1.2. Вибір стандартного апарату у якості реактору

Виходячи з підбираємо ємкостний стандартний апарат найближчого об’єму. При аналізі суміші, що подається в апарат, було зроблено висновок щодо агресивності суміші[7]. Оскільки суміш агресивна (завдяки наявності соляної кислоти), то обираємо емальований апарат. Вибір типу апарату проводимо за каталогом «Эмалированное оборудование». Найближчий об’єм стандартного апарату з мішалкою становить 0,63 м³(апарат стальний мальований Р10). Згідно каталогу обираємо сталь для емальованих апаратів Ст.10.

Обраний апарат має наступні основні розміри:

• диаметр апарату D_ап=900 мм;

• висота апарату Н_ап=2730 мм.

2. Вибір мішалки

2. 1. Вибір типу мішалки

Згідно в’язкості суміші обираємо якірну мішалку, оскільки вона забезпечить найкраще перемішування, якірна мішалка є найбільш поширеною у хімічно-фармацевтичному виробництві і має домить приємну ціну.

Число обертів мішалки при гомогенізації рідини визначається із залежності:

n∙τ = сτ = const

(2.1)

де: n – число оборотів мішалки, об/с;

τ – час перемішування (300 с),

С_τ - коефіцієнт, для якірної мішалки С_τ =30, знаходимо за[1].

(2.2)

Обираємо якірну мішалку D_м =0,65 м з числом обертів n=0,83 об/с.

2.2. Розрахунок потужності перемішування

Потужність N_p (в Вт), яку вживає мішалка у робочий період знаходимо за формулою:

(2.3)

де: - число обертів мішалки, об/с;

- густина суміші, ;

d_м – диаметр мішалки, м;

К_п - критерій потужності, розраховується у залежності від критерію Рейнольдсу.

Критерій Рейнольдсу для процесу визначаємо по формулі:

,

(2.4)

де μ – в’язкысть суміші, 10^-3 Па∙с.

(2.5)

Критерій потужності для турбулентного режиму знаходимо по графіку[1, мал.1] лінія 29:

K_N =0,138.

Перевіримо критерій потужності для нашого випадку:

,

(2.5)

де М=6,2, с=0,25

(2.5)

Потужність перемішування буде дорівнювати:

Вт

(2.6)

Враховуючи, що привід у пусковий період роботи розвиває потужність у 2 – 3 рази більше, ніж у робочому стані, приймаємо:

(2.7)

Вт

(2.8)

Потужність електродвигуна знаходиться з рівняння:

,

(2.9)

де - коефіцієнт, враховуючий запас потужності (30%), =1,3;

- КПД електродвигуна (=0,8)

Вт

(2.10)

Потужність електродвигуна приймаємо рівною 0,75 кВт згідно каталогу «Эмалированное оборудование».

Марка електродвигуна перемішуючого механізму обраного апарату В71В4У2, марка редуктора МПО2М – 10ВК – 28,2 – 0,75/50.

3. Тепловий розрахунок апарата з мішалкою

Метою даного теплового розрахунку є перевірка поверхні теплопередачі обраного апарату для забезпечення передачі тепла з необхідною швидкістю. Тепловий розрахунок виконується по відомому рівнянню теплопередачі:

Q = K· F· Δtср ,

(3.1)

де К – коефіцієнт теплопередачі, Вт/м² · град;

F – поверхня теплообміну, м² ;

Δt_ср – середня різниця температур між перемішуваємою середой та теплоносієм, град.;

Q – кількість відводимого або підводимого тепла, Вт.

Кількість тепла знаходимо по рівнянню теплового балансу :

(3.2)

де: Q – кількість тепла, яке необхідне для нагрівання суміші, Дж;

G_сум – маса суміші, кг;

С_{р см} – теплоємність суміші, Дж/кг∙К

t_1k, t_1н – відповідно початкова та кінцева температура суміші, 50 та 25⁰С.

τ_н – час охолодження суміші – 30 хв.

Оскільки у суміші вода знаходиться у концентрації значно більшій, ніж інші компоненти, то приймаємо теплоємність суміші рівною теплоємності води, тобто 4190 Дж/кг∙К.

кВт

(3.3)

Для розрахунка поверхні теплопередачі знаходимо коефіцієнт теплопередачі:

,

(3.4)

де: α₁ – коефіцієнт тепловіддачі від перемішуваємої рідини до стінки апарату,

Вт/м² · град;

α₂ – коефіцієнт тепловіддачі від стінки апарата до теплоносія, Вт/м² · град;

δ_ст – товщина стінки апарата, м;

λ_ст – теплопровідність стінки аппарата, Вт/м² · град.

По довіднику [3] знаходимо коефіцієнти α₁ та α₂:

α₁ = 3500 Вт/(м² ∙К);

α₂ = 2100 Вт/(м²∙К).

Для емальованої сталі находимо по довіднику [3] теплопровідність стінки аппарата λ_ст:

λ_ст= 17,5 Вт/(м²∙К).

Приймаємо, що товщина стінки буде дорівнюватиме 0,006 м. Знаходимо коефіцієнт теплопередачі:

(3.5)

За рекомендаціями табл. 4.8 стр. 168, приблизне практичне значення коефіцієнту тепловіддачі 800 Вт/(м²∙К). Тому далі у розрахунках будемо використовувати саме це значення.

Температурна схема процесу нагрівання розчину має вигляд:

Середню температуру процесу Δ t_{с р} знаходимо з рівняння:

(3.6)

де: Δ t _б – більша різниця температур, ⁰С;

Δ t _м – менша різниця температур, ⁰С.

(3.7)

По знайденим значенням Q, K, и Δ t_ср визначаємо поверхню теплообміну теплопередаючої поверхні, за формулою:

(3.8)

м^2

(3.9)

Таким чином розрахункова поверхня теплопередачі в апараті дорівнює F=1,05 м².

Стандартна площа поверхні в апараті встановлює 2,5 м².

На підставі отриманого значення F знаходимо висоту зони нагріва:

(3.10)

де: Н – висота зони нагріва в апараті, м;

D – діаметр апарату, м.

м

(3.11)

Таким ином, висота нагріва зони складає: 370 мм.