Расчет реактора для приготовления крушины сиропа.

Процесс приготовления крушины сиропа является периодическим. Сироп готовится один раз в смену, т.е. (11,82 + 429,2)·8 = 3532,96 кг (из часовых материальных потоков) полупродуктов обрабатывается каждые восемь часов.

Процесс ведется в реакторе, обогреваемом греющим паром через рубашку, и снабженным якорной мешалкой.

В разделе 8 был выбран реактор с номинальной (ближайшей большей к расчетному) вместимостью V = 4,0 м³, массой G_апп = 3900 кг, диаметром корпуса D = 1,6 м, имеющий поверхность обогрева S = 9,5 м², толщину стенки корпуса δ = 0,012 м.

Тепловой расчет

Уравнение теплового баланса сироповарочного котла:

Q_прих = Q_расх

Q₁ + Q₂ + Q₃ + Q₄ + Q₅ = Q₆ + Q₇ + Q₈ + Q₉ [12]

1. Приход тепла, Qприх

1) Q₁ – тепло, поступающее в аппарат вместе с сахаром:

Q₁ = G_сах·С_сах·t^н_сах , где

- G_сах = 289,17·8 = 2313,36 кг – масса сахара, поступающего на операцию;

- С_сах – теплоемкость сахара, Дж/кг·град

Зависимость теплоемкости сахара от температуры имеет следующий вид:

С_сах = 1,1618 + 0,00356·t [12]

Т.о. при t^н_сах = 20 ^оС теплоемкость сахара составляет:

С_сах = 1,1618 + 0,00356·20 = 1,233 кДж/кг·град

Q₁ = 2313,36·1,233·10³·20 = 5,71·10⁷ Дж

2) Q₂ – тепло, поступающее в аппарат вместе с водой:

Q₂ = G_в·С_в·t^н_в , где

- G_в = 150,27·8 = 1202,16 кг – масса воды, поступающей на операцию;

- С_в = 4,19·10³ Дж/кг·град – теплоемкость воды;

- t^н_сах = 20 ^оС – начальная температура воды;

Q₂ = 1202,16·4,19·10³·20 = 10,07·10⁷ Дж

3) Q₃ – тепло, поступающее в аппарат вместе с сухим экстрактом крушины:

Q₂ = G_сух.эк·С_сух.эк·t^н_сух.эк , где

- G_сух.эк = 11,82·8 = 94,56 кг – масса сухого экстракта, поступающего на операцию;

- С_сух.эк = 1,22·10³ Дж/кг·град – теплоемкость сухого экстракта крушины;

- t^н_сух.эк = 25 ^оС – начальная температура сухого экстракта;

Q₃ = 94,56·1.22·10³·25 = 0,29·10⁷ Дж

4) ) Q₄ – 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;

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

Q₄ = 3900·0,5·10³·20 = 3,9·10⁷ Дж

5) Q₅ – тепло, поступающее с греющим паром

Q₅ = D·i”·x, где

- D – расход греющего пара, кг;

- i” – удельная энтальпия пара при давлении 0,2 МПа, 2710 кДж/кг

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

Q₄ = 2710·10³·0,95·D

Q₄ = 0,258·10⁷ Дж

Общий приход тепла составит:

Q_прих = (5,71 + 10,07 + 0,29 + 3,9 + 0,258D)·10⁷

Q_прих = (19,97 + 0,258D)·10⁷ Дж

2. Расход тепла, Qрасх

1) Q₆ – тепло, необходимое для нагрева стальной части аппарата

Q₆ = G_апп С_апп t^ср_апп, где

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

- t^ср_апп – средняя температура стенки аппарата, принимается равной 82 ^оС

Q₆ = 3900·0,5·10³·82 = 16·10⁷ Дж

2) Q₇ – тепло, затрачиваемое на приготовление крушины сиропа:

Q₇ = G_сир С_сир t_кип , где

- G_сир = (G_сах + G_в + G_сух.эк) = (2313,36 + 1202,16 + 94,56) = 3610,08 – масса приготовленного сиропа;

- C_сир – теплоемкость сиропа, принимается равной теплоемкости сахарного сиропа

Зависимость теплоемкости сахарного сиропа от температуры имеет следующий вид:

С_сир = С_в – [(2,512 – 0,0075·t_сир)·B_к], где

- С_в = 4,19 кДж/кг град – теплоемкость воды;

- В_к = 64% - концентрация сахара в сиропе;

- t_сир = t_кип = 103,9 ^оС – температура кипения сиропа;

C_сир = 4,19 – [(2,512 – 0,0075·103,9)·0,64] = 3,08 кДж/кг·град

Q₇ = 3610,08·3,08·10³·103,9 = 115,53·10⁷ Дж

3) Q₈ – количество тепла, уносимое с конденсатом греющего пара

Q₈ = D i’ х, где

- i’ – удельная энтальпия воды при Р = 0,2 МПа, равная 502,04 кДж/кг

Q₈ = D 502,04 ·10³·0,95 = 0,048 ·D·10⁷ Дж

4) Q₁₁ – потери тепла аппаратом в окружающую среду

Принимаются равными 5% от величины Q₆

Q₁₁ = 0,05·16·10⁷ = 0,8·10⁷ Дж

Общий расход тепла составит:

Q_прих = (16 + 115,53 + 0,8 + 0,048D)·10⁷

Q_прих = (132,33 + 0,048D)·10⁷ Дж

Q_прих = Q_расх

(19,97 + 0,258D)·10⁷ = (132,33 + 0,048D)·10⁷

0,21 D = 112,36

D = 536 кг пара/на смену