2) Тепло , поступившее с маточником:

,

3) Тепло необходимое для нагрева смеси от 20°С до 80°С:

Расход:

1) Тепло , отводимое с ДНБК:

,

2) Тепло , отводимое с маточным раствором:

,

3) Тепло - потери в окружающую среду (примем потери 10% от теплоты, необходимой на нагрев смеси):

4) Тепло , отводимое с охлаждающей водой:

Таблица №24

Операционный тепловой баланс стадии кристаллизации

Приход	кДж	Расход	кДж
1) Тепло с ДНБК	2252,6	1) Тепло , отводимое с ДНБК	1859,2
2) Тепло с этанолом	9127,8	2) Тепло , отводимое с маточным раствором	18476,8
3) Тепло с маточником	9405,0	3) Тепло - потери в окружающую среду	6334,2
4) Тепло для нагрева смеси	63342,0	4) Тепло , отводимое с охлаждающей водой	57457,2
Итого	84127,4	Итого	84127,4

Выбор и расчёт оборудования

1-я стадия - реакция нитрования

Вначале необходимо выбрать объем аппарата. Для этого определим суточные объемы, загружаемых в реактор компонентов и их сумму (плотность олеума - 1897 , - 1520 , - 1260 ) [11].

Мы не можем загрузить общее количество материалов, равное этому объёму, так как всегда должен оставаться резерв на случай повышения уровня жидкости из-за перемешивания, вспенивания и т.д. Обычно коэффициент заполнения аппарата колеблется от 0,9 до 0,6. Для реакции нитрования примем коэффициент заполнения равным 0,7 [12]. Тогда

.

Из каталога выбираем аппарат с характеристиками [13]:

аппарат вертикальный

Рабочая температура 10-100⁰

Номинальный объем - ;

D_{обечайки} - (внутренний);

Н_{обечайки} - ;

Основной материал - сталь 08Х22Н10Т

Площадь поверхности теплообмена:

рубашки -

змеевика -

В аппарате имеется две секции змеевиков из труб Ж 25 мм с числом витков в секции 12. Шаг витка равен 2d трубы.

Определение поверхности теплообмена

Требуемая поверхность теплообмена определяется по формуле [12]:

В приведенной формуле:

- количество тепла, которое нужно отвести (подвести) в процессе дозировки, кДж;

- коэффициент теплопередачи, ;

- поверхность теплообмена, ;

- средняя разность температур между теплоносителем и реакционной массой град.

Выбор коэффициента теплопередачи

Для дипломного проекта значение коэффициента теплопередачи принимаем на основании литературных данных.

Примем следующие значения коэффициента теплопередачи [12]:

для змеевика

=500 =581,5

для рубашки

=200 =252,6

Определение средней разности температур между теплоносителем и реакционной массой

Для определения обычно располагают данными о температурном режиме в аппарате и температуре входящей охлаждающей воды или другого охлаждающего агента.

Для определения необходимы данные о температурном режиме в аппарате и температуре входящего охлаждающего агента (воды) [12]. Рассчитаем поверхность, необходимую для нагрева реакционной массы с 10 до 60 . Для этого примем, что горячая вода, поступающая в змеевик, охлаждается с 95 до 65 .

,

Следовательно, требуемая площадь нагрева составляет:

Рассчитаем поверхность, необходимую для отвода тепла реакционной массы. Для этого примем, что рассол (23,8% раствор хлорида кальция), поступающая в рубашку, нагревается с - 20 до - 10 . Температура реакционной массы при этом составляет 60 .

Следовательно, требуемая площадь для отвода тепла составляет:

Так как площадь теплообмена рубашки составляет по каталогу , то для теплоотвода требуется использовать две секции змеевиков.

Рассчитаем время прилива кислотной смеси. Время прилива может быть рассчитано по формуле [12]:

Для периодического отмеривания жидкости используют резервуары с устройством для отмеривания объема. Чаще всего используют цилиндрические стальные резервуары с плоскими днищами. Для измерения жидкости в мерниках применяют смотровые стекла, поплавки, пневматические измерители. При выборе габаритов мерника исходят из необходимого количества жидкости, подлежащей загрузке за операцию.

Рассчитаем объемы мерников кислот, идущих на приготовление кислотной смеси и бензойной кислоты [14]:

- объем мерника 20% олеума

- объем мерника 98% азотной кислоты

Бензойная кислота загружается в реактор при помощи ленточного расходомера.

- объем мерника бензойной кислоты

Объем аварийной емкости Е3 должен в 4-5 раз превышать объем реактора нитрования:

Объем промежуточной емкости Е4 равен объему реактора нитрования:

Расчет перемешивающего устройства нитратора

Расчет ведется исходя из вязкости самого вязкого компонента, плотности самого плотного и температурного режима [12].

Самый вязкий и наиболее плотный компонент это 20% раствор олеума:

Диаметр перемешивающего устройства:

Примем скорость вращения мешалки [12]: м/с

Следовательно, число оборотов мешалки:

, оборот/сек

Определим значение критерия Рейнольдса:

,

По [12] выбираем пропеллерную трехлопастную мешалку.

Определим критерий мощности: , где и - постоянные величины (определяются по таблице [12]):

Рассчитаем величину мощности:

кВт

Определяем мощность мешалки в пусковой момент:

кВт

Установочная мощность:

, кВт

где 0,95 - КПД электродвигателя, 1,2-запас мощности электродвигателя [12].

Проверим следующее условие [12]:

,

следовательно, мешалка данного типа подходит.

Выбираем привод мощностью 1,0кВт; мотор редуктор типа МПО2 и электродвигатель типа АИ [15].

Рассчитаем производительность насоса для подачи 98% азотной кислоты [12]:

Время подачи азотной кислоты составляет 600с, тогда

Выбираем насос марки Х20/18, производительностью . Тип электродвигателя АО2-31-2, мощностью 3кВт.

2-я стадия - разбавление и фильтрация

Определим суточные объемы, загружаемых в реактор компонентов и их сумму (плотность воды - 1000 , - 1520 , - 1900 ) [11].

Плотность суспензии ДНБК рассчитывается как аддитивная величина:

Следовательно, объем аппарата равен:

Примем коэффициент заполнения аппарата равным 0,8 [12].

Тогда объем аппарата будет равен .

Из каталога выбираем аппарат с характеристиками [13]:

аппарат вертикальный

Рабочая температура 10-100⁰

Номинальный объем - ;

D_{обечайки} - (внутренний);

Н_{обечайки} - ;

Основной материал - сталь 08Х22Н10Т

Площадь поверхности теплообмена:

рубашки -

змеевика -

В аппарате одна секция змеевиков из труб Ж 57 мм с числом витков в секции 12. Шаг витка равен 2d трубы.

Рассчитаем поверхность, необходимую для отвода тепла реакционной массы. Для этого примем, что рассол (23,8% раствор хлорида кальция), поступающая в рубашку, нагревается с - 20 до - 10 . Реакционной массы при этом охлаждается с 60 до 20 .

Следовательно, требуемая площадь для отвода тепла составляет:

Так как площадь теплообмена рубашки составляет по каталогу , то для теплоотвода требуется использовать две секции змеевиков.

Рассчитаем время прилива воды. Время прилива может быть рассчитано по формуле [12]:

Рассчитаем объем мерника суспензии ДНБК, загружаемой в реактор разбавления:

Рассчитаем объем хранилища маточника отработанной кислотной смеси. Плотность маточного раствора рассчитывается как аддитивная величина (с учетом промывной воды):

Примем коэффициент заполнения равным 0,9; тогда объем хранилища будет равен:

Рассчитаем необходимую площадь поверхности фильтрации:

Плотность ДНБК рассчитывается как аддитивная величина:

Следовательно, объем ДНБК равен:

Зададим высоту слоя ДНБК на фильтре равной 15см, тогда требуемая площадь поверхности составит:

Из каталога выбираем вакуум-фильтр емкостной под давлением с

характеристиками [16]:

Площадь поверхности фильтрации - ;

D - ; Н - ;

Основной материал - сталь 12Х18Н10Т

Расчет перемешивающего устройства разбавителя

Вязкость и плотность раствора ДНБК определим как аддитивные величины.

Диаметр перемешивающего устройства:

,

Примем скорость вращения мешалки [12]: м/с

Следовательно, число оборотов мешалки:

, оборот/сек

Определим значение критерия Рейнольдса:

,

По [12] выбираем пропеллерную трехлопастную мешалку.

Определим критерий мощности: , где и - постоянные величины (определяются по таблице [12]):

Рассчитаем величину мощности: