Побудова графіка залежності температури ведення процесу від часу і визначення температурних зон - Розробка технології виробництва туалетного мила
У реакторах періодичної дії процес, як правило проходить при перемінних температурах у часі. Відповідно до графіка зміни температури весь тепловий процес розбивають на ряд зон, кожна з яких відповідає визначеному етапу в проведенні технологічного процесу технологічного процесу (рис. 9.1).
Рівняння теплового балансу для кожної температурної зони:
І зона Q1 + Q2 = Q4 + Q5 + Q6
II зона Q2 + Q3 = Q6
Розрахунок 1-ї зони:
Q1 + Q2 = Q4 + Q5 + Q6
Розраховуємо кількість тепла, що утримується у вихідних компонентах і в кінцевих продуктах Q1 і Q4. Фізичне тепло, що утримується у вихідних компонентах Q1 або в кінцевих продуктах реакційної маси Q4, знаходять з виразу:
, (9.2)
Де Gi - вага кожного з компонентів початкових або кінцевих сполук, кг;
Ci - питома теплоємність речовини, кДж / кг-К;
Ti - температура речовини, оС.
Вагові кількості речовин Gі беруть за даними завантажень на операцію (по технологічному регламенту).
Значення теплоємностей різних речовин можна знайти в довідковій літературі:
С(суміші жирів ) = 2,3045 кДж / кг-К
С(соняшникової олії) = 1,7 кДж / кг-К
С(водного розчину каустичної соди 15%) = 3,67 кДж / кг-К
С(вода) = 4,19 кДж/кг-К.
Фізичне тепло, що утримується у вихідних компонентах Q1:
Q1 = (2,3045?6172,09+1,7 ? 3371,45+4,19? 603,11) ? 20 + (2128,56 ? 3,67?80) = = 10925866,6 кДж
Фізичне тепло, що утримується у кінцевих компонентах Q4:
Q4 = (2,3045?6172,09+1,7 ? 3371,45+4,19? 603,11 + 2128,56 ? 3,67) ? 80 = = 2423510,4 кДж
Розрахунок тепла, що витрачається на нагрівання реактора Q5
У ході протікання процесу частина тепла витрачається на нагрівання корпуса реактора Q'5 і на нагрівання ізоляції реактора Q''5. Загальна кількість тепла, що витрачається на нагрівання частин реактора:
(9.3)
Кількість тепла, що витрачається на нагрівання корпуса реактора:
, (9.4)
Де G - вага корпуса або окремих його частин, кг;
C - питома теплоємність матеріалу корпуса або окремої його частини, кДж/кг-К;
TWcpк - середня температура стінки реактора, що відповідає закінченню нагрівання у даній зоні, оС;
Tн - початкова температура стінки реактора у даній зоні, оС.
Середня температура tWcpк дорівнює середньому арифметичному між температурою стінки з боку теплоносія tW1к та температурою стінки з боку реакційної маси, до моменту закінчення нагрівання у даній зоні tW2к :
°С
Кількість тепла, що витрачається на нагрівання корпуса реактора:
Q'5 = 32760 ? 0,5 (81,45 - 20) = 1006551 кДж
Для теплового процесу, в якому реактор нагрівається теплоносієм через оболонку протягом декількох температурних зон з періодичним східчастим підвищенням температури, кількість тепла, що витрачається на нагрівання ізоляції Q5", розраховується тільки для першої зони, в якій почалося нагрівання. Для випадків нагрівання реакційної маси шляхом подачі в оболонку апарата теплоносія з невисокою температурою або охолодження маси шляхом подачі холодоагента в оболонку апарата Q5" взагалі не розраховується.
Загальна кількість тепла, що витрачає на нагрівання частин реактора:
Q5 = Q'5 = 1006551 кДж
Розрахунок втрат тепла в навколишнє середовище Q6
У зв'язку з тим, що ізольована поверхня реактора і його неізольована частина мають, як правило, різні значення температури, втрати тепла в навколишнє середовище обчислюють роздільно для ізольованої й неізольованої частини реактора й знаходять їхню суму за формулою 9.5:
, (9.5)
Де Fн - поверхня неізольованої частини реактора, м2;
Fиз - поверхня ізольованої частини реактора, м2;
Бн - коефіцієнт тепловіддачі від неізольованої поверхні реактора в навколишню середу, Вт / м2-К;
Біз - коефіцієнт тепловіддачі від ізольованої частини реактора в навколишню середу, Вт / м2-К;
Ф - тривалість процесу в даній зоні, година;
Tнст - середня температура зовнішньої поверхні неізольованої частини реактора за період часу, оС;
Tізст - середня температура зовнішньої поверхні ізольованої частини реактора за період часу, яка дорівнює 40 оС;
Tв - температура навколишнього повітря, яка дорівнює 20 оС.
Значення бн і біз можуть бути визначені з наступних виразів:
(9.6)
(9.7)
,
Де t1 і t2 - початкова і кінцева температури реакційної маси в даній зоні, оС.
Загальна кількість тепла, що йде у навколишнє середовище:
Q6 = (4,9-18,6-(34,5?20)+6,5-11,14-(40-20))-1,5-3,6 = 14956,54 кДж
Кількість тепла, що підводиться з теплоносієм Q2
2423510 + 1006551 + 14956,54 ?1092586,6 = 2352430,9 кДж
Розрахунок 2-ї зони:
Q2 + Q3 = Q6
Розрахунок теплового ефекту процесу Q3
Кількість тепла, що виділяється в результаті хімічної реакції, визначають за формулою:
, (9.8)
Де G - 100%-на вага одного з компонентів, що беруть участь у реакторі, кг;
M - його молекулярна маса;
Qр - тепловий ефект хімічної реакції, кДж / моль;
З - вихід від теоретичного по даній реакції в сотих долях.
Тепловий ефект хімічних реакцій обчислюють відповідно до закону Геса:
, (9.9)
Де Уqєк - сума теплот утворення сполук, отриманих у результаті хімічної реакції, кДж;
Уqєн - сума теплот утворення сполук, що вступили до хімічної реакції, кДж.
Теплоти утворення деяких реагуючих речовин та сполук, можуть бути знайдені в довідниках фізико-хімічних величин, де наведені стандартні мольні ентальпії утворення речовин. Ентальпія утворення речовини однакова за величиною і протилежна за знаком теплоті утворення.
Для суміші жирів :
Теплота утворення сполуки у рідкому стані:
Для карбонату натрія теплота утворення сполуки у твердому стані:
Для гліцирину теплота утворення сполуки у рідкому стані:
Для NaHCO3 теплота утворення у твердому стані:
Для RCOONa теплота утворення у твердому стані:
Для води: теплота утворення сполуки у рідкому стані:
Тепловий ефект хімічної реакції:
Qp = (835,5 + (-1131) + (-286)) ? ((-710,4) + 660,96 + (-947,7)) =
= 418,8 кДж / моль
Кількість тепла, що виділяється в результаті хімічної реакції:
Q3 = (3364,98 - 1000 - 418,8 - 0,9995) / 274 = 5140689,77 кДж
Розрахунок втрат тепла в навколишнє середовище Q6.
Втрати тепла в навколишнє середовище обчислюють за формулою 9.5:
,
Де Fн - поверхня неізольованої частини реактора, м2;
Fиз - поверхня ізольованої частини реактора, м2;
Бн - коефіцієнт тепловіддачі від неізольованої поверхні реактора в навколишню середу, Вт / м2-К;
Біз - коефіцієнт тепловіддачі від ізольованої частини реактора в навколишню середу, Вт / м2-К;
Ф - тривалість процесу в даній зоні, година;
Tнст - середня температура зовнішньої поверхні неізольованої частини реактора за період часу, оС;
Tізст - середня температура зовнішньої поверхні ізольованої частини реактора за період часу, яка дорівнює 40 оС;
Tв - температура навколишнього повітря, яка дорівнює 20 оС.
Значення бн і біз можуть бути визначені з виразів 9.6 та 9.7:
,
Де t1 і t2 - початкова і кінцева температури реакційної маси в даній зоні, оС.
Загальна кількість тепла, що йде у навколишнє середовище:
Q6 = [4,9-18,6-(80?20) + 6,5-11,14-(40?20)]-6-3,6 = 149787,36 кДж
Кількість тепла, що підводиться з теплоносієм або відводиться з холодоагентом Q2:
Q2 = Q3 + Q6 = 5140689,77 + 149787,36 = 5290477,13 кДж
Визначення найбільш теплонапруженої зони процесу
Найбільш теплонапружена зона процесу визначається за максимальним значенням питомого теплового навантаження (кДж), яке можна знайти по формулі:
, (9.10)
Де - кількість тепла, що підводиться або відводиться у даній температурній зоні, кДж;
- тривалість нагрівання або охолодження в розрахунковій зоні, год.
Найбільш теплонапруженою зоною є перша, за її температурними параметрами розраховується необхідна для даного теплового навантаження поверхня теплообміну, м2:
, (9.11)
Де gмах - максимальне значення питомого теплового навантаження, кДж;
К - коефіцієнт теплопередачі від теплоносія до реакційної маси, Вт / м2-К;
3,6 - коефіцієнт перерахунку Вт в кДж;
Дt - середній температурний напір, єС.
Значення Дt обчислюють як середню логарифмічну різницю температур:
, (9.12)
Де
Дtб = Т1 - t1; Дtм = Т2 - t2;
Т1 і Т2 - початкова і кінцева температури теплоносія, єС;
T1 і t2 - початкова і кінцева температури реакційної маси, єС.
,
Визначення коефіцієнтів тепловіддачі та теплопередачі
Значення коефіцієнта теплопередачі від теплоносія до реакційної маси через стінку реактора визначається за формулою:
, (9.13)
Де - коефіцієнт тепловіддачі від теплоносія до стінки реактора, Вт / м2-К;
- коефіцієнт тепловіддачі від стінки до реакційної маси, Вт / м2-К;
- сума термічних опорів усіх прошарків, з яких складається стінка, Вт / м2 -К.
Коефіцієнт тепловіддачі при плівковій конденсації насиченої пари на вертикальних стінках розраховується за формулою Нусельта:
, (9.14)
Де - питома теплота паротворення, Дж / кг;
- густина конденсату, кг / м3;
- прискорення вільного падіння, м / с2;
- коефіцієнт теплопровідності конденсату, Вт / м-К;
- динамічний коефіцієнт в'язкості конденсату, Па-с.
Коефіцієнт тепловіддачі :
Для визначення коефіцієнта тепловіддачі від стінки до реакційної маси, що розмішується усередині реактора мішалкою, використовують вираз:
, (9.15)
Де - критерій Нусельта;
- коефіцієнт теплопровідності реакційної маси при її середній температурі, що визначається як середнє арифметичне між початковою та кінцевою температурами у даній зоні, Вт / м-К;
- внутрішній діаметр реактора, м.
Критерій Нусельта в цьому випадку має залежність:
, (9.16)
, (9.17)
;
, (9.18)
Де - константа, що дорівнює 0,36 для реакторів з оболонками;
- показник ступеня, що дорівнює 0,66 для реакторів з оболонками;
- динамічний коефіцієнт в'язкості реакційної маси, Па-с;
- динамічний коефіцієнт в'язкості реакційної маси при середній температурі стінки з боку маси, що з деяким припущенням можна прийняти рівною середньому арифметичному між середньою температурою теплоносія і кінцевою температурою реакційної маси, Па-с;
- питома теплоємність реакційної маси, кДж / кг К;
- густина реакційної маси, кг / м3;
- діаметр лопасті мішалки реактора, м;
- швидкість обертання мішалки, об/с.
Коефіцієнт тепловіддачі :
Коефіцієнт теплопередачі від теплоносія до реакційної маси через стінку реактора:
Необхідна для даного теплового навантаження поверхня теплообміну, м2:
Для даного процесу необхідна поверхня теплообміну 34,8 м2, що менше за стандартну поверхню 55 м2.
Визначення витрати теплоносіїв та холодоагентів
Витрати теплоносіїв або холодоагентів визначають по кожній температурній зоні, виходячи з розрахованої кількості тепла, що підводиться або відводиться.
Витрата "острої" насиченої водяної пари на підігрів, кг:
кг; (9.18)
Де r - питома теплота пароутворення, кДж/кг.
Похожие статьи
-
Технологічний розрахунок устаткування - Розробка технології виробництва туалетного мила
Задачею технологічного розрахунку ємкісного устаткування в хімічній промисловості є визначення кількості апаратів та їхніх об'ємів, необхідних для...
-
Теплотехнічний розрахунок реакційних апаратів - Розробка технології виробництва туалетного мила
Хімічна переробка сировини та матеріалів зазвичай пов'язана з витратою або відводом тепла. У зв'язку з цим при проектуванні хімічних виробництв виникає...
-
Аналітичний огляд - Розробка технології виробництва туалетного мила
Омилення -- це реакція взаємодії ацилгліцеринів з гідроксидами лужних металів, кінцевими продуктами якої є гліцерин і мило: Вітчизняна технологія...
-
Варіння мильної основи Виготовлення основи туалетного мила із нейтральних жирів періодичним непрямим методом. Цей процес відбувається в котлах 7, 8, 9...
-
Технології виробництва туалетних мил - Розробка технології виробництва туалетного мила
Для виробництва туалетного мила використають, як правило, туалетну основу (ядрове мило), одержувану в результаті часткової висолки мильного клею або...
-
Основні види сировини, матеріалів - Розробка технології виробництва туалетного мила
Для виготовлення туалетного мила застосовують рослинні та животні жири та інші добавки [1]. За фізико-хімічними показниками рослинні олії, що...
-
Жирова основа туалетного мила - Розробка технології виробництва туалетного мила
1 Жири тваринні. Вони є найкращою сировиною для виробництва мил, особливо туалетних. До тваринних жирів відносять яловичий, баранячий, свинячий та...
-
Режим роботи цеху визначається технологією виробництва продукту, напівфабрикатів, забезпеченістю трудовими ресурсами, а також ступенем шкідливості умов...
-
Рід струму на підприємстві -- змінний, напруга в мережі 220, 380 В, частота струму (промислова) -- 50 Гц, режим нейтралі живлячої мережі -- трифазна...
-
Міри безпеки - Розробка технології виробництва туалетного мила
Технологічні вимоги по запуску обладнання, його зупинення, режими роботи до автоматизації і контролю відповідають технічним умовам на технологічний...
-
Метеорологічні умови, Вентиляція - Розробка технології виробництва туалетного мила
Оптимальні та допустимі параметри температури, відносної вологості і швидкості руху повітря в робочій зоні виробничих приміщень для холодного та теплого...
-
Цивільний захист - Розробка технології виробництва туалетного мила
Цивільна оборона України -- це державна система органів управління, сил і засобів для організації і забезпечення захисту населення від наслідків...
-
Прилади КВП та автоматика Автоматизація виробничого процесу -- це проведення технологічного процесу таким чином, при якому технологічна операція...
-
Компонування обладнання - Розробка технології виробництва туалетного мила
Об'єктом компоновки є виробництво туалетного мила періодичним методом. Компонування обладнання базується на п'яти основних принципах. На кожному етапі...
-
Допоміжні матеріали - Розробка технології виробництва туалетного мила
1 Їдкі луги відрізняються високою реакційною здатністю. При взаємодії з нейтральними жирами вони легко і достатньо швидко омилюють тригліцерини і...
-
Рецептури туалетних мил Складання рецептури жирової суміші для виробництва мильної основи твердого туалетного мила являє собою більш складне завдання,...
-
ХАРАКТЕРИСТИКА ВИРОБЛЯЄМОЇ ПРОДУКЦІЇ - Розробка технології виробництва туалетного мила
Щорічно у світі випускається 40-106 т миючих засобів, із них 7,5-106 т твердого шматкового мила. Взагалі на душу населення у cвіті припадає 10 - 12 кг...
-
Норми технологічного режиму - Розробка технології виробництва туалетного мила
Таблиця 6.1 - Норми технологічного режиму Найменування операції і реагентів Тривалість Температура Тиск або вакуум Кількість елементів, що завантажуються...
-
Освітлення - Розробка технології виробництва туалетного мила
У приміщеннях (на ділянках виготовлення туалетного мила) [25,29] передбачене природне і штучне освітлення. Розряд зорових робіт -- IV (середньої...
-
До паливно-енергетичних ресурсів відносяться: електроенергія, азот газоподібний, стисле повітря, пара, вода. Знаючи ціну кожного виду енергетичного...
-
Механічна обробка - Розробка технології виробництва туалетного мила
Підготовлена основа туалетного мила, яка знаходиться у мило збірниках, проходить через фільтр, а потім насосом подається у підігрівач, в якому мило...
-
Відповідно до ст.13 закону України [22] "Про охорону праці" роботодавець зобов'язаний створити на робочому місці в структурному підрозділі умови праці...
-
Загальні питання охорони праці Державна політика в галузі охорони праці базується на принципах [22,25]: Пріоритету життя та здоров'я працівників, повної...
-
Мило являє собою невід'ємну частину життя кожної сучасної людини. Воно володіє прекрасною миючою дією, гарними санітарно-гігієнічними і ароматичними...
-
Виробництво сирокопченої ковбаси зернистої складається з таких етапів: 1) Підготовка сировини (розморожування (при використанні замороженого м'яса ),...
-
Техніко-економічна ефективність виробництва - Розробка технології виробництва туалетного мила
Науково-технічний прогрес у хімічній промисловості спрямований на створення нових видів хімічної продукції, розробку нових процесів, збільшення якості...
-
Промислова санітарія, Шкідливі речовини - Розробка технології виробництва туалетного мила
Виробництво туалетного мила здійснюється на двох ділянках: дільниці виробництва мильної основи та дільниці сушіння обробки мильної основи. У таблиці 13.1...
-
Калькуляція собівартості продукції - Розробка технології виробництва туалетного мила
Собівартість продукції являє собою суму витрат у грошовому вираженні, використаних на її виробництво та реалізацію. Перелік статей калькуляції для...
-
Розрахунок комплексних статей - Розробка технології виробництва туалетного мила
Розрахунок комплексних статей здійснюється на основі раніше отриманих даних оплати труда, амортизації, вартості ремонтів та іншого. Так, заробітна платня...
-
Організація труда та заробітної платні - Розробка технології виробництва туалетного мила
Вибір режиму роботи відділення цеху У виробництві твердого мила має місце перервний режим роботи. Використовується восьмигодинний робочий день. Це, в...
-
У якості датчика температури використовується термоперетворювач опору ТСМ - 1088 (поз.4-1 ), який перетворює зміну температури в зміну опору (див. рис...
-
Розрахунок потреби цеху у сировині та матеріалах - Розробка технології виробництва туалетного мила
Розрахунок потреб у сировині та матеріалах виробляється на встановлену річну виробничу програму на основі матеріального балансу технологічної частини...
-
Висновки, Перелік джерел інформації - Розробка технології виробництва туалетного мила
На підставі даних науково-технічної, учбової літератури за темою дипломного проекту, обгрунтовано вибір технологічної схеми виробництва туалетного мила,...
-
Аналіз собівартості здійснюють шляхом визначення питомої ваги витрат кожної статті калькуляції в повній собівартості, приймаючи останню за 100 %....
-
Матеріальний баланс, Вихідні дані для розрахунків - Розробка технології виробництва туалетного мила
Вихідні дані для розрахунків Добова продуктивність цеху 28 т/добу туалетного мила з вмістом 80 % жирних кислот, або 7140 т/рік. Середня розрахункова...
-
Поверхня напівфабрикатів необвітрена, колір і запах характерні для доброякісного м'яса, не повинно бути грубих сухожилків, шматків м'якоті з синцями,...
-
Апаратурно-технологічна схема виробництва ковбаси сирокопченої може бути надана у вигляді поточно-механізованої лінії виробництва, що зображена на...
-
Ковбаса була і залишається надзвичайно популярною, та є одним з постійних продуктів в раціоні сучасної людини. Пріоритетними спрямуваннями у виробництві...
-
Зберігають ковбасні вироби, як правило, при температурі не вище 8 О С і 75-80% відносної вологості повітря. Термін реалізації варених ковбас 1 і 2 сорту...
-
Технологічна схема виробництва - Технологія виробництва ковбас
Технологічна схема процесу (??дод. А). М'ясо в тушах, напівтушах і четвертинах подається на стіл для ручної обвалки (1), де відбувається його...
Побудова графіка залежності температури ведення процесу від часу і визначення температурних зон - Розробка технології виробництва туалетного мила