14

Тепловые расчёты в технологии ТЛФ

1. Расчёт реактора для приготовления увлажнителя

Приготовление увлажнителя осуществляется в реакторе АК-60 фирмы «DGM PHARMA APPARATE»,Швейцария, (поз. 27) с перемешивающим устройством и нагревательными элементами сопротивления путем нагрева воды очищенной и последующим растворением поливинилпирролидона (ПВП).

Увлажнитель готовится один раз за смену.

В соответствии с часовыми материальными потоками в реактор загружается вода очищенная в количестве 30,6 кг, которая нагревается от 20 ⁰С до 65 ⁰С с помощью электронагревателя.

Тепловой баланс производственного процесса выражается в равенстве прихода и расхода тепла в технологической операции. На основании закона сохранения энергии, уравнение, выражающее тепловой баланс аппарата может быть представлено в общей форме:

Q₁ + Q₂ + Q₃ = Q₄ + Q₅ + Q₆ + Q₇, (1) [1]

где Q₁ и Q₄ – теплосодержание аппарата в начале и в конце процесса, Дж;

Q₂ и Q₅ – теплосодержание исходных материалов и продуктов,

получаемых в конце процесса, Дж;

Q₃ и Q₆ – количество тепла, подводимое и отводимое теплоносителем,

Дж;

Q₇ – потери тепла в окружающую среду, Дж.

Теплосодержание аппарата в начале процесса:

Q₁ = G_а × C_a × t_1н , (2) [1]

где G_а – масса аппарата, кг;

G_а = 70 кг

С_а – теплоемкость стали, Дж/(кг×К);

С_а = 500 Дж/(кг×К) [2, стр. 528, табл. XXV]

t_1н – температура аппарата в начале процесса, ºС; принимается

t_1н = 20 ºС.

Теплосодержание аппарата в конце процесса:

Q₄ = G_а × C_а × t_1к , (3)[1]

где t_1к – температура аппарата в конце процесса, ºС; принимается в

среднем для изолированных и неизолированных частей

аппарата t_1к = 60 ºС.

Количество тепла, вносимое в аппарат с водой очищенной:

Q₂ = G_в × C_в × t_1в , (4) [1]

где G_в – масса загружаемой воды очищенной, кг;

G_в = 30,6 кг [2, стр. 537, табл. XXXIX]

C_в – теплоёмкость воды очищенной,

C_в = 4190 Дж/(кг×К);

t_1в – температура воды очищенной в начале процесса, ºС;

принимается t_1в = 20 ºС.

Количество тепла, отводимое из аппарата с водой очищенной:

Q₅ = G_в × C_в × t_2в , (5) [1]

где t_2в – температура воды очищенной в конце процесса, ºС;

принимается t_2в = 65 ºС.

Количество тепла, вносимое в аппарат электронагревателями:

Q₃ = N × τ , (6)[2]

где N – мощность ТЭНов, кВт;

τ – время процесса нагревания, сек; по данным предприятия

τ = 1800 сек

Количество тепла, отводимое из аппарата с конденсатом:

Q₆ = 0.

Потери тепла в окружающую среду принимаются Q₇ = 15% от общего количества теплоты.

Тепловой баланс нагрева воды очищенной принимает вид:

G_а × C_а × t_1н + G_в × C_в × t_1в + N × τ = G_а × C_а × t_1к + G_в × C_в × t_2в + Q₇, (7)

Решая уравнение теплового баланса относительно N, находим расход электроэнергии на нагрев воды очищенной:

N = 1,15 × [G_а × C_а × (t_1к – t_1н) + G_в × C_в × (t_2в – t_1в)] / τ, (8)

N = 1,15 × [70 × 500 × (60 – 20) + 30,6 × 4190 × (65 – 20)] / (30 × 60) = 3,98 кВт

Таким образом, можно сделать вывод, что выбранный реактор для приготовления 10% раствора ПВП, фирмы «DGM PHARMA APPARATE», Швейцария, модель АК-60, объемом 60 л, имеющий нагревательные элементы мощностью 6 кВт, удовлетворяет требованиям проектируемого производства.

После нагрева воды очищенной в установку подготовки раствора добавляют рассчитанное количество поливинилпирролидона и перемешивают в течение 25 минут без нагревания. Благодаря этому раствор ПВП успевает остыть до 30 °С, что является оптимальной температурой для проведения увлажнения в смесителе-грануляторе.