2. Расчет энтальпий и коэффициентов  уравнения 

 
 
 
 
 

     Составление теплового баланса.

1. Количества и массовые соотношения компонентов принимаем из материального баланса.
2. Изначально принимаем температуру приходящих и уходящих компонентов за 353 K (80 °C).
3. Теплоемкости компонентов рассчитываются по формуле

 
     

4. Тепловые  эффекты образования веществ  при температуре 353 K определяются по формуле:

ΔH_i = G_i·с_рi·353

5. Изменения коэффициентов температурной зависимости теплоемкости в рассматриваемой химической реакции вычисляем по формуле:

     

     

     

, где

     

.

Получили  Δa = 8,66, Δb = -475,25·10^-3, Δс = 158,48·10^-6.

6. Тепловой эффект реакции ΔH^{реакции} при температуре Т определяем по формуле:

     

,

где - тепловой эффект реакции при стандартных условиях:

     

;

     6) Приравниваем значение ΔH^{продуктов} в таблице значению Σ (ΔH^сырья +ΔH^{реакции}). Методом подбора параметра при помощи программы Excel определяем температуру t_вых, при которой выполняется баланс

     ΔH^сырья+ΔH^{реакции}=ΔH^{продуктов}, или

     ΣG_i^сырья·с_рi^сырья·t_вх+ ΔH^{реакции}= ΣGi^{продуктов}·с_рi^{продуктов}·t_вых

1. Тепловой баланс реакторного блока.

 

       Получили значение t_вых = 370,5 K, или 97,5 °C.

5. Расчет  теплообменного аппарата.

     Назначение  первого теплообменного аппарата (ТА), приведенного на схеме (Рис. 2), – нагрев реакционной смеси до температуры, необходимой для протекания в реакции в алкилаторе А1. С другой стороны, процесс алкилирования сопровождается выделением тепла, что может привести  повышению температуры в зоне реакции, превышающей верхний предел термостойкости катионита, определяющий стабильность его длительной работы как катализатора. Регулирование необходимого температурного режима в алкилаторе достигается нагреванием сырьевого потока на входе в алкилатор до строго определенной температуры, в результате чего при заданных параметрах процесса (превращения сырья в целевой и побочный продукт) температура на выходе из аппарата А1 не превышает указанного значения.

     Примем  температуру входа реакционной смеси в аппарат равной 30 °C, температуру выхода из него – 80 °C. Теплоносителем является водяной пар с температурой 100 °C. 

     Схема теплообмена:

                 конденсация

      100 °C     100 °C

            нагрев

30 °C     80 °C 

     В результате расчета необходимо определить поверхность теплообмена аппарата.

1. Определение тепловой нагрузки аппарата

     Составим  тепловой баланс:

     

, где

     Q – тепловая нагрузка аппарата, ккал/ч;

     G₁, G₂ – количество холодного и горячего теплоносителя, кг/ч;

      , – энтальпия горячего теплоносителя при температурах входа и выхода, ккал/кг;

     η – КПД теплообменника; на практике – 0,95—0,97 (принимаем 0,96);

      , – энтальпия холодного теплоносителя при температурах входа и выхода, ккал/кг.

     Энтальпии горячего теплоносителя на входе  и выходе принимаем из справочных данных [4, с. 243, Приложение 24], считаем, что пар полностью сконденсировался в жидкость:

      = 639,1 ккал/кг

      = 100,1 ккал/кг.

     Энтальпии компонентов холодного теплоносителя (сырья) на входе и выходе рассчитываем по закону Кирхгофа:

     

2. Расчет  поверхности теплообмена.

Поверхность теплообмена  определяют из уравнения теплопередачи по формуле [4, стр.66-72]:

откуда 

,

     где F – поверхность теплообмена, м²;

К –  коэффициент теплопередачи, ккал/(м²·ч·град);

τ_ср – средняя логарифмическая разница температур, °C.

     Коэффициент теплопередачи K выбираем из справочных данных [4, с. 259, Приложение 42] для жидкостного кожухотрубного теплообменника из интервала значений 150—250 ккал/(м²·ч·град). Примем значение 200 ккал/(м²·ч·град).

Средняя логарифмическая разность температур выражается уравнением:

,

     где ∆t_в, ∆t_н – высшая и низшая разности температур между потоками у концев теплообменного аппарата, ºС.

∆t_в=100 – 30 = 70 ºС

∆t_н = 100 – 80 = 20 ºС

Тогда поверхность теплообмена F равна:

 

Заключение

     В результате проведенной работы:

     1. Было установлено, что при производстве  изононилфенола алкилированием  фенола на сульфокатализаторах  при описанных выше условиях  процесса наиболее оптимальным является соотношение фенол : олефин, равное 3,0 : 1. При этом максимально возможный выход целевого продукта составляет 75,15 % при времени контакта 4000 с.

     2. Был обоснован выбор времени  контакта 2000с.  при практической  реализации процесса, выход целевого  продукта при этом составляет 65,6 %.