Теплообменник

С2Н5ОН+НBr

С2Н5Br+H2O

             Эта  реакция  тоже  идёт с ионным расщеплением ковалентной                       связи  С-О. Она  напоминает  реакцию  оснований  и  этилового  спирта,  образуется  бромистан. При нагревании с концентрированной кислотой в качестве катализатора спирты  легко  дигидратируются, т.е.  отщепляют  воду. Из  этилового спирта  при этом  образуется  этилен:

 

                                       Н    Н 

                                 Н –С –С –Н –СН2=СН2+Н2О   

             

                                                    Н   ОН

                                                                                               [9, с.994-997]

1.3.Техника  безопасности

 

           Этанол – растворитель в лакокрасочной и фармацевтической промышленности, в производстве кинофотоматериалов, товаров радиоэлектроники и бытовой химии, высокомолекулярных веществ. Сырьё в производстве диэтилового эфира, хлороформа, тетраэтилсвинца, ацетальдегида, уксусной кислоты, этилацетата, этиламина, этилакрилатов, этилсиликатов. Этанол из пищевого сырья часто используют для получения чистого этилена. Этиловый спирт – компонент антифриза, топливо для реактивных двигателей. В ряде стран – компонент автомобильного топлива: повышает октановое число, сокращает расход бензина, снижает содержание вредных веществ в выхлопных газах. Содержание этанола в автомобильном топливе в зависимости от сырьевой базы составляет от 10% в США до полной замены бензина этанолом в Бразилии.

            Для технических целей часто  используют денатурированный спирт  (денатурат) – спирт-сырец, содержащий  добавки красителя, окрашивающего этанол в сине-фиолетовый цвет, и специальных веществ, придающих ему неприятный запах и вкус; денатурат ядовит. В медицине этиловый спирт применяется для дезинфекции, как поверхностное сосудорасширяющее средство, коагулянт белка, в том числе при лечении ожогов. Значительная часть этанола идёт на изготовление спиртных напитков.

            Этиловый спирт чрезвычайно гигроскопичен,  при концентрации выше 70% (по объёму) прижигает кожу и слизистые оболочки; при приёме внутрь угнетает центры торможения мозга, вызывает опьянение, при многократном употреблении – алкоголизм.

            Легко воспламеняется, температура самовоспламенения – 404⁰С, пределы взрываемости: температурные 11-41⁰С, концентрационные 3,6-19% (по объёму), ПДК в атмосферном воздухе 5 мг/м³, в воздухе рабочей зоны 1000 мг/м³, ЛД₅₀ 9г/кг (крысы, перорально).

             Наиболее крупные производители  этанола (тыс. в год): Бразилия 7500 (1985), США 2700 (1986), Россия 1200 (1989), Великобритания 200 (1986), Япония 179 (1985).

              Впервые этанол выделен из  продуктов брожения в Италии  в 11-12 вв.

  Абсолютированный этанол получил перегонкой водного раствора над пота- 

 шом Ловиц Т.Е. (1796). В 1855г. Бертло М. синтезировал этиловый спирт че-

 рез  этилсерную кислоту. Производство синтетического этанола началось с      

  1930г. в США.                   

                                                                                                 [9, с.997] 

 

2.Расчёт  теплообменника 

           Дано:

           Х_эт = 0,4

           Х_в = 0,6

       G_см= 9000 кг/ч

           t₁ = 40⁰C

           t₂ = 60⁰C

           T₁ = 96⁰C

           G_{гр. в}= 20000кг/ч  

1)Расход  этанола равен: 

                            G_эт = Х_эт* G_см/3600,    где       (3)

      [1,c.43]

Х_эт – объёмная доля этанола;

G_см – расход смеси;

3600 –  перевод часа в секунды. 

              G_эт = 0,4*9000/3600 = 1 (кг/с) 

2)Расход  воды: 

                            G_в = Х_в* G_см/3600,       где  

Х_в – объёмная доля воды. 

              G_в = 0,6*9000/3600 = 1,5 (кг/с) 

3)Расход  греющей воды: 

               G_{гр. в} = 20000/3600 = 5,556 (кг/с)  

4)Таблица  материального баланса: 

 

               G_см = G_эт + G_в = 1+1,5 = 2,5 (кг/с) 

 

5)Теповая нагрузка теплообменника равна:

                             

                                     Q = G_см* С_см * (t₂ – t₁),        где                   (4)

      [5, с.193] 

С_см – удельная теплоёмкость смеси.

                                      С_см = С_эт* Х_эт+ С_в* Х_в,        где                   (5) 

                                                                                                                  [6, с.808] 

С_эт = 0,32 ккал/кг*град =0,32*4190 = 1340,8 Дж/кг*град

С_в = 4190 Дж/кг*град

С_см = 1340,8 * 0,4 + 4190 * 0,6 = 3050,32 (Дж/кг*град) 

                         Q = 2.5*3050,32*(60-40) = 152516 (Дж/с) или (Вт) 

6)Конечная  температура воды рассчитывается по формуле: 

                                         Q = G_в * C_в * (T₁ – T₂),       где       

T₁, T₂ – начальная и конечная температуры воды соответственно. 

                          T₂ = T₁ – Q/ С_в* G_в 

                          T₂ = 96-152516/4190*5,556 = 89,5 (⁰С)

7)Средняя  разность температур равна: 

                                            40 60

                                          89,5 96

                        89,5-40 = 49,5            96-60 = 36

                                       (⁰С) (6)

                                                                                                                    [5, с.194]

8)Средняя  температура смеси:                                                         

                                        t _ср.см = 40+60/2 =50 (⁰С) 

9)Средняя  температура воды равна:

                                        t _ср.в = t _{ср.см +} = 50+42,8 = 92,8 (⁰С) 

10)Площадь  трубного пространства:

  Примем  массовую долю смеси W_см = 200 кг/м²*с, тогда площадь равна:

                                         S_тр = G_см/ W_см =2,5/200 = 0,0125 (м²)             (7)

                                                                                                                      [5, с.195]

Пусть количество труб n = 37, тогда внутренний диаметр трубки равен:

                                       

                                  d_вн =      (8)

                                                                                                                  [5, с.196] 

                           d_вн = = 0,02 (м)

Пусть толщина стенки трубки b будет равна 1см =0,001м, следовательно, на-

ружный  диаметр равен:   

                                    d_н = d_вн + 2*b                                                 (9)

                                                                                                                  [5, с.196]

                           d_н = 0,02+2*0,001 = 0,022 (м) 

11)Критерий  Рейнольдса для трубного пространства: 

                                     Re_тр = W_см * d_экв/М_см,       где                        (10)

                                                                                                                   [7, с.32]

   d_экв – эквивалентный диаметр;

   М_см – вязкость смеси (этанол и вода).

 

                                     d_экв.тр =                           (11)

                                                                                                                   [5, с.198]

                          d_экв.тр = = 0,147 (м) 

                          М_см = 0,000545 (Н*сек/м²)

      [6, с.806-807]

                          Re_тр = 200*0,147/0,000545 = 53995 

12)Критерий  Прандтля для трубного пространства: 

                                     Pr_тр = M_см *C_см / λ_см,           где                               (12)

                                                                                                                     [7, с.189]

   λ_см – теплопроводность смеси (этанол и вода)

                         

                       λ_см = 0,168 Вт/м*град

                                                                      [6, с.810-811]       

                           Pr_тр = 0,000545 *3050,32 / 0,168 = 6,203