тепловые расчёты / охлаждение настойки

Тепловые расчеты

Настойка после экстрагирования подается на отстаивание, которое происходит в течение 2-х суток при температуре 8-10С. В качестве хладоносителя используется 20% водный раствор пропиленгликоля с температурой -6С.

Охлаждение пропиленгликолем имеет повышенную вторичную безопасность при нарушении циркуляции хладоносителя, техногенных катастрофах, промышленных авариях и ошибках персонала. Перевод охладителей на раствор пропиленгликоля не требует доработок в системе циркуляции. При переходе от воды или рассола к пропиленгликолю необходимо только очистить систему от кальциевых осадков и хлоридов. Правильная чистка системы и контроль гликольного раствора обеспечат безопасную работу.

Характеристики оборудования:

Объем реактора, м³ - 1

Внутренний диаметр, мм - 800

Толщина стенки, мм - 8

Поверхность теплообмена, м² - 2,5

Определение количества теплоты и времени процесса

В отстойник поступает настойка валерианы в количестве 866,87 л с температурой 20С, которая охлаждается до 8С подачей раствора пропиленгликоля с температурой -6С.

Количество теплоты на охлаждение среды в аппарате:

Q= G_{охл. ср.}*С_{охл. ср.}*(t_н - t_к),

где G_{охл. ср.} – масса охлаждаемой среды, кг;

С_{охл. ср.} - удельная теплоемкость охлаждаемой среды, кДж/(кг*К);

t_н – температура охлаждаемой среды в начале процесса, С;

t_к - температура охлаждаемой среды в конце процесса, С;

При охлаждении теплоту, отдаваемую аппарату, можно не учитывать, так как это способствует процессу охлаждения.

Удельная теплоемкость охлаждаемой среды в аппарате: С_{охл. ср} = С_в*(1-х), где С_в – удельная теплоемкость воды, кДж/(кг*К); х – массовая концентрация действующих веществ в настойке, поступающей на отстаивание, %.

С_{охл. ср} = 4,180*(1-0,43)=2,383 кДж/(кг*К);

Q= 797,52*2,383*(20-8)=22805,88 кДж.

Продолжительность процесса охлаждения (τ, ч.):

τ=Q*10³/(F*k*∆t_ср),

где F – поверхность теплообмена, м²;

k – коэффициент теплопередачи, Вт/(м²*К);

∆t_ср – средняя разность температур, ºС.

∆t_ср = (∆t_б - ∆t_м)/ln(∆t_б /∆t_м),

г

20 ̊С 8 ̊С

де ∆t_б и ∆t_м - большая и меньшая разность температур,ºС.

-6 ̊С -2 ̊С

∆t_б =26 ºС ∆t_м =10 ºС

∆t_ср = (26-10) /ln(26/10)= 16, 67 ºС.

Поверхность теплообмена (F, м²) равна 2,5 м².

Примем коэффициент теплоотдачи со стороны охлаждающего агента α₁=455 Вт/(м²*К); коэффициент теплоотдачи от жидкости к жидкости α₂=1600 Вт/(м²*К); термические сопротивления со стороны охлаждающего агента r₁= 1,72*10^-4 м²*К/Вт, со стороны настойки r₂= 1,72*10^-4 м²*К/Вт. Корпус аппарата выполнен из нержавеющей стали, коэффициент теплопроводности λ_ст = 17,5 Вт/(м²*К).

Ориентировочное значение коэффициента теплопередачи составит:

К=1/(1/ α₁+ r₁+ r₂+σ_ст/ λ_ст+1/ α₂);

К=1/(1/455+1,72*10^-4+1,72*10^-4+0,008/17,5+1/1600)=276 Вт/(м²*К)

Продолжительность процесса охлаждения:

τ=22805,88*10³/(2,5*276*16,67)=1982,72 с.=0,6 ч.

Определение количества 20% водного раствора пропиленгликоля.

Количество 20% раствора пропиленгликоля, необходимое для охлаждения, G_хлад, кг:

G_хлад= Q/(C_в*(t_ср.вых. – t₁)),

где t_ср.вых. – средняя температура хладагента на выходе, º С;

t₁ – температура хладагена на входе, ºС;

t₂ – температура теплоносителя на выходе, ºС.

t_ср.вых. = ∆ t_ср*lnA+ t_1;

А=( t_к - t₁)/( t_к - t₂);

А = (8-(-6))/(8-(-2))=1,4;

t_ср.вых. = 16,67*ln1,4+(-6)=-0,33 ºС;

G_хлад= 22805,88/(4,180*(-0,33+6))=962,27 кг.

Выбираем в качестве сборников-отстойников реактор с рубашкой объемом на 1м³ (ЗАО «БТ ХимМаш», г. Санкт-Петербург) (поз. _______).

Технические характеристики:

1. Емкость, м³ 1

2. Диаметр внутренний реактора, мм 800

3. Поверхность теплообмена, м² 2,5

4. Толщина стенки реактора, мм 8

5. Высота ректора, мм 1500

6. Рабочее давление в корпусе, МПа до 1,6

7. Рабочее давление в рубашке, МПа до 1,2

Количество реакторов - отстойников – 2 штуки.

(так как пока в одном сборнике-отстойнике идет охлаждение в течение 2-х суток, во второй сборник-отстойник подается извлечение со стадии экстрагирования и отстойник работает только сборником –приемником пока не наполнится, в это время освобождается первый отстойник и новое извлечение направляется в него, а второй сборник-отстойник на двое суток превращается в только отстойник). На аппаратурной схеме можно изображать только один сборник-отстойник, а на компоновочном чертеже два, но с одним (общим) номером позиции.

Условимся со временем - Фильтрование проводят 1 раз в смену (то есть отстаиваем две суток, а потом за одну смену все сразу фильтруем) с последующим сбором в промежуточный сборник перед розливом. На стадию поступает весь объем вытяжки (приблизительно 0,9 м³). Фильтрование проводят в течение получаса. Производительность фильтрующей установки: 0,9/0,5=1,8 м³/ч.