Выбор вспомогательного оборудования Насосы

Для перемещения спирта этилового 70 % из реактора в перколятора, перемещения водно-спиртового извлечения из перколятора в перколятор, а также в РПИ выбираем мембранные насосы во взрывозащищённом исполнении фирмы «VK KOMPLEKT» (поз. 9, 13).

Технические данные:

Марка ………………………………………………………..1 D 0210 BA 00600

Производительность, л/ч …………………………………………………... 210

Мощность двигателя, кВт …………………………………………………. 0,37

Материал головки насоса………………………………… н/ст AISI 316 и ПВХ

Материал корпуса ……………………………………………. литой алюминий, защищённый эпоксидной, противокислотной краской.

Подъёмники

Выбираем передвижные подъёмники (поз.10,20 ) фирмы LIMITEC.

Подъёмников требуется 2.

Технические данные:

Грузоподъёмность, кг……………………………………………………………1000

Габариты, мм …………………………………………………………800 х 800 х 4000 мм

Передвижные ёмкости

На стадии взвешивания и измельчения, экстрагирования выбираем ёмкости объёмом 0,6 м3 фирмы «ЮВС» (поз. 4,5,7):

Технические данные:

Рабочий объём, м3 ……………………………………………………………………….0,6

Внутренний диаметр, мм ………………………………………………………………. 500

Высота, мм ……………………………………………………………………………… 700

Материал …………………………………………………………………….12Х18Н10Т

Масса, кг …………………………………………………………………………….. 150.

Конвейерная секция

На стадии упаковки используется конвейерная секция «КС-ВИПС-МЕД» (поз. 27)

Технические данные:

Емкость обрабатываемых флаконов,мл………………………………………….. 10 – 450

Максимальная производительность, ф/ час…………………... 6000 для флаконов 10 мл

Размеры конвейерной секции, мм …………………………….1000 х (1000 - 3000) х 570

Вес нетто, кг ………………………………………………………………………….50 - 70

10. Тепловые расчеты расчет роторно-пленочного испарителя для получения сухого экстракта крушины

Мощность: 1 млн. флаконов в месяц.

По данным часовых материальных потоков на выпаривание в РПИ поступает 467,93 кг. водно-спиртового извлечения в час. Т.о. за сутки (режим работы цеха – 2 смены по 7 часов) упаривается 467,93*2*7 = 6551,02 кг/сутки. Количество удаленного экстрагента: 410,72*2*7 = 5750,08 кг/сутки

Исходные данные:

1. Количество извлечения, поступающего на испарение – G_выт = 6551,02 кг.

2. Начальная температура вытяжки, поступающей в РПИ – t^н_выт = 50 ^оС

3. Абсолютное давление внутри аппарата – Р = 0,09 МПа

4. Средняя температура кипения вытяжки при абсолютном давлении в аппарате 0,09МПа – t_кип = 55^оС

5. Абсолютное давление греющего пара – Р_гр.п. = 0,1 МПа

6. РПИ со следующими характеристиками:

- поверхность теплообмена S = 6,3 м²

- масса аппарата G_апп = 5500 кг

- высота аппарата Н = 9430 мм

- диаметр аппарата D = 600 мм

- толщина стенки аппарата δ_ст = 0,005 м

- производительность РПИ: 140 кг испаренной влаги с 1 м²

Тепловой расчет

Тепловой баланс установки:

Q_прих = Q_расх [10]

Q₁ + Q₂ + Q₃ + Q₄ = Q₅ + Q₆ + Q₇ + Q₈ + Q₉ + Q₁₀ + Q₁₁

1. Приход тепла, Q_прих

1) Q₁ – тепло, поступающее в аппарат вместе с вытяжкой

Q₁ = G_выт·С_выт·t^н_выт , где [10]

- С_выт – теплоемкость исходной вытяжки, Дж/кг·град

С_выт = С_1·х₁ + С_2·х₂+ С_3·х₃ + С_4·х₄, где [11]

- С₁ , С₂, С₃, С₄ – теплоемкости спирта этилового, воды, экстрактивных веществ (в пересчете на дубильные вещества, танин) и антраценпроизводных соответственно, Дж/кг·град;

- х₁, х₂, х₃, х₄ – массовые доли компонентов в исходной вытяжке.

С₁ = 2,6 кДж/кг·град [10]

С₂ = 4,19 кДж/кг·град [10]

С₄ = 1,72 кДж/кг·град [10]

Для расчета теплоемкости танина воспользуемся формулой расчета теплоемкости химического соединения:

М·С = n_1·C₁ + n_2·C₂ + …, где [10]

- М – молекулярная масса соединения кг/кмоль;

- С – теплоемкость соединения, кДж/кг·град;

- С₁, С₂ – теплоемкости атомов, входящих в соединение, кДж/кг·град;

- n₁, n₂ – количество атомов данного элемента, входящих в соединение.

Танин имеет следующую формулу: С₁₄Н₁₀О₉

Молекулярная масса М = 322 кг/кмоль

Теплоемкости атомов для соединения, находящегося в жидком состоянии, имеют следующие значения:

С(С) = 11,7 кДж/кг·град

С(Н) = 18,0 кДж/кг·град

С(О) = 25,1 кДж/кг·град

Теплоемкость танина составит:

С₃ = (11,7·14 + 18,0·10 + 25,1·9)/322

С₃ = 1,17 кДж/кг·град

Массовые доли компонентов в вытяжке:

х₁= 60,41 %

х₂ = 36,85 %

х₃ = 2,1 %

х₄ = 0,64 %

Т.о. теплоемкость вытяжки составит:

С_выт = 0,6041·2,6 + 0,3685·4,19 + 0,0064·1,72 + 0,021·1,17 = 3,15 кДж/кг·град

Q₁ = 6551,02·3,15·10³·50

Q₁ = 103,18·10⁷ Дж

2) Q₂ – тепло, вносимое неизолированной частью аппарата, Дж

Q₂ = G_апп·С_стали·t^н_апп, где

- С_стали – теплоемкость стали, равная 0,5 кДж/кг·град; [11]

- t^н_апп – начальная температура аппарата, принимаемая равной температуре окружающей среды 20^оС

Q₂ = 5500·0,5·10³·20 = 5,5·10⁷ Дж

3) Q₃ – тепло, вносимое изолированной частью аппарата

Q₃ = G_изол·С_изол·t^н_изол, где

- С_изол – теплоемкость изолирующего материала, кДж/кг·град;

- G_изол – масса изолирующего материала, кг;

- t^н_изол – начальная температура изолирующего материала, принимается равной температуре окружающей среды, 20^оС

Масса изоляционного материала:

G_изол = F_изол· δ_изол· ρ_изол

Площадь изоляции определяется по следующей формуле:

F_изол = п·D·Н + 0,785 D², где

- D и Н – габариты аппарата, м.

F_изол = 3,14·0,6·9,43 + 0,785·0,36

F_изол = 18,05 м²

Толщина тепловой изоляции δ_изол определяется из равенства удельных тепловых потоков через слой изоляции от поверхности изоляции в окружающую среду:

α_в·(t_ст.2 – t_в) = (λ_изол/δ_изол) (t_ст.1 – t_ст.2), где [10]

- α_в = 9,3 + 0,058 t_ст.2 – коэффициент теплоотдачи от внешней поверхности изоляционного материала в окружающую среду, Вт/м² К

- t_ст.2 – температура изоляции со стороны окружающей среды (воздуха), принимается равной 40 ^оС;

- t_ст.1 – температура изоляции со стороны аппарата, принимается равной температуре греющего пара, t_ст.2 = t_гр.п = 99,1 ^оС;

- λ_изол = 0,098 Вт/м·К [14] – коэффициент теплопроводности изоляционного материала

α_в = 9,3 + 0,058·40 = 11,6 Вт/м² К

В качестве изолирующего материала используется совелит (85% магнезии и 15% асбеста).

ρ_изол = 450 кг/м³

С_изол = 0,905 кДж/кг·град [14]

δ_изол = 0,098·(99,1 – 40)/(11,6·(40 – 20))

δ_изол = 0,031 м

G_изол = 18,05·450·0,031 = 251,8 кг

Q₃ = 251,8·0,905·10³·20 = 0,46·10⁷ Дж

4) Q₄ – тепло, поступающее с греющим паром

Q₄ = D·i”·x, где [11]

- D – расход греющего пара, кг;

- i” – удельная энтальпия пара при давлении 0,1 МПа, 2677 кДж/кг [11]

- х – степень сухости пара, принимается равной 95%.

Q₄ = 2677·10³·0,95·D

Q₄ = 0,254·10⁷ Дж

Общий приход тепла составит:

Q_прих = Q₁ + Q₂ + Q₃ + Q₄

Q_прих = (103,18 + 5,5 + 0,46 + 0,254D)·10⁷

Q_прих = (109,14 + 0,254D)·10⁷

2. Расход тепла, Q_расх

1) Q₅ – тепло, необходимое для нагрева стальной части аппарата

Q₅ = G_апп С_апп t^ср_апп, где [10]

- С_апп – теплоемкость материала аппарата, С_стали = 0,5 кДж/кг·град

- t^ср_апп – средняя температура стенки аппарата, ^оС

t^ср_апп = (t_ст.1 + t_ст.2)/2, где [11]

- t_ст.1 и t_ст.2 – температуры стенки аппарата со стороны греющего пара и упариваемого раствора соответственно, ^оС

Для определения t^ср_апп воспользуемся расчетом по методу последовательного приближения, для чего примем t_ст.1 = 93,8 ^оС

Расчет проводится исходя из того, что при установившемся процессе теплообмена количество тепла от конденсации греющего пара через стенку к кипящей выпариваемой жидкости равны.

q_конд = q_cn = q_кип [11]

q_конд = α_конд (t_гр.п. - t_ст.1)

Коэффициент теплоотдачи для конденсации пара принимаем равным α_конд = 12000 Вт/м² град

q_конд = 12000 (99,1 – 93,8) = 63600 Вт/м²

Количество тепла, проходящего через стенку, определяется формулой:

q_ст = (t_ст.1 - t_ст.2)/∑r_ст, где [11]

- ∑r_{ст –} суммарное термическое сопротивление стальной стенки и термических сопротивлений загрязнений на ней, м² град/Вт

∑r_ст = r_з1 + (δ_ст/λ_стали) + r_з2

∑r_ст (1/5800) + (0,005/46,5) + (1/5000)

∑r_ст = 4,8·10^-4 м² град/Вт

t_ст.2 = t_ст.1 – q ∑r_ст (из формулы (16))

t_ст.2 = 93,8 - 63600·4,8·10^-4

t_ст.2 = 63,3 ^оС

Количество тепла, передаваемое от стенки к кипящей жидкости:

q_кип = α_кип (t_ст.2. – t_кип), [10]

- α_кип – коэффициент теплоотдачи от стенки к кипящей жидкости; в РПИ может быть рассчитан по уравнению K.Dieter, полученному эмпирическим путем для РПИ типа «Самбай»

α_кип = 110 (n/μ)^1/3 λ, где

- n – скорость вращения ротора, n = 800 об/мин

- μ = 0,67·10^-6 м²/с – коэффициент диффузии водно-спиртовой смеси

- λ = 35,64·10^-2 Вт/м К

α_кип = 110 (800/60·0,67·10^-6)^1/335,64·10^-2

α_кип = 10623 Вт/м² град

Коэффициент теплопередачи составит:

К = 1/((1/α_конд) + (δ_ст/λ) + (1/ α_кип) [11]

К = 1/((1/12000) + (4,8/10000) + (1/10623)

К = 1520,9 Вт/м² град

Проверка t_ст.1:

t_ст.1 = t_гр.п – К(t_гр.п – t_кип)/ α_конд

t_ст.1 = 99,1 – 1520,9 (99,1 – 55)/12000

t_ст.1 = 93,5 ^оС

Уточнение t_ст.2 :

t_ст.2 = t_кип + К(t_гр.п – t_кип)/ α_кип

t_ст.2 = 55 + 1520,9 (99,1 – 55)/10623

t_ст.2 = 61,31 ^оC

Т.о. средняя температура стенки аппарата составит:

t^ср_апп = (93,5 + 61,31)/2 = 77,4 ^оС

Q₅ = 5500·0,5·10³·77,4 = 21,3·10⁷ Дж

6) Q₆ – тепло на нагрев изоляции

Q₆ = G_изол С_изол t^ср_изол,

- t^ср_изол = 40 ^оС, - средняя температура изоляционного материала, должна строго соответствовать требованиям СанПиН и не превышать 45 ^оС

Q₆ = 251,8·0,905·10³·40 = 1·10⁷ Дж

7) Q₇ – тепло, затрачиваемое на испарение экстрагента из вытяжки

Q₇ = G_выт С_выт (t_кип – t^н_выт)

Q₇ = 6551,02·3,15·10³(55 – 50) = 10,32·10⁷ Дж

8) Q₈ – тепло, затрачиваемое на испарение экстрагента из вытяжки

Q₈ = W r, где

- W- количество выпариваемого экстрагента, кг;

- r – теплота испарения экстрагента при температуре кипения вытяжки, кДж/кг

W = 410,72·2·7 = 5750,08 кг/сутки

Теплота фазового перехода для смесей рассчитываются по правилу аддитивности:

r_см = ∑х_i·r_i, где

- х_i – массовые доли компонентов в смеси;

- r_i – теплоты парообразования компонентов при температуре кипения смеси, Дж/кг

х_cп.эт = 59% х_воды = 41%

r_сп.эт. = 884,1 кДж/кг r_воды = 2368 кДж/кг

r_cм = 0,59·884,1 + 0,41·2368 = 1492,5 кДж/кг

Q₈ = 5750,08·1492,5·10³ = 858,2·10⁷ Дж

5) Q₉ – количество тепла, уносимое с сухим экстрактом

Q₉ = G_{сух.выт} С_{сух.выт.} t^к_{сух.выт}, где

- G_{сух.выт} – масса сухого экстракта, кг;

- С_{сух.выт} – теплоемкость сухого экстракта, Дж/кг град;

- t^к_{сух.выт} – температура сухого экстракта, равная 55^оС.

G_{сух.выт} = 11,82·2·7 = 165,48 кг/сутки

Теплоемкость сухого экстракта рассчитывается по формулам (4) и (5).

Теплоемкости атомов для соединения, находящегося в твердом состоянии, имеют следующие значения:

С(С) = 7,5 кДж/кг·град

С(Н) = 9,6 кДж/кг·град

С(О) = 16,8 кДж/кг·град

Теплоемкость танина составит:

С₃ = (7,5·14 + 9,6·10 + 16,8·9)/322

С₃ = 1,09 кДж/кг·град

Массовые доли анрахинонов, экстрактивных веществ и влаги в экстракте:

х₁ = 23 %

х₂ = 74 %

х₃ = 3 %

Т.о. теплоемкость вытяжки составит:

С_выт = 0,23·1,27 + 0,74·1,09 + 0,03·4,19 = 1,22 кДж/кг·град

Q₉ = 165,48·1,22·10³·55 = 1,1·10⁷ Дж

6) Q₁₀ – количество тепла, уносимое с конденсатом греющего пара

Q₁₀ = D i’ х, где

- i’ – удельная энтальпия воды при Р = 0,1 МПа, равная 415,2 кДж/кг [11]

Q₁₀ = D 415,2 ·10³·0,95 = 0,039 ·D·10⁷ Дж

7) Q₁₁ – потери тепла в окружающую среду

Q₁₁ = F_изол α₁ (t_изол – t_о.с.) τ + F_неизол α₂ (t_ст1 – t_о.с.), где

- τ – время упаривания вытяжки, с;

Продолжительность упаривания вытяжки:

τ = 5750,08/(140·6,3) = 6,52 часа = 23470 с.

- F_неизол – площадь неизолированной части аппарата, принимается равной 20% от F_изол

F_неизол = 0,2·18,05 = 3,61 м²

- α₁ = 9,74 + (40 – 20) = 11,14 Вт/м² град

- α₂ = 9,74 + (93,5 – 20) = 14,89 Вт/м² град

Q₁₁ = 18,05·11,14·(40 – 20) 23470 + 3,61·14,89·(93,5 – 20) 23470

Q₁₁ = 18,71·10⁷ Дж

Расход тепла составит:

Q_расх = (21,3 + 1 + 10,32 + 858,2 + 1,1 + 0,039D + 18,71)·10⁷

Q_расх = (909,63 + 0,039D)·10⁷ Дж

Q_прих = Q_расх

(109,14 + 0,254D)·10⁷ = (909,63 + 0,039D)·10⁷

D = 3724 кг пара/на две смены

Выбор аппарата по пощади теплообмена:

F = D r/(К Δt τ) [10]

• Δt – средняя разность температур между теплоносителями

Δt_б = t_гр.п. – t^н_выт = 99,1 – 50 = 49,1 К

Δt_м = t_гр.п. – t_кип = 99,1 – 55 = 44,1 К

Так как, (Δt_б/ Δt_м) < 2, то для расчета средней разности температур теплоносителей можно воспользоваться формулой:

Δt = (Δt_б + Δt_м)/2

Δt = (49,1 + 44,1)/2 = 46,6 К

F = 3724·(2677 – 415,2)·10³/(1520,9·46,6·23470)

F = 5,06 м²

Выбираем три РПИ с ближайшей большей поверхностью теплообмена.

РПИ предприятия ДзержинскХимМаш тип 600–6,3К–00, выполненный из нержавеющей стали и имеющий следующие параметры:

поверхность теплообмена S = 6,3 м²

- масса аппарата G_апп = 5500 кг

- высота аппарата Н = 9430 мм

- диаметр аппарата D = 600 мм

- толщина стенки аппарата δ_ст = 0,005 м

- производительность РПИ: 140 кг испаренной влаги с 1 м²