Лимонная кислота

     В’язкість розчину при 27 ^°С (4.1):

     

;

     В’язкість багатокомпонентного розчину:

     

 Па·с.

     Густину розраховуємо по модифікованому рівнянню Езрохі:

                

;                 (4.3)

     де  – густина багатокомпонентного розчину, кг/м³ ; -  густина води, кг/м³; – коефіцієнти; – концентрація компонента, кг речовини в 1 кг розчину.

     Густина води при 27 ^°С:

     

 кг/м³.

     Коефіцієнт  А_i розраховуємо за формулою:

              

;                      (4.4)

     Коефіцієнти знаходимо з таблиць[таб. 3.7, 21]:

     Для NH₄NO₃:

     

, , ;

     Для KH₂PO₄:

     

, , ;

     Для MgSO₄:

     

, , ;

     Для ZnSO₄:

     

, , ;

     Знаходимо коефіцієнти  (4.4):

     

;

     

;

     

;

     

;

     Густина розчину при 27 ^°С (4.3):

     

;

     Густина багатокомпонентного розчину:

     

 кг/м³.

     Теплоємність  багатокомпонентного розчину розраховуємо за формулою:

     

,   (4.5)

     де  – теплоємність багатокомпонентного розчину, Дж/кг∙^°С ; -  теплоємність води, Дж/кг∙^°С; – коефіцієнти;   - концентрація і-го компонента в бінарному ізопієстичному розчині, кг речовини в 1 кг розчину; – концентрація і-го компонента в багатокомпонентному розчині, кг речовини в 1 кг розчину.

     Величина  розраховується за формулою:

                          

;                                  (4.6)

     де  – коефіцієнт.

     Теплоємність  води  при 27 ^°С:

     

 Дж/кг∙^°С.

     Коефіцієнти В_пi та Е_і знаходимо з таблиці [13].

     Для NH₄NO₃:

      , , , , ;

     Для KH₂PO₄:

      , , , , ;

     Для MgSO₄:

      , , , , ;

     Для ZnSO₄:

      , , , , .

     Концентрація компонентів в бінарному ізопієстичному розчині (4.6):

     

;

     

;

     

;

     

.

     Теплоємність багатокомпонентного розчину, Дж/кг ⁰С (4.5) :

 

     Теплопровідність  багатокомпонентного розчину розраховуємо за формулою:

             

;                                   (4.7)

де  – теплопровідність багатокомпонентного розчину, Вт/м∙^°С; - теплопровідність води, Вт/м∙^°С; – коефіцієнти; – концентрація компонента, кг речовини на 1 кг розчину.

     Теплопровідність  води при 27 ^°С, Вт/м∙^°С:

      Коефіцієнти β_пi знаходимо з таблиці [таб. 3.13, 21].

     

, ;

     

, .

     Теплопровідність багатокомпонентного розчину (4.7):

     

 Вт/м∙^°С. 
 
 

4.2 Тепловий  баланс та розрахунок поверхні  теплообміну 

     4.2.1 Вибір перемішуючого пристрою 

     Згідно  рекомендацій по використанню різних типів мішалок, обираємо найбільш доцільну для перемішування розчину мінеральних речовин відкриту турбінну мішалку [1]. 

     Основні розміри для апарата з перемішуючим пристроєм :

     Діаметр корпусу апарата, мм:     D = 1200.

     Діаметр мішалки, мм:       d_м = 400.

     Діаметр валу мішалки, мм:      d_в = 50.

     Висота  встановлення мішалки, мм:     h = 300.

     Висота  лопаті мішалки, мм:      h_м = 80.

     Довжина лопаті, мм:       l = 100.

     Ширина  перетинки, мм:      h_п = 120.

     Коефіцієнт  опору мішалки:      ζ_м = 8,4. 

4.2.2 Визначення глибини воронки 

     Приймаємо окружну швидкість мішалки м/с [таб. 9.1; 9].

     Частота обертання мішалки:

     

 с^-1.

     Критерій Рейнольдса для перемішування:

     

.

     Глибину воронки, що утворюється в апараті  без перегородок, розраховуємо за формулою:

     

 м.

     де  В – коефіцієнт пропорційності, який визначається по величині Е з [2]. Величина Е розраховується за формулою:

     

,

де  – для апарата з вільною поверхнею рідини;

       – коефіцієнт опору мішалки; z – кількість мішалок на одному валу;

       м – висота рівня рідини  в апараті для ступеня заповнення змішувача φ=0,75 [1].

     За  такого значення Е при Г >4, згідно номограми [2] знаходимо .

     Гранично допустима глибина воронки:

     

 м.

      - в апараті слід обов’язково встановити відбиваючі перегородки.  

 

4.2.3 Розрахунок потужності електродвигуна 

     По  даним забезпечення умов герметичності та стерильності обираємо торцеве ущільнення.

     Потужність, що втрачається у торцевому ущільненні:

     

 Вт.

     Потужність, що витрачається на перемішування:

     

Вт,

     де  знаходиться з графіка.

     Потужність  приводу мішалки:

     

 Вт,

     де  для апаратів з перегородками [15]; - коефіцієнт рівня рідини в апараті; - коефіцієнт, що передбачає наявність внутрішніх пристроїв, внутрішні пристрої відсутні, тому ; - потужність, що витрачається безпосередньо на процес перемішування, Вт; - потужність, що втрачається в ущільненнях вала мішалки, Вт; - ККД приводу.

     Відповідно  до стандартних величин потужності, вибираємо мотор-редуктор типу МПО-1 з потужністю електродвигуна

КВт. 
4.2.4 Розрахунок кількості теплоти, що витрачається на нагрівання розчину та змішувача 

     Кількість теплоти, що витрачається на нагрівання реакційного середовища та змішувача, розраховується за формулою:

     

 Дж;

     де  Дж/кг·^°С - питома теплоємність матеріала реактора; - питома теплоємність розчину в реакторі, Дж/кг·^°С;

       – маса апарату, яка орієнтовно визначається за формулою:

     

 кг;

     де  МПа – надлишковий тиск в апараті;

       – маса розчину в апараті, що розраховується за формулою:

     

 кг,

     де  - номінальний об’єм апарату.

      - різниця температур середовища в апараті:

     

 ^°С. 
 

     4.2.5 Розрахунок коефіцієнта теплопередачі 
 

     Середня температура теплоносія в сорочці:

     

 ^°С.

     Температура стінки апарата під час реакції:

     

 ^°С.

     Добуток :

     

,

де  - коефіцієнт, що знаходиться з таблиць залежно від .

     Критерій  Нусельта для середовища в сорочці:

     

;

     Коефіцієнт  тепловіддачі:

     

 Вт/м²·^°С,

де  - теплопровідність води при температурі .

     Критерій  Прандтля для середовища, що перемішується:

     

;

     Критерій  Нусельта для розчину, що перемішується:

     

.

     Коефіцієнт  тепловіддачі α₂ від стінки до розчину, що перемішується:

     

 Вт/м²·^°С.

     Коефіцієнт теплопередачі:

     

 Вт/м^{2 °}С; 

 

      4.2.6 Тепловий баланс установки 

     Рівняння  теплового балансу:

     

,

     де  Вт – теплота, яка витрачається на нагрівання середовища в апараті; - потужність, що вноситься в апарат з перемішуючим пристроєм; - втрати тепла в навколишнє середовище, приймаємо ; - тепло, що вноситься в апарат з теплоносієм.

     Звідси:

     

 Вт;

     Витрата теплоносія:

     

 кг/с;