1.5 Выбор мешалки

По табл. В.1. прил. В по условиям работы нашей реакционной смеси выбираем тип мешалки и её основные параметры.

При растворении кристаллических веществ, когда вязкость системы Пас, применяют пропеллерную мешалку [4,5].

Пропеллерная мешалка используется для вязких жидкостей, считается наиболее эффективной, если необходима значительная циркуляция в аппарате при минимальном расходе механической энергии. За счет насосного эффекта создает осевую циркуляцию смеси и легко поднимает твердые частицы со дна сосуда, пригодна для процессов растворения. Диаметр мешалки d_м определяем по соотношению D/_dм = 3 ÷ 4 , тогда:

м.

Определим оптимальное число оборотов мешалки, обеспечивающее полное взвешивание кристаллов сахара, с^–1:

(1.11)

где d_ч – диаметр кристалла сахара, м; , кг/м³, µ_в – вязкость сплошной фазы (воды) при средней температуре, Па∙с;  – плотность воды при средней температуре, кг/м³; h – высота установки мешалки от дна аппарата,  м; D – внутренний диаметр аппарата, м; d_м – диаметр мешалки, м, , кг/кг.

с^–1.

Для расчёта мощности необходимо определить модифицированный критерий Рейнольдса:

, (1.12)

где µ – вязкость сахарного сиропа при средней температуре, Па∙с,  – плотность сахарного сиропа при средней температуре, кг/м³ (прил. А).

Зададимся средней температурой сахарного сиропа и примем = 70 С.

.

Мощность, Вт, затрачиваемая на перемешивание в типовых аппаратах, определяется по зависимости:

, (1.13)

где  – критерий мощности (определяется по графику рис. 3.6, кривая 9 [6]).

Вт.

2 Тепловые расчёты

2.1 Тепловой баланс процесса получения сахарного сиропа

Тепловой баланс процесса получения сахарного сиропа является тепловым балансом однокорпусного выпарного аппарата периодического действия. Выпарные процессы проводятся при строго определенных заданных температурных условиях и требуют подвода теплоты. Подвод тепла осуществляется насыщенным водяным паром, греющим паром, при определенном давлении. Тепловой расчёт сводится к составлению теплового баланса процесса, определению количества подводимой теплоты, определению расхода теплоносителя и вычислению площади поверхности теплообмена [5, 6].

Тепловой баланс сахароварильного аппарата составляем на основании схемы его устройства и записываем в табл. 2.1.

Таблица 2.1 – Тепловой баланс процесса

Приход тепла		Расход тепла
С исходным раствором		с упаренным раствором
С греющим паром		с вторичным паром
		с конденсатом
		теплота концентрирования
		потери тепла

Приравниваем приход и расход тепла:

, (2.1)

где  – производительность по исходному и упаренному сахарному сиропу соответственно, кг;  – удельная теплоемкость сиропа, Дж/(кгК);  – начальная температура и температура кипения сиропа соответственно, С;  – расход греющего пара и конденсата греющего пара, кг/с;  – энтальпия греющего пара, Дж/кг;   – энтальпия конденсата греющего пара, Дж/кг;  – расход вторичного пара, кг;  Дж/кг;  – температура конденсации греющего пара, С;  – теплота концентрирования раствора;  – потери теплоты в окружающее пространство, Дж.

Исходный раствор можно представить как смесь упаренного раствора и воды и после элементарных преобразований тепловой баланс примет вид:

(2.2)

где  – удельная теплоемкость воды при температуре кипения, Дж/(кгК).

или (2.3)

где  – удельная теплота конденсации греющего пара при давлении Р_г.п, Дж/кг;  – удельная теплота парообразования вторичного пара, Дж/кг, (прил. А, табл. А. 4).

В обобщенном виде тепловую нагрузку сахароварильного аппарата можно представить в следующем виде:

(2.4)

Входящая в эти уравнения теплота концентрирования отражает тепловой эффект концентрирования раствора. Она равна разности интегральных теплот растворения исходного и концентрированного растворов, взятой с обратным знаком. Так как при концентрировании тепло может поглощаться или выделяться, то теплота концентрирования входит в уравнения тепловых балансов со знаком плюс или минус. Для сахарных растворов величина теплоты концентрирования незначительна, ею можно пренебречь.

Из уравнения можно определить и расход греющего пара. Если принять, что и , то:

(2.5)

Определим начальную температуру сахарного сиропа по уравнению ,С:

(2.6)

34 С.

Определим температуру кипения сахарного сиропа в зависимости от концентрации, зная температурные депрессии табл. 2.2.

Таблица 2.2 – Температурные депрессии сахарных сиропов

Концентрация, x, %	50	55	60	65	70
Температурная депрессия, , С	2,05	2,7	3,3	4,4	5,45

Температурная депрессия равна разности температур кипения раствора и чистого растворителя при одинаковом давлении.

(2.7)

где  – температура кипения сахарного сиропа, С;  – температура кипения воды, С.

По уравнению 2.7 определим температуру кипения сахарного сиропа, принимая =100 С и занесем в таблицу 2.3.

Таблица 2.3 – Зависимость температуры кипения сахарного сиропа от концентрации сахара

Концентрация, x, %	50	53,3	55	57,5	60	65	70
Температура кипения, ,  С	102,05	102,5	102,7	103	103,3	104,4	105,45

Определим расход тепла, без учёта потерь, необходимый на нагревание и испарение сахарного сиропа до заданной концентрации Q, кДж.

, (2.8)

кДж.

Определим расход греющего пара за период нагревания сахарного сиропа до начала кипения , кг, по уравнению (2.5):

кг.

Определим расход греющего пара за период выпаривания , кг:

кг.

Общий расход греющего пара составит, D, кг:

кг.