Для расчета был выбран ферментатор, действующий по схеме реактора идеального смешения. Ферментатор выполнен из нержавеющей стали и снабжен мешалкой, барботером и змеевиковым теплообменником. Ферментатор используется для проведения процесса уксуснокислого брожения при глубинном культивировании. Исходным реагентом является смесь этилового спирта и затравки уксусной кислоты. Процесс идет при постоянной аэрации, т.к. уксуснокислые бактерии - строгие аэробы. Так как в ферментаторе протекает экзотермический процесс, и температура реакционной массы быстро поднимается, тепло нужно отводить (уксуснокислое брожение протекает при температуре 28 - 30 єС), для этого используются специальные устройства, такие как теплообменники. В данном случае применяется встроенный внутрь реактора змеевиковый теплообменник (расчет на ЭВМ ведется для реактора с рубашечным теплообменником). В целях перемешивания реакционной массы и равномерного ее распределению по всему объему реактора, применяются устройства, которые называются мешалки. Мешалки бывают разнообразных видов: якорные, рамные, листовые, пропеллерные и т.д.

теплоноситель теплоноситель

исходный реагент

Рис. 8. Реактора со встроенным змеевиковым теплообменником

Продукт

Механическое перемешивание (наиболее распространенное в промышленности) осуществляется при помощи мешалок различного типа. Каждая мешалка представляет собой ту или иную комбинацию лопастей, насажанных на вал.

Различают следующие типы мешалок:

· лопастные

· пропеллерные

· турбинные

· специальные

Лопастные мешалки разделяются на:

1. собственно лопастные (для высоковязких сред)

2. листовые (для маловязких сред)

3. рамные

4. якорные (для высоковязких, способных налипать, сред)

5. Z - образные (применяются в резиновой промышленности для перемешивания клеев).

Пропеллерные мешалки в качестве рабочего органа имеют устройство, напоминающее гребной винт, лопасти которого укреплены на втулке, насажанной на вал. Диаметр лопастей d не должен превышать 0,2 - 0,33 диаметра корпуса D.

Окружная скорость вращения до 15 м/с.

Пропеллерные мешалки применяются для создания эмульсий, тонких суспензий и аэрозолей путем диспергирования газа в дисперсионной среде. Циркуляционные потоки жидкости приводят к образованию воронки.

Турбинные мешалки в качестве рабочего органа имеют устройство, напоминающее колесо турбины. Колеса турбинной мешалки бывают, открытыми и закрытыми. При вращении турбины создаются два циркуляционных потока (зоны) вследствие отбрасывания жидкости от колеса в радиальном направлении. Турбинные мешалки являются быстроходными 12 м/с. Они используются для перемешивания вязких жидких масс, получения эмульсий и суспензий с крупными твердыми частицами.

Для перемешивания и вязкопластичных сред используются шнековые и ленточные мешалки.

Теплообменные аппараты предназначены для передачи теплоты между различными средами. Теплообменные аппараты по назначению подразделяются на теплообменники, холодильники, конденсаторы и испарители. В теплообменниках теплота регенерируется жидкой или газообразной средами.

По роду теплоносителей в зависимости от их состояния теплообменные аппараты различаются на парожидкостные, жидкостно-жидкостные, газожидкостные, газо-газовые и парогазовые. Теплообменные аппараты по конфигурации поверхности теплообмена разделяют на трубчатые с прямыми трубками, змеевиковые, ребристые, спиральные, пластинчатые, а по компоновке ее - на кожухотрубчатые, типа «труба в трубе», оросительные и т.д. Наиболее распространены кожухотрубчатые теплообменные аппараты.

Реактор - это устройство, предназначенное для проведения химического процесса.

Существует несколько классификаций реакторов, приведем, только две основные:

1. По способу отвода и подвода исходного сырья и продукта реакции:

· Реактор периодического действия,

· Реактор непрерывного действия,

· Реактор полупереодического действия,

· Реактор полунепрерывного действия.

2. По гидродинамическому режиму:

· Реактора смешения,

· Реактора вытеснения.

Реактор идеального смешения периодического действия (РИСП).

Происходит мгновенное перемешивание исходных реагентов таким образом, что их концентрации во всех точках объема одинаковы.

Реактор идеального смешения непрерывного действия (РИСН).

Исходные реагенты загружаются в реактор непрерывно, продукты отводятся так же непрерывно.

Реактор идеального вытеснения (РИВ).

В РИВ реакционная масса движется в одном направлении с постоянной скоростью, без продольного и поперечного перемешивания. В виду схожести такого движения с движением поршня в цилиндре, его также называют поршневым.

При попадании на кожу, как и все кислоты, вызывает ожоги. Ее пары оказывают раздражающее действие на слизистые оболочки дыхательных путей, глаз и могут повредить их.

СН3СООН широко используется при производстве ацетатов, полимерных материалов и композиций, эфиров и т.д. Данная кислота нашла свое применение и в пищевой, текстильной промышленности. Большое значение имеют производные данного соединения.

3.1 Алгоритм расчета

1. Конечная концентрация реагирующего компонента А.

Са к = Са 0 (1 - Ха к)

2. Численное дифференцирование интегральной и кинетической кривой.

Vr = ДCa / Дф

3. Среднее время пребывания в реакторе идеального смешения.

фсм = (Са 0 - Са к) / Vrк

4. Объем реакционной массы.

Vp = qvфсм / 3600

6. Тепловая мощность реактора.

7.

Q = qv [qt Са 0 Ха к - Cp с (tk - tн)] / 3600

6. Расход хладагента

Gw = 3600 * Q / [Gw (twk - tw)]

7. Диаметр реактора

Da = 3vVр

8. Высота стенки

На ? Da

9. Площадь смоченной стенки.

Fc = р На Da

10. Площадь элиптического днища.

FD = 1.35 Da2

11. Общая смоченная поверхность.

Fa = Fc + FD

12. Средняя движущая сила.

Дtc = (twk - twн) / ln [(tk - twн) / (tk - twk)]

13. Средняя температура хладагента в режиме вытеснения.

txc = tk - Дtc

14. Вязкость реакционной массы при средней температуре.

м = м0 e-вtk

15. Вязкость хладагента.

мw = мw0 e-вx t kc

16. Коэффициент Ренольдса в аппарате с мешалкой.

Re = сwDм , где Dм = d0t * Dа

17. Коэффициент Прандтля в аппарате с мешалкой.

Pr = 1000 Ср м / л

18. Объемный расход воды.

Qw = Gw / 3600 сw

19. Средняя скорость воды.

Vx = Qw / Sp

20. Коэффициент Ренольдса для хладагента в рубашке.

Reх = Vxdэсw / мw

21. Коэффициент Прандтля для хладагента в рубашке.

Prх = 1000Cw мw / лw

22. Коэффициент Нуссельта для аппарата с мешалкой.

Nu = 0.36 Re0.67 Pr0.33 (Pr/ Pr ст)0,14(Dм/ Da)

23. Коэффициент теплоотдачи

б = Nuл / Dм

24. Удельная тепловая мощность реакционной массы.

qг = б(tx - x)

25. Температура ржавчины со стороны воды.

tw = х - qг(rc + дc/лc)

26. Коэффициент Нуссельта для хладагента в рубашке.

Nuх = 0,037 Reх0,8 Prх0,4 (Pr/ Pr ст)0,25, если Re > 5*105

27. Коэффициент теплоотдачи воды.

бх = Nuхлх / Dэ, где Dэ = 2др

28. Удельная тепловая мощность от стенки к воде.

qx = бx(tw - txc)

29. Средняя удельная тепловая мощность.

qc = (qx + qг)/2

30. Необходимая поверхность теплопередачи.

F = 1000 Q/qc

31. Необходимая высота рубашки, если F < Fc, то

Hp = f/ рDa

32. Коэффициент теплопередачи.

Кt = qc / Дtc.

Рис. 9. Схема экзотермического реактора идеального смешения.

3 4 qk, Ca 0, tн

1 - корпус реактора,

2 - рубашка,

3 - крышка реактора,

4 - мешалка.

Gx, twн 1

2

qv, Ca k, tk

Таблица 2.3.2 Таблица идентификаторов программы «Ирис»

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7