | 195 |
| Диаметр аппарата D, м | 1,4 |
| Высота заполнения аппарата Н, м | 0,9 |
| Толщина стенки аппарата δ, м | 0,002 |
| Диаметр мешалки d, м | 0,4 |
| Число мешалок на валу zм | 1 |
| Заглубление мешалки hм1, м | 0,6 |
| Рабочее давление рраб, МПа | 0,1 |
Коэффициент сопротивления мешалки  | 8,4 |
Коэффициент сопротивления лопастей мешалки  | 3,5 |
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 Vф – объемная доля дисперсной фазы, дискретно распределенной в сплошной фазе Vс.
Для всех видов дисперсий их плотность ρ определяется плотностью дисперсной фазы ρф, плотностью сплошной фазы ρс 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
