+ 0,7 * 10-3)=1428,57 Вт/(м2 * К).
) Розрахунок необхідної поверхні теплопередачі Fрасч.
Поверхня теплообміну Fрасч, необхідну для охолодження сусла з 40 до 30 ° С за 60 хвилин знаходиться за формулою:
Fрасч=Q/(K '*? tср) (7),
де Q - тепловий витрата теплоти за час нагрівання? 2=60 хв, Вт;
K '- загальний коефіцієнт теплопередачі від реакційної маси до холодної води, Вт/(м2 * К);
? tср - середня різниця температур хладагента і реакційної маси.
З урахуванням розрахованих величин поверхню теплообміну складе:
Fрасч=507,4 * 103/(1428,57 * 13,88)=25,5 м2.
Fрасч lt; Fгеом
Запас поверхні теплообміну становить:
?=(Fгеом-Fрасч) * 100%/Fгеом=(32-25,5) * 100/32=20,3%.
Розрахунок третьої ділянки стадії бродіння
Розрахунок статей теплового балансу.
Рівняння теплого балансу на даному ступені має вигляд:
Q1 + Q2 + Q3=Q4 + Q6 (8),
) Розрахунок величини теплових втрат у навколишнє середовище (Q6) і необхідної товщини теплоізоляції.
Так як іде процес охолодження, теплоізоляції не потрібно, тому за площу теплоізоляції приймаємо поверхню апарату: Fап=Fціл + Fдн.
Fап=99,32 + 3,97=103,3 м2;
Оскільки апарат заповнений тільки на 80%, то площа, через яку відводиться тепло дорівнює: Fап * 0,8=103,3 * 0,8=82,64 м2;
Q6=k * t * Fап * (t1-tвозд),
Де k - загальний коефіцієнт теплопередачі від реакційної маси до повітря, Вт/м2 * К;
k=1/aр.м +? ст /? ст + 1/aвозд
де? ст - товщина стінки апарату,? ст=0,008 м;
? ст -коефіцієнт теплопровідності матеріалу, з якого виготовлений реактор, (? ст=46,5 Вт/(м * К), [7]);
t - тривалість теплової ступені процесу, с, t=60 * 3600 с.
Так як вміст води в реакційній масі 75%, то коефіцієнт тепловіддачі реакційної маси приймаємо рівною коефіцієнту тепловіддачі води:
? р.м.=3420 Вт/м2 * К - коефіцієнт тепловіддачі від реакційної маси до стінки апарату;
aвозд=9,8 + 0,07 * (tст-tвозд)=9,8 + 0,07 * (300-296)=10,08 Вт/м2 * К - коефіцієнт тепловіддачі від стінки апарату до повітря;
k=1/3420 + 0,005/46,5 + 1/10,08=0,1 Вт/м2 * К.
Q6=0,1 * 3600 * 60 * (303-296)=151,2 кДж - така кількість теплоти відводиться через стінку апарату.
) Розрахунок теплового ефекту реакції (Q3).
У реакторі протікає наступна реакція:
С6Н12О6=2СО2 + 2С2Н5ОН
Молекулярні маси: 180,18=2 * 44,01 2 * 46,08
Q 3=Q реак=G вих * q реак * h * 1000/M вих, де
G вих - операційне або годинне кількість ключової речовини, визначального вихід цільового продукту операції, кг/опер або кг/год;
G вих=15155,7 кг/опер. Розрахунок зроблений з відповідних статей матеріального балансу, з урахуванням перевідного коефіцієнта)
M вих - мольна маса ключової речовини, кг/кмоль;
q реак - молярний тепловий ефект хімічної реакції, кДж/моль;
q реак=104 Дж/моль
- коефіцієнт перерахунку кмоля в моль;
h - практичний вихід продукту реакції
Q 3=Q реак=15155,7 * 104 * 0,9580 * 1000/180,18=8380470 кДж;
) Розрахунок Q 1 і Q 4.
Q 1=Q 4=102595,53 * 3,41 * 303=106004800 кДж
Q 4=G бр * C бр * T бр + G уг * C уг * T уг=95168,66 * 4,00 * 303 +
, 87 * 0,814 * 303=117176194 кДж,
Де G бр, C бр, T бр - кількість, теплоємність і температура бражки уг, C уг, T уг - кількість, теплоємність і температура вуглекислого газу
DQ 4-1=Q 4 - Q 1=117176194- 106004800=11171394 кДж
) Розрахунок Q 2
Q 2=Q 6 - Q 3 - DQ 4-1
Q 2=151,2 - 8380470 - 11171394=- 19551713 кДж/моль;
Q 2=Q 2/60 * 3600=90,5 кВт
) Розрахунок витрати холодоагенту
Час витримування сусла 60 годин.
Реакційна маса в реакторі: 30 ° С? 30 ° С
Вода в змійовику: 17 ° С? 20 ° С
? t б=17-30=13 ° С,
? t м=20-30=10 ° С,
Середня різниця температур з урахуванням наведених вище наступних умов:
? t ср=(? t б -? t м)/ln (? t б /? t м)=(13-10)/ln (13/10)=11,5 ° С
А=(Т 2 -t 1)/(Т 2 -t 2) (9),
де Т 1 - початкова температура реакційної маси, Т 1=30 ° С;
Т 2 - кінцева...
