Производство алкидных лаков на примере лака ПФ-060 (стр. 13 из 22)

^оС

Рассчитаем удельную теплоемкость лака по формуле:

с_смеси=∑с_i×w_i=0.708×0.45+2.588×0.55=1.742 кДж/(кг×К)

Q=с×m×(t_нач−t_кон),

где Q – количество тепла, которое необходимо отвести, кДж

с – удельная теплоемкость лака, кДж/(кг×К);

m – масса лака, кг;

t_нач, t_кон – соответственно, температура лака в начале и конце охлаждения, ^оС.

Q=1.742×(4643.6+1423.1+2282.7)×(123.7−60)=926494.5 кДж

Тепловой поток составит:

Q_сек=

кВт

6.4 Расчет электроиндукционного нагревателя [4]

Расчет электроиндукционного нагревателя проведем по самой теплонапряженной стадии, которой является нагрев на второй стадии.

Тепловой поток равен 97.8 кВт.

1) Определяем активную и полную мощность электроиндукционного нагревателя.

Активная мощность рассчитывается по формуле:

,

где Р_А – активная мощность, кВт;

η_эл – электрический коэффициент полезного действия нагревателя;

η_тепл – тепловой коэффициент полезного действия нагревателя.

кВт

Полная мощность нагревателя рассчитывается по формуле:

,

где S – полная мощность нагревателя;

cosφ – коэффициент мощности.

S=110.9/0.65=170.6 кВт

Для реактора объемом 6.3 м³ принимаем нагреватель, состоящий из трех катушек, расположенных соответственно, две на боковой поверхности и одна на днище реактора.

Конструктивно принимаем высоту нагревателя Н=1.0 м, высоту боковой катушки h=0.2 м, внутренний и наружный диаметры донной катушки, соответственно D₁=1.0 м и D₂=1.6 м.

2) Определяем мощность каждой катушки.

Площадь поверхности котла, занимаемая боковой катушкой:

F_б=π×D×h=3.14×1.8×0.2=1.131 м²

Площадь поверхности котла, занимаемая донной катушкой:

F_д=

×(D₂²−D₁²)= ×(1.6²−1.0²)=1.225 м²

Общая площадь катушек F_к=2× F_б+ F_д=2×1.131+1.225=3.487 м².

Удельная мощность катушек

кВт/м²

в том числе донной катушки

S_дно=N_уд×F_д=48.9×1.225=59.9 кВт

боковой катушки

S_бок=N_уд×F_б=48.9×1.131=55.35 кВт

Дальнейшие расчеты проводим для катушки, имеющей наибольшую мощность, то есть для донной катушки.

3) Определяем максимальный ток в индукторе.

,

где I_max - максимальный ток в индукторе, А;

U – линейное напряжение в сети, В.

А

Тогда площадь поперечного сечения медного проводника индуктора

f_пров=I_max/σ,

где σ – плотность тока, А/мм².

f_пров=91/4=22.75 мм²

Для намотки катушки принимаем стандартный плоский проводник с размерами сечения 2.5×10 мм, тогда f_пров=2.5×10=25 мм².

4) Определяем число ампер-витков катушки.

,

где N_A – число ампер-витков катушки;

S_д – площадь донной катушки, м²;

К_зп – коэффициент заполнения катушки;

D – диаметр аппарата, м;

F – функция, зависящая от глубины проникновения вторичного тока в стенку;

ρ_инд – удельное сопротивление меди;

f – частота тока, Гц.

Значение функции F определяется в зависимости от соотношения 2×σ_э/σ, где σ – толщина стенки реактора, а σ_э – находится по уравнению:

σ_э=503×

,

где ρ_ст – удельное электрическое сопротивление материала котла, Ом×м;

μ – магнитная проницаемость стали.

σ_э=503×

2×σ_э/σ=

, следовательно F=1.0 (мето511 !!!!!)

Число витков медного провода в катушке составит n=N_A/I_max=61300/91=674 витка.

Площадь поперечного сечения катушки равна

мм²

Ширина катушки В_к=f_кат/h=24071.4/200=120.4 мм (≈12 см).

6.5 Расчет площади поверхности и геометрических размеров внутреннего змеевика [4]

Расчет площади поверхности внутреннего змеевика производится по уравнению теплопередачи.

Q=K×F×∆t_ср,

где Q – тепловой поток (расход передаваемой энергии), Вт;

К – коэффициент теплопередачи, Вт/(м²×К);

F – площадь поверхности теплопередачи;

∆t_ср – средняя разность температур горячего и холодного теплоносителей.

К=195 Вт/(м²×К) [4]

Рассчитаем среднюю разность температур горячего и холодного теплоносителей.

,

где ∆t_Б – большая разность температур горячего и холодного теплоносителей, ^оС;

∆t_М – меньшая разность температур горячего и холодного теплоносителей, ^оС.

^оС

м²

Определим геометрические размеры змеевика, наружный диаметр которого d=0.05 м.

1) Расчет длины змеевика.

м

2) Расчет длины одного витка змеевика.

l_витка=π×d_витка,

где d_витка – диаметр витка змеевика, м.

Конструктивно примем диаметр витка.

d_витка=0.5×(D−d_м)+d_м,

где D – диаметр аппарата, м;

d_м – диаметр перемешивающего устройства, м.

d_витка=0.5×(1.8−1.5)+1.5=1.65 м

l_витка=3.14×1.65=5.18 м

3) Расчет числа витков змеевика.

n=L/l_витка=33/5.18=6.37

Принимаем число витков змеевика равным 7.

4) Конструктивно принимаем шаг между витками змеевика t=4×d=4×0.05=0.2 м.

5) Высота змеевика в реакторе Н_зм=n×t=7×0.2=1.4 м

Высота слоя реакционной массы в аппарате равна Н=1.98 м. Таким образом, условие нормальной работы змеевика Н<Н_зм – выполняется.

6.6 Расчет толщины тепловой изоляции [6]

Толщина слоя изоляционного материала рассчитывается по формуле:

,

где λ – коэффициент теплопроводности изоляционного материала, Вт/(м×К);

t₁, t₀ – соответственно, температура внутри аппарата и изолированной стенки, ^оС;

q – удельный тепловой поток, Вт/м².

Принимаем изоляционный материал асбест, для которого коэффициент теплопроводности рассчитывается по формуле:

λ=0.107+0.00019×t_ср,

где t_ср – средняя температура изоляционного материала.

Вт/(м×К)

Коэффициент теплоотдачи в окружающую среду лучеиспусканием и конвекцией определяется по уравнению:

α=9.74+0.07×(t₀−t),

где t – температура окружающей среды, ^оС.

α=9.74+0.07×(40−15)=11.49 Вт/(м²×К)

Удельный тепловой поток определяется по уравнению:

q=α×(t₀−t)=11.49×(40−15)=287.25 Вт/м²

м

Принимаем толщину изоляции равной 0.1 м.

6.7 Расчет механического перемешивающего устройства [6]

6.7.1 Расчет механического перемешивающего устройства реактора

1) Выбор типа перемешивающего устройства.

Для перемешивания выбираем якорную мешалку. [7, стр. 702]

Рекомендуемый диаметр мешалки [7, стр. 702]:

м

Выбираем мешалку d=1,5 м, рекомендуемая частота вращения ω=4.2 рад/с (n=63 об/мин).

2) Определение затрат мощности на перемешивание и подбор электродвигателя.

Определяем режим перемешивания

,

где Re – критерий Рейнольдса;

ρ – плотность реакционной массы, кг/м³;

n – частота вращения мешалки, об/c;

d – диаметр мешалки, м;

μ – вязкость реакционной массы, Па×с.

Находим значение критерия мощности [8, стр. 541] К_N=0.4.

Рассчитаем мощность, потребляемую мешалкой при установившемся режиме:

N=K_N×ρ×n³×d⁵=0.4×979.6×(63/60)³×1.5⁵=3444.6 Вт

Рассчитываем мощность привода мешалки:

,

где N_дв – мощность двигателя, Вт;

N_тр – потери мощности на трение в уплотнении, Вт;

η – коэффициент полезного действия.

Вт

Принимаем к установке стандартный электродвигатель во взрывозащищенном исполнении номинальной мощностью 5.67 кВт [8, стр.705]. На аппарате устанавливаем нормализованный привод типа IV (МН 5858-66)