2.2.1.11 Материальный баланс стадии кристаллизации-фильтрации

Потери яблочной кислоты составляют 3%. Влажность яблочной кислоты после стадии составляет 2,5%.

=1710,224*0,03=51,307 т/год.

=1710,224-51,307=1658,917 т/год.

=1658,917*0,025+ 1658,917 =1700,390 т/год.

Таблица 2.11 – Материальный баланс стадии кристаллизации-фильтрации

Приход		Расход
Компоненты	Количество, т/год	Компоненты	Количество, т/год
Упаренный раствор ЯК	1710,224	Влажная ЯК	1700,390
		Маточный раствор, в т.ч. потери	9,834
Итого:	1710,224	Итого:	1710,224

2.2.1.12 Материальный баланс стадии сушки яблочной кислоты

Потери яблочной кислоты составляют менее 3%. Влажность яблочной кислоты после стадии сушки составляет 0,5%.

=1658,917 *0,03=49,768 т/год.

Таблица 2.12 – Материальный баланс стадии сушки яблочной кислоты

Приход		Расход
Компоненты	Количество, т/год	Компоненты	Количество, т/год
Влажная ЯК	1700,390	Яблочная кислота	1500
		Упаренная влага	485,392
		Потери	49,768
Итого:	1700,390	Итого:	1700,390

2.3 Расчет реакторов

2.3.1 Расчет рабочего реактора

G^’_як = 1764,71 т/год – количество производимой яблочной кислоты в год с учетом потерь на различных стадиях.

Продолжительность культивирования с учетом операций загрузки, выгрузки, мойки и синтеза составляет 8 часов.

Количество циклов в сутки:

24 / 8 =3

Количество произведенной яблочной кислоты в сутки:

1764,71 /330 = 5,348 т/сут

Количество произведенной яблочной кислоты в цикл.:

5,348 /3 = 1,783 т/цикл

В культуральной жидкости после синтеза содержится 117 г/л яблочной кислоты, тогда рабочий объем реактора:

= (1,783 *100*1,019)/11,7= 15,529 м³ ,

Номинальная вместимость реактора:

,

=15,529 /0,7= 22,184 м³

Выбираем реактор с механическим перемешиванием объемом 20 м³, диаметром 2600 мм, высотой 3335 мм. Аппарат снабжен мешалкой открытого типа, регламентированный по ГОСТ 20680–75 [8].

2.3.2 Расчет необходимого количества реакторов

G_кж=15369,532 т/год – количество культуральной жидкости.

Продолжительность реакции с учетом операции загрузки, выгрузки, синтеза составляет – 8 часов. За год – 990 циклов.

Количество культуральной жидкости за один цикл:

G^’_кж=

=15369,532/330=46,574 т/цикл

Необходимое количество реакторов:

,

где п – количество реакторов, шт;

V_ф –рабочий объем реактора, м³;

=46,574/12,989=3,60 шт

Выбираем 4 реактора.

2.3.2 Расчет выпарного аппарата

На выпарку поступает водный раствор ЯК в количестве 8633,924 т/год, который упаривается и получается упаренный водный концентрат ЯК в количестве 1710,224 т/год или 215,937 кг/ч. Количество выпариваемой влаги 5631,157 т/год или 711,006 кг/ч.

2.3.2.1 Расчет поверхности теплообмена

Условия работы: температура в корпусе t=75⁰С, температура греющего пара t_гп=120⁰С, температура вторичного пара t_вп=75⁰С, давление в корпусе 0,08МПа. Коэффициент теплопередачи принимаем К=1900 Вт/(м²⁰С).

,

где t_п – температурные потери от гидростатического сопротивления;

.

Тепловая нагрузка:

,

где w – количество выпариваемой воды, кг/ч;

i – энтальпия водного раствора ЯК, кДж/кг; [12]

кДж/ч.

Расчет площади теплообменника:

,

где t – полезная разность температур, ⁰С;

м².

Рассчитанная поверхность теплообмена меньше установленной.

2.3.2.2 Тепловой баланс выпарки

Составляется тепловой баланс прихода и расхода тепла:

Q₁ + Q₂ = Q₃ + Q₄ + Q₅ + Q₆

где Q₁ – тепло, вносимое упариваемым раствором, кДж/ч;

Q₂ – тепло, вносимое греющим паром, кДж/ч;

Q₃– тепло, уносимое упаренным раствором, кДж/ч;

Q₄ – тепло, уносимое испаренной влагой, кДж/ч;

Q₅ – тепло, уносимое теплоносителем, кДж/ч;

Q₆ – тепло, уходящее в окружающую среду (теплопотери), кДж/ч.

,

где G₁ – количество упариваемого раствора, кг/ч;

c₁ – теплоемкость раствора яблочной кислоты, кДж/(кг∙⁰С);[12]

t₁ – температура упариваемого раствора, ⁰С;

Тепло, приходящее с упариваемым раствором:

Q₁=8633,924*4,19*20=723522,8312 кДж/ч.

Тепло, приходящее с греющим паром:

,

где J₂ – энтальпия греющего пара, кДж/кг;

G – расход греющего пара, кг/ч;

.

Тепло, уносимое упаренным раствором:

,

где G₃ – количество упаренного раствора, кг/ч;

c₃ - теплоемкость упаренного раствора яблочной кислоты, кДж/(кг∙⁰С); [12]

t₃ – температура упаренного раствора, ⁰С;

Q₃=1710,224*4.19*75=53743789,2 кДж/ч.

Тепло, уносимое испаренной влагой:

,

где w – количество выпариваемой воды, кг/ч;

i – энтальпия водного раствора яблочной кислоты, кДж/ч; /12/

Q₄=5631,157*314=1768183,298 кДж/ч.

Тепло, уносимое теплоносителем:

,

где c₅ - теплоемкость теплоносителя на выходе из аппарата, кДж/(кг∙⁰С);

t₅ – температура теплоносителя на выходе из аппарата, ⁰С;

Q₃=G*4.19*75=314,25*G

Тепло, уходящее в окружающую среду (теплопотери):

,

Q₆=0,1*(723522,8312 +2711*G)= 72352,28312 +271,1*G

Тепловой баланс выглядит следующим образом:

,

где Q_прих – приходящее тепло, кДж/ч;

Q_расх – уходящее тепло, кДж/ч;

723522,8312 +2711*G = 53743789,2 +1768183,298+314,25*G+72352,28312 +271,1*G

2125,65G = 54860801,94992

G = 54860801,950/2125,65=25808,954 кг/ч.

Q₂ = 2711*25808,954 =69968074,294 кДж/ч.

Q₃ = 25808,954 *314,25= 8110463,795 кДж/ч.

Q₆ = 72352,28312 + 271,1*25808,954 =7069159,713 кДж/ч.

Проверка теплового баланса:

723522,8312+69968074,294 = 53743789,2 + 1768183,298 + 8110463,795 +7069159,713

70691597,1252=70691596,006

2.3.3 Тепловой баланс процесса сушки.

Баланс сушки кристаллов представлен в таблице 2.12.

Составляется тепловой баланс прихода и расхода тепла:

Q₁ + Q₂ = Q₃ + Q₄ + Q₅ + Q₆,

где Q₁ – тепло, вносимое кристаллами, кДж/ч;

Q₂ – тепло, приходящее с воздухом, кДж/ч;

Q₃– тепло, уходящее с воздухом, кДж/ч;

Q₄ – тепло, уходящее с кристаллами, кДж/ч;

Q₅ – тепло, уносимое испаряемой влагой, кДж/ч;

Q₆ – тепло, уходящее в окружающую среду (теплопотери), кДж/ч.

Тепло, приходящее с кристаллами:

,

где Q₁ – тепло, приходящее с кристаллами, кДж/ч;

с₁ – теплоемкость кристаллов, кДж/(кг⁰С); /12/

G_лк1 – массовый расход кристаллов, кг/ч;

t – температура вносимых кристаллов, ⁰С.

Q₁=1700,390*2,18*25=92671,255 кДж/ч.

Тепло, приходящее с воздухом:

,

где Q₂ – тепло, приходящее с воздухом, кДж/ч;

с₂ – теплоемкость воздуха, кДж/(кг⁰С);

G^// – расход теплоносителя-воздуха, кг/ч;

t₂ – температура входящего воздуха, ⁰С.

Q₂ = G " *4,21*45 = 189,45 G" кДж/ч.

Тепло, уходящее с воздухом:

,

где Q₃ – тепло, уходящее с воздухом, кДж/ч;

с₃ – теплоемкость уходящего воздуха, кДж/(кг⁰С);

G^// – расход теплоносителя-воздуха, кг/ч;

t₃ – температура уходящего воздуха, ⁰С.

Q₃ = G " * 4,19 * 35 = 146,65 * G " кДж/ч.

Тепло, уходящее с кристаллами:

,

где Q₄ – тепло, уходящее с кристаллами, кДж/ч;

с₄ – теплоемкость высушенных кристаллов, кДж/(кг⁰С); /8/

G_лк2 – расход высушенных кристаллов, кг/ч;

t₄ – температура высушенных кристаллов, °С.

кДж/ч.

Q₄ = 1500 * 243 * 45 =164025,00 кДж/ч

Тепло, уносимое испаряемой влагой:

,

где Q₅ – тепло, уносимое испаряемой влагой, кДж/ч;

w₅ – массовый расход испаряемой влаги, кг/ч;

J₅ – энтальпия испаряемой влаги, кДж/кг. /30/

Q₅ = 45,392 * 57,313 = 2601,552 кДж/ч.

Потери тепла в окружающую среду:

,

где Q₆ – потери тепла в окружающую среду, кДж/ч;

Q₁ – тепло, вносимое кристаллами, кДж/ч;

Q₂ – тепло, приходящее с воздухом, кДж/ч.

Q₆= 0,2 *(92671,255 + 189,45 G") = 18534,251 + 37,89 G" кДж/ч.

Тепловой баланс выглядит следующим образом:

,

где Q_прих – приходящее тепло, кДж/ч:

,

Q _прих = 92671,255+ 189,45 G" кДж/ч;

где Q_расх – уходящее тепло, кДж/ч:

,

Q_расх = 146,65 * G "+ 164025,00 + 2601,552 + 18534,251 + 37,89 G" кДж/ч.

189,45 G" - 146,65 * G "- 37,89 G" = 185160,803 - 92671,255

4,91 G" = 92489,548

G" = 18836,975 кг/ч.

Q₂ = 189,45 * 18836,975 = 3568664,914кДж/ч;

Q₃ = 146,65 * 18836,975 = 2762442,384 кДж/ч;

Q₆= 18534,251 + 37,89 * 18836,975 = 732267,234 кДж/ч.

92671,255 + 3568664,914 = 2762442,384 + 164025,00 + 2601,552 + 732267,234

3661336,169 = 3661336,17 кДж/ч.

23