Реферат по предмету "Химия"


Теплообменник 2

--PAGE_BREAK--                                          Н      Н  


                                                    Н   С     С    О      Н                   

                                                          

                                                          Н     Н

 

   Однако  распределение  электронной  плотности  в молекуле  спиртане  такое  равномерное, как  в  углеродах. Связь  О-Н  полимерная,так  как  наибольшая  электронная  плотность  её  смещена  к  атомуО2, как кэлементу  более  электроотрицательному. Атом  “Н” оказывается  как  бы  более  свободным  от  электронов, менеесвязанным  с  молекулой  и  поэтому  может  легковытеснятся  натрием. Смещение  электронной  плотности  можно показать  в  формуле  следующим  образом: 

                                     Н Н

                                  Н-С-С-О  Н

                                      Н Н

Химические свойства. Спирты  горят  при  поджигании, выделяет  кислоту:

                               С2Н5ОН+3О2-2СО+3Н2О+137Кдж.

Легко воспламеняются  синеватым  почти  не  светящимся  пламенем,  ипосле  сгорания  их  остаётся  чёрный  налёт.

     Взаимодействие  этилого  спирта  с  натрием:
2С2Н5ОН+2Na2C2Н5ОNa+H2

Продукт  замещения  водорода  в  этаноле  называется  этилатом  натрия, он  может быть выделен  после  реакции  в  твёрдом  виде. Также реагируютсо  щелочными  металлами  другие  растворимые  спирты  образуя соответствующие  алкоголиенты .

    Однако  спирты  к  классу  кислот  не  относятся, так  как  степень  диссоциации  их  крайне  незначительна, даже  меньше  чем  у  воды, ихрастворы  неизменяют  окраску  индикаторов. Положение степени  диссоциации спиртов  по сравнению с  водой  можнообьяснить  влиянием  углеводородного  радикала: смещение  радикаломэлектронной  плотности  связи C–O  в  сторону  атома  кислород  ведёт к  увиличению  на  последнемуровне  частичного  отрицательного  заряда  вследствие  чего  он  прочнее  удерживает  атом  водорода.Можно  повысить  степень, если  в  молекулу  ввести  заместительпритягивающий  к  себе  электроны  химической  связи.

     У  спиртов  может  вступатьв реакциюне  только  гидроксильный  атом  водорода,но  и  вся  гидроксильная  группа. Если  в  колбе  с  присоеденённым  к  ней  холодильником  нагревать  этиловый  спирт  с  галогеноводороднойкислотой, например,  с  бромоводородной  (для  образования бромоводорода  берут  смесь  бромида  калия  или  бромида  натрия  ссерной  кислотой), то  через  некоторое  время  можно  заметить, что  впробирке  под  слоем  воды  собирается  тяжёлая  жидкость–бромэтан.

С2Н5ОН+НBrС2Н5Br+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 катализатораспирты  легко  дигидратируются, т.е.  отщепляют  воду. Из  этиловогоспирта  при  этом  образуется  этилен:


                                       Н    Н

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

             

                                                    Н   ОН

                                                                                               [9, с.994-997]
    продолжение
--PAGE_BREAK--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:

           Хэт = 0,4

           Хв = 0,6

 Gсм= 9000 кг/ч

           t1 = 400C

           t2 = 600C

           T1 = 960C

           Gгр. в= 20000кг/ч

1)Расход этанола равен:

                            Gэт = Хэт* Gсм/3600,    где                         (3)

                                                                                                     [1,c.43]

Хэт – объёмная доля этанола;

Gсм– расход смеси;

3600 – перевод часа в секунды.

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

2)Расход воды:

                            Gв= Хв* Gсм/3600,       где                       

Хв – объёмная доля воды.

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

3)Расход греющей воды:

               Gгр. в = 20000/3600 = 5,556 (кг/с)

4)Таблица материального баланса:



Приход (кг/с)

Расход (кг/с)

Смесь

2,5

Этанол

1

Греющая вода

5,556

Вода

1,5





Греющая вода

5,556

Всего:

8,056

Всего:

8,056



               Gсм = Gэт+ Gв= 1+1,5 = 2,5 (кг/с) 




5)Теповая нагрузка теплообменника равна:

                             

                                     Q= Gсм* Ссм * (t2 – t1),        где                   (4)

                                                                                                           [5, с.193]

Ссм – удельная теплоёмкость смеси.

                                      Ссм = Сэт* Хэт+ Св* Хв,        где                   (5)

                                                                                                                   [6, с.808]

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

Св = 4190 Дж/кг*град

Ссм = 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= Gв* Cв* (T1– T2),       где     

T1, T2– начальная и конечная температуры воды соответственно.

                          T2= T1– Q/ Св* Gв
                          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:                                                          

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

9)Средняя температура воды равна:

                                        tср.в = tср.см + = 50+42,8 = 92,8 (0С)

10)Площадь трубного пространства:

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

                                         Sтр= Gсм/ Wсм =2,5/200 = 0,0125 (м2)             (7)

                                                                                                                      [5, с.195]

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

                                       

                                  dвн =                                          (8)

                                                                                                                  [5, с.196]

                           dвн = = 0,02 (м)

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

ружный диаметр равен: 

                                    dн= dвн+ 2*b                                                 (9)

                                                                                                                  [5, с.196]

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

11)Критерий Рейнольдса для трубного пространства:

                                     Reтр= Wсм* dэкв/Мсм,       где                        (10)

                                                                                                                   [7, с.32]

   dэкв– эквивалентный диаметр;

   Мсм – вязкость смеси (этанол и вода).

 

                                     dэкв.тр=                            (11)

                                                                                                                   [5, с.198]

                          dэкв.тр= = 0,147 (м)

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

                                                                         [6, с.806-807]

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

12)Критерий Прандтля для трубного пространства:

                                     Prтр= Mсм*Cсм/ λсм,           где                               (12)

                                                                                                                     [7, с.189]

   λсм– теплопроводность смеси (этанол и вода)

                           

                       λсм= 0,168 Вт/м*град

                                                                      [6, с.810-811]     

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

13)Критерий Нуссельта для трубного пространства:

                                       Nuтр= 0.023*Re0.8*Pr0.4                                     (13)

                                                                                                                     [7, с.192]

                         Nu= 0.023*539950.8*6.2030.4 = 249.7

14)Коэффициент теплоотдачи смеси равен:

                                        α = Nu* λ/ dэкв                                                 (14)

                                                                                                                      [2, с.70]

                          α = 249,7* 0,168 / 0,147 = 285,4 (Вт/м2*град)                                                

15)Пусть диаметр кожуха Д = 0,25 м, тогда площадь межтрубного пространства равна:

                                        Sмт= П*Д2 / 4 – 37*П*dн2/ 4                         (15)

                                                                                                                      [6, с.444]

                           Sмт= 3,14*0,252 / 4 – 37*3,14*0,0222 / 4 = 0,035 (м2)                       

16)Эквивалентный диаметр межтрубного пространства равен:

                                        dэкв.мт=                              (16)

                                                                                                                      [6, с.445]

                            dэкв.мт=  = 0,235 (м)                           

 

17)Критерий Рейнольдса для межтрубного пространства:

                                         Reмт= Wв* dэкв.мт/Мв,       где                        

   Мв — вязкость воды;

   Wв– расход воды.

       

                            Мв = 0,000357(Н*сек/м2)

                        

                            Wв= Gв/ Sмт= 5,556/0,035 = 158,75(кг/м2*с)

                             Reмт= 158,75* 0,235 / 0,000357 = 104500

18)Критерий Прандтля для межтрубного пространства равен:

                                           Prмт= Mв*Cв/ λв,          где

   

   λв = 0,068 Вт/м*град

   Cв= 4190 Дж/кг*град

                              Prмт= 0,000357 *4190 / 0,068 = 22




19)Критерий Нуссельта для межтрубного пространства:

                                       Nuмт= 1,16*( dэкв.мт*Reмт)0.6 * Prмт0,33            (17)

                                                                                                                      [5, с.158]

                          Nuмт= 1,16*( 0,235*104500)0.6 * 220,33 = 704,64          

20)Коэффициент теплоотдачи воды:

                                        α2 = Nuмт* λв/ dэкв.мт
                           α2 = 704,64* 0,068 / 0,235 = 203,896

21)Коэффициент теплопередачи:

                                К = ___________1_____________

                                       1/ α + 1/ α2 + b/λ+ r1* r2             ,      где         (18)

                                                                                                                      [5, с.192]

    r1, r2 – коэффициенты загрязнения воды и смеси соответственно.

                         r1= 0,0018 м2*град/Вт

                         r2= 0,0009 м2*град/Вт

     К = ___________1______________________________  = 88,8

               1/ 285,4+ 1/ 203,896 + 0,001/17 + 0,0018 * 0,0009                                         

22)Площадь теплообменника выводится из формулы:

                                         Q= K*F*                                                      (19)

                                                                                                              [2, с.64]

                                        F= Q/ K*

                                        

                      F= 152516/88.8*42.8 = 40.13 (м2)

23)Длина трубок равна:

                                        L= F/ n*П*dср                                              (20)

                                                                                                              [5, с.192]

                    dср= (dн + dвн) / 2

                           

                    dср= (0,022+ 0,02) / 2 = 0,021(м)

                          L= 40,13/ 37*3,14*0,021 = 16,45(м)                                             


Расчёт теплового баланса


Приход тепла со смесью:

Q1= Gсм* Cсм* t1
Q1= 2.5*3050.32*40 = 305032 (Вт)

Приход тепла с водой:

Q2= Gв*Cв*Т1 = 5,556*4190*96 = 2234845 (Вт)

Расход тепла со смесью:

Q3= Gсм*Ссм*t2= 3050,32*2,5*60 = 457548 (Вт)

 

Расход тепла с водой:

Q4= Gв*Св*Т2 = 5,556*4190*89,5 = 2083528 (Вт)

Потери в окружающую среду:

Qп= 0,05*Q= 0,05*152516 = 7629 (Вт)

Результаты отражены в таблице теплового баланса:



Приход тепла, Вт

Расход тепла, Вт

Со смесью

305032

Со смесью

457548

С водой

2234845

С водой

2083528





Потери

7629

Всего:

2539877

Всего:

2548705



(2539877+2548705)/2548705=0,04=4%

Расчёт верен.


                                                                                      [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7]

                                                                                     

                                                                                     

                                                                                     



    продолжение
--PAGE_BREAK--


Не сдавайте скачаную работу преподавателю!
Данный реферат Вы можете использовать для подготовки курсовых проектов.

Поделись с друзьями, за репост + 100 мильонов к студенческой карме :

Пишем реферат самостоятельно:
! Как писать рефераты
Практические рекомендации по написанию студенческих рефератов.
! План реферата Краткий список разделов, отражающий структура и порядок работы над будующим рефератом.
! Введение реферата Вводная часть работы, в которой отражается цель и обозначается список задач.
! Заключение реферата В заключении подводятся итоги, описывается была ли достигнута поставленная цель, каковы результаты.
! Оформление рефератов Методические рекомендации по грамотному оформлению работы по ГОСТ.

Читайте также:
Виды рефератов Какими бывают рефераты по своему назначению и структуре.