1.2 Приготовление сахарного раствора

Рассчитываем массу сахарного раствора m_р-ра заданной концентрации при приготовлении его из 100 кг сахара по пропорции, кг [1]:

, (1.1)

Определяем количество воды m_в , кг:

, (1.2)

,

Определяем объём воды V, м³:

, (1.3)

где  –  плотность воды при заданной температуре, кг/м³ [6].

м³

1.3 Определение объёма 10 % – ной соляной кислоты для проведения гидролиза

Для гидролиза 62,5 кг сахарного раствора рекомендовано взять 15 г HCl. Тогда для проведения гидролиза 143 кг сахарного раствора рассчитаем массу соляной кислоты, , г, по пропорции:

, (1.4)

Рассчитаем необходимое количество 10 %-го раствора соляной кислоты, необходимое для проведения гидролиза по формуле, г:

, (1.5)

Определим объём 10 %-го раствора соляной кислоты, л:

, (1.6)

где  – плотность 10 %-го раствора соляной кислоты при 20 С, кг/м³ [1].

1.4 Определение количества 10 %-го раствора бикарбоната натрия для нейтрализации соляной кислоты

Реакция нейтрализации:

HCl + NaHCO₃ = NaCl + H₂O + CO₂

Для нейтрализации 160 г соляной кислоты, зная молекулярную массу, по пропорции определим необходимое количество бикарбоната натрия, г.

, (1.7)

Тогда количество 10 %-го раствора бикарбоната натрия, г: , (1.8)

Определим объём 10 %-го раствора бикарбоната натрия, л:

, (1.9)

где – плотность 10 %-го раствора бикарбоната натрия при 20 С, кг/м³ [1].

.

Результаты материального расчёта сводятся в таблицы.

Таблица 1.1 – Приход по материальному балансу процесса получения инвертного сиропа

Наименование сырья	Приход
	Масса, G, кг	Плотность, , кг/м3		Объем, V , л
Вода	226,67	998	938,5**	267
Сахар	400	1600, 900*
10 %-й раствор соляной кислоты	1,6	1048		1,53
10 %-й раствор бикарбоната натрия	3,55	1073		3,31
Итого	671,82			207,84
Примечание: * – насыпная плотность, кг/м3; **– плотность 70%-го раствора сахара при 50°С.

Таблица 1.2 – Расход по материальному балансу процесса получения инвертного сиропа

Наименование сырья	Расход
	Масса, G, кг	Плотность, , кг/м3	Объем, V , л
Инвертный сироп	671,82	958,5	271,84
Итого	671,82		271,84

2 Тепловой баланс процесса получения инвертного сиропа

Химические процессы проводятся при строго определенных заданных температурных условиях и требуют подвода или отвода теплоты. Тепловой расчёт сводится в основном к составлению теплового баланса процесса, определению количества подводимой или отводимой теплоты, определению расхода теплоносителей или хладоагентов и вычислению площади поверхности теплообмена [3, 4].

2.1 Тепловой баланс при нагревании сахарного раствора. Определение тепловой нагрузки и массового расхода теплоносителя

Уравнение, выражающее тепловой баланс химического процесса, проходящего при нагревании глухим паром, может быть представлено в следующей форме:

, (2.1)

где Q – тепловая нагрузка, Дж; – теплота, вносимая в аппарат с исходным сахарным раствором, Дж;– теплота, отдаваемая теплоносителем исходному сахарному раствору, Дж;– теплота, уносимая из аппаратасахарным раствором, Дж; – теплота сконденсированного пара, Дж; – тепловой эффект реакции (принимаем равным нулю); , = 5 % .

Тепло, затраченное на нагрев исходного сахарного раствора, определяется по формуле:

, (2.2)

где  – масса сахарного раствора, кг; – удельная теплоемкость сахарного раствора, Дж/(кгК); и  – соответственно начальная и конечная температуры сахарного раствора, °С.

, (2.3)

, (2.4)

. (2.5)

где и– соответственно энтальпии греющего пара и конденсата, Дж/кг;– удельная теплота парообразования при заданномP_г.п, Дж/кг [6].

Определим тепловую нагрузку , Дж, необходимую для нагревания сахарного раствора глухим насыщенным водяным паром при :

. (2.6)

Для этого рассчитаем по формуле (2.2), предварительно определив удельную теплоемкость сахарного раствора, Дж/(кгК)[7].

Для концентрированных двухкомпонентных водных растворов (а > 0,2, где а массовая доля растворенного компонента) расчёт ведут по формуле:

, (2.7)

где – удельная теплоемкость безводного растворенного вещества (сахара), Дж/(кгК);– массовая доля сахара в смеси.

,

,

.

Зная время растворения сахара, в секундах (заданная величина) определим тепловую нагрузку , Вт:

.

Определим количество греющего пара G, необходимого для нагревания сахарного сиропа до 80 С, кг:

, (2.8)

где – тепловая нагрузка, Дж;– удельная теплота парообразования при заданномP_г.п, Дж/кг (табл. 60. [6]).

.

Зная время растворения сахара, определим расход греющего пара D, кг/с:

, (2.9)

.