Проект установки виробництва тартратної кислоти потужністю 400 т/рік

Тип работы:
Курсовая
Предмет:
Химия


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ

Національний університет «Львівська політехніка»

Інститут хімії та хімічних технологій

Кафедра органічної хімії

Розрахунково-пояснювальна записка

до комплексного курсового проекту з курсу

«Технологія та проектування виробництва харчових добавок та косметичних засобів»

Тема: «Проект установки виробництва тартратної кислоти потужністю 400 т/рік»

Виконавець:

Мартинюк Р.М.

Львів-2013

Одержання тартратної кислоти

Сировиною для виробництва тартратної кислоти слугує виннокисле вапно (ВКВ), що складається, в основному, з кальцій тар трату.

1 Стадія. Розкладання ВКВ та утворення гіпсового шламу. з = 98%

CaC4H4O6 + H2SO4 + 2H2O > C4H6O6 + CaSO4Ч2H2Ov (1)

Розклад ведуть у реакторі з кислотостійкої сталі, з мішалкою, що робить 60 об/хв.

В реактор завантажують 620 кг води і при перемішуванні повільно завантажують 200 кг концентрованої сульфатної кислоти (в розрахунку на 100%-ну).

Температура розчину піднімається до 85−90°C. При цій температурі невеликими порціями по 15−20 кг завантажують 432 кг ВКВ, що має приблизний склад: кальцій тартрату 87%, води 11%, неорганічних домішок 2%.

В кінці завантаження ВКВ pH суспензії має бути в межах 1,5 ± 3. При інших значеннях до реакційної маси додають H2SO4 або ВКВ.

В ході процесу ~2% ВКВ залишається непрореагованим. Після закінчення додавання ВКВ суспензію перемішують 30−40 хв. для дозрівання осаду гіпсу.

2 Стадія. Фільтрація. з = 99,5%

Шлам гіпсу відфільтровують. Умовно вважаємо, що вологість осаду гіпсу ~40%, що в шлам переходить 0,5% тартратної кислоти.

3 Стадія. Упарювання і кристалізація тартратної кислоти. з = 79%

Фільтрат передають на вакуум-випарну установку і відганяють частину води до залишкової маси розчину 600 кг. Воду відганяють при температурі 70−80°C протягом 2,5 годин. Після цього розчин охолоджують і перемішують 2 години.

4 Стадія. Фільтрація. з = 99%

Відфільтровують кристалічну тартратну кислоту. Вологість осаду — 5%.

5 Стадія. Сушіння. з = 99,5%

Вологий осад знімають з фільтра і сушать в барабанній сушарці гарячим повітрям з температурою 60 °C до залишкової вологості 0,5%. Механічні втрати при сушінні - 0,5%.

Зміст

Вступ

1. Характеристика вихідної сировини та готової продукції

2. Матеріальні розрахунки виробництва тартратної кислоти

2.1 Хімізм одержання тартратної кислоти і коефіцієнти виходу по стадіях

2.2 Розрахунок витрати вихідного продукту кальцій тартрату на 1 т 100% тартратної кислоти

2.3 Постадійні матеріальні розрахунки

2.4 Витратні коефіцієнти

3. Технологічні розрахунки

3.1 Умовні позначення при технологічних розрахунках

3.2 Норми технологічного режиму

3.3 Розрахунок обладнання

4. Технологічна схема та її опис

Висновки

Література

Вступ

Номенклатура продукту:

— тартратна кислота — технічна назва;

— винна кислота — традиційна (тривіальна) назва

— 2,3-дигідроксибутандикарбонова кислота — хімічна назва за IUPAC;

— дигідроксиянтарна, виннокам’яна кислота, виноградна кислота — інші назви;

— E334 — номер продукту в міжнародній системі цифрової кодифікації харчових добавок;

— англ. — tartaric acid; нім. — weinsteinsдure, weinsдure; фр. — acide tartrique

— іншомовні назви.

Форми винної кислоти

Ім'я загальне

Винна кислота

лівообертаюча форма

правообертаюча форма

мезовинна кислота

виноградна кислота

Синоніми

D — (S, S) — (-)-винна кислота, неприродний ізомер

L — (R, R) — (+)-винна кислота, природний ізомер

(2 R, 3 S)-винної кислоти

DL — (S, S / R, R) — (±)-винна кислота

PubChem

CID 875

CID 439 655

CID 444 305

CID 78 956

CID 5851

EINECS номер

205−695−6

201−766−0

205−696−1

205−105−7

CAS номер

526−83−0

147−71−7

87−69−4

147−73−9

133−37−9

Брутто-формула: С4H6O6

Структурні формули:

— загальна структурна формула

— структурні формули енантіомерів

лівообертаюча форма (D-(-)-винної кислоти)

правообертаюча форма (L-(+)-винної кислоти)

мезовинна кислота

D, L- кислота (рацемічна суміш) (Коли у співвідношенні 1: 1)

Тартратна кислота — білий кристалічний порошок без запаху з кислим смаком. В природі входить до складу багатьох фруктів (виноград, банани, мандарини тощо). Є одною з основних кислот, що входять до складу вина. [3]

Розчиняється у воді, спирті, ефірі, ацетоні; не розчиняється в рослинних оліях, жирах. В організмі людини розчиняється не значно. Менша частина виділяється через нирки, а більша частина залишається в кишечнику у вигляді нерозчинного кальцій тартрату. 1]

Добувають тартратну кислоту з відходів виноробства (винного каменю) обробкою сульфатною кислотою та дією на її солі сульфатною та хлоридною кислотою. 3]

Застосовують тартратну кислоту в харчовій промисловості, в медицині, в аналітичній хімії для визначення альдегідів, цукрів тощо. Як харчова добавка, тартратна кислота відома під номером Е334 і застосовується як антиоксидант. Виконує такі технологічні функції: підкислювач, регулятор кислотності, синергіст антиоксидантів, каталізатор гідролізу та інверсії. Використовується також для сріблення дзеркал, дублення шкір, а в складі сегнетової солі іноді використовується як проносне. У фармацевтичній промисловості використовується у виробництві в виробництві антибіотиків, тонізуючих та енергетичних продуктів, а також кремів для тіла. У будівельній галузі в підготовці гіпсу та цементу для штукатурних робіт. [3]

Специфікації

Показник

FNP 5/7

FCC IV

ГОСТ 21 205–83

Вищий

1-й

Вміст тартратної кислоти, % `В`о., не менше

99,5

99,7

99,5

99,5

Питоме обертання [б]20D, град.

+11,5…+13,5

+12…+13

-

-

Втрати при сушінні, % не більше

0,5

0,5

-

-

Сульфатна зола, % не більше

0,1

0,05

-

-

Оксалат

Витрим. Випр.

Витрим. Випр.

-

-

Сульфат, % не більше

0,05

-

0,2

0,4

Свинець, мг/кг, не більше

2

10

-

-

Зола, % не більше

-

-

0,3

0,5

Вільна сульфатна кислота, % не більше

-

-

0,03

0,05

Мідь, % більше

-

-

0,0001

0,36

Арсен, % не більше

-

-

0,7

0,14

Хлориди, % не більше

-

-

0,01

0,02

Гігієнічні норми. Добова допустима доза 30 мг/кг маси тіла. Небезпека за ГН-98: ГДК в повітрі робочої зони 3 мг/м3, клас небезпеки 3. Codex: дозволена в якості регулятора кислотності в 12 харчових стандартах: джеми, варення, желе, цитрусові мармелади в кількості до 3 г/кг; какао-порошок і какао-продукти до 5 г/кг; бульйони і супи до 250 мг/кг; томатні концентрати в кількості достатньому для підтримки pH вище 4,3; консервовані овочі та фрукти, маргарини GMP. В Україні дозволена в продуктах з какао і шоколаду в кількості до 5 г/кг; в джемах, желе, мармеладах та інших подібних продуктах, включаючи низькокалорійні, фруктах, консервованих овочах, хлібобулочних і борошняних кондитерських виробах, макаронних виробах, пиві, горілці, лікеро-горілчаних виробах, винах, напоях, харчових концентратах та інших продуктах згідно ТУ (п. п. 3.1. 1, 3.1. 6, 3.1. 18, 3.1. 21, 3.1. 22, 3.2.3 СанПін 2.3.2. 1293−03). [1]

1. Характеристика вихідної сировини і готової продукції

Кальцій тартрат (винно-кисле вапно)

Структурна формула

Емпірична формула CaC4H4O6

Молярна маса 188,15 г/моль

Тплав. = 160 °C — тетрагідрат, Тплав. = 650 °C — безводний

Густина 1817 кг/м3

Зовнішній вигляд: кристалічна речовина білого кольору.

Розчинність: у воді погано розчиняється — 0,037 г/100 мл (0°C), добре розчиняється в мінеральних кислотах

Сульфатна кислота

Емпірична формула H2SO4

Молярна маса 98,079 г/моль

Тплав. = 10,38 °С; Ткип = 279,6 °С

Густина 1835,6 кг/м3(100%-ва)

Зовнішній вигляд: хімічно чиста сульфатна кислота являє собою важку безбарвну маслянисту рідину. Сульфатна кислота одна з найсильніших неорганічних кислот і є дуже їдкою та небезпечною.

Розчинність: змішується з водою в будь-яких кількостях з виділенням тепла.

Теплота утворення -814 кДж/моль

Вода

Емпірична формула H2O

Молярна маса 18,1 528 г/моль

Тплав. = 0 °C; Ткип = 99,98 °С

Густина 1000 кг/м3(при 4°С)

Зовнішній вигляд: хімічна речовина у вигляді прозорої безбарвної рідини з блакитним відтінком.

Розчинність: змішується з мінеральними кислотами, не змішується з органічними розчинниками.

Теплота утворення -814 кДж/моль

Теплоємність

Тартратна кислота

Структурна формула

Емпірична формула C4H6O6

Молярна маса 150,087 г/моль

Тплав. = 171−174 °С

Густина 1760 кг/м3

Зовнішній вигляд: кристалічна речовина білого кольору

Розчинність: у воді - 133 г/100 мл (20 °C), також розчиняється спирті, ефірі, ацетоні; не розчиняється в рослинних оліях, жирах.

Застосування: в медицині, в харчовій промисловості як антиоксидант Е334.

2. Матеріальні розрахунки виробництва тартратної кислоти

2.1 Хімізм одержання тартратної кислоти і коефіцієнти виходу по стадіях

1. Утворення тартратної кислоти — з1 = 0,98

Реакція утворення:

2. Фільтрування суспензії гіпсового шламу — з2 = 0,995

3. Упарювання і кристалізація тартратної кислоти — з3 = 0,79

4. Фільтрування суспензії кристалічної тартратної кислоти — з4 = 0,99

5. Сушіння кристалічної тартратної кислоти — з5 = 0,995, ззаг = 0,7588

2.2 Розрахунок витрати вихідного продукту кальцій тартрату на 1 т 100% тартратної кислоти

Утворення тартратної кислоти з кальцій тартрату відповідає такому стехіометричному співвідношенню:

CaC4H4O6 > C4H6O6

M =188 M=150

Витрата 100%-ного кальцій тартрату для одержання 1 т 100%-ної тартратної кислоти складе:

кг

Витрата 100%-ного кальцій тартрату з урахуванням загального коефіцієнта виходу (ззаг=75,88%):

кг

За технологічним регламентом ВКВ має склад:

1. Кальцій тар трат — 87%;

2. Вода — 11%;

3. Неорганічні домішки — 2%;

Витрата технічного 87%-ного кальцій тартрату рівна:

кг

Згідно з регламентними даними операційне завантаження ВКВ (кальцій тар трату) складає 432 кг.

Перерахунковий коефіцієнт від операційного завантаження до завантаження на 1 т готового продукту:

.

2.3 Постадійні матеріальні розрахунки

Стадія 1. Розкладання ВКВ та утворення гіпсового шламу

з1 = 0,98

Хімізм процесу.

188 98 2•18 150 172

Згідно з регламентними даними операційні завантаження на даній стадії такі:

а) Винно-кисле вапно —. 432 кг

б) сульфатна кислота технічна (в розрахунку на 100%-ну) — 200 кг

в) вода технічна — 620 кг

Завантажено

1. Винно-кисле вапно — 432•К = 432•4,395 = 1898,54 кг

в тому числі:

а) кальцію тар трат — 1898,54•0,87 = 1651,73 кг

б) вода — 1898,54•0,11 = 208,84 кг

в) неорганічні домішки — 1898,54•0,02 = 37,97 кг

2. Сульфатна кислота технічна — 950,27 кг

Згідно з ГОСТ 2184–77 сульфатна кислота технічна має склад:

— H2SO4 — 92,5%

— Вода — 7,5%

а) сульфатна кислота 100%-ва — 200•4,395 = 879 кг

б)сульфатна кислота технічна — кг

в) вода — 950,27•0,075 = 71,27 кг

3. Завантажена вода — 620•K = 620•4,395 = 2724,9 кг

Одержано

1. Тартратна кислота — кг

з врахуванням коефіцієнту виходу на стадії - 1317,87•0,98 = 1291,51 кг

2. Гіпсовий шлам — кг

з врахуванням коефіцієнту виходу на стадії - 1511,15•0,98 = 1480,93 кг

3. Вода:

а) з ВКВ — 208,84 кг

б) з сульфатної кислоти технічної - 71,27 кг

в) завантажена — 2414,94 кг

г)вода, що вступила в реакцію — кг

з врахуванням загального коефіцієнта виходу — 316,29•0,98 = 309,96 кг

тоді вода, що залишилась від операційного завантаження — 2724,9−309,96 = 2414,94 кг

всього води — 208,84 + 71,27 + 2414,94 = 2695,05 кг

4. Кальцію тар трат — 1651,73•(1−0,98) = 33,03 кг

5. Сульфатна кислота — 35,22 кг

H2SO4 що вступила в реакцію — кг

з врахуванням загального коефіцієнта виходу — 861,01•0,98 = 843,78 кг

тоді H2SO4, що залишилась від операційного завантаження…879−843,78 = 35,22 кг

6. Неорганічні домішки ВКВ — 37,97 кг

Матеріальний баланс стадії розкладання ВКВ та утворення гіпсового шламу

Таблиця 2.1. Завантажено

з/п

Назва сировина

Маса технічного продукту, кг

Вміст осн. Реч., %

Маса 100%-го прод., кг

Густина, кг/м3

Об'єм, м3

1.

ВКВ

1898,54

87

1651,73

1817

1,045

2.

Сульфатна кислота

950,27

92,5

879

1830

0,519

3

Вода

2724,9

100

2724,90

998

2,73

Всього

5573,71

1298,02

4,294

Таблиця 2.2. Одержано

Назва продукту

Маса 100%-го продукту, кг

Густина, кг/м3

Об'єм, м3

1.

Тартратна кислота

1291,51

2.

Гіпсовий шлам

1480,93

3.

Вода

2695,05

4.

Кальцію тартрат

33,03

5.

Сульфатна кислота

35,22

6.

Неорган. Дом. ВКВ

37,97

Всього

5573,71

Стадія 2. Фільтрація

з2 = 0,995

Враховуючи склад суспензії та розчинність у воді гіпсового шламу та неорганічних домішок ВКВ приймаємо, що гіпсовий шлам і неорганічні домішки ВКВ знаходяться в твердій фазі суспензії. Враховуючи співвідношення непрореагованого кальцій тартрату і води приймаємо, що кальцій тартрат повністю розчиняється у воді. Фільтрування проводимо на друк-фільтрі: приймаємо, що вологість осаду гіпсу приблизно 40% і в шлам переходить 0,5% тартратної кислоти.

Завантажено

1. Суспензія гіпсового шламу та неорганічних домішок ВКВ в кількості 5573,71 кг (див. Табл. 2. 2).

Одержано

І. Осад гіпсового шламу та неорганічних домішок ВКВ

Маса сухого осаду — 1480,93 + 37,97 = 1518,9 кг

Маса вологого осаду — кг

Маса рідкої фази в осаді - 2531,5−1518,9 = 1012,6 кг

Тартратна кислота в осаді - 1291,51•0,005 = 6,46 кг

Решта рідкої фази — 1012,6−6,46 = 1006,14 кг

Таблиця 2.3. Масовий і відсотковий склад рідкої фази до фільтрування

Назва продукту

Маса 100%-го продукту, кг

Відсотковий вміст продукту, %

1.

Вода

2695,05

97,54

2.

Кальцію тартрат

33,03

1,19

3.

Сульфатна кислота

35,22

1,27

Всього

2763,3

100

Таблиця 2.4. Масовий склад вологого осаду

Назва продукту

Маса 100%-го продукту, кг

1.

Гіпсовий шлам

1480,93

2.

Неорганічні домішки ВКВ

37,97

3.

Тартратна кислота

6,46

4.

Вода

1006,14•0,9754 = 981,39

5.

Кальцій тартрат

1006,14•0,0119 = 11,97

6.

Сульфатна кислота

1006,14•0,0127 = 12,78

Всього

2531,5

Таблиця 2.5. Фільтрат складу

Назва продукту

Маса 100%-го продукту, кг

1.

Тартратна кислота

1291,51−6,46 = 1285,05

2.

Вода

2695,05−981,39 = 1713,66

3.

Кальцій тартрат

33,03−11,97 = 21,06

4.

Сульфатна кислота

35,22−12,78 = 22,44

Всого

3042,21

Таблиця 2.6. Матеріальний баланс стадії фільтрування. Завантажено

Назва продукту

Маса 100%-го продукту, кг

Густина, кг/м3

Об'єм, м3

1.

Тартратна кислота

1291,51

2.

Гіпсовий шлам

1480,93

3.

Вода

2695,05

4.

Кальцію тартрат

33,03

5.

Сульфатна кислота

35,22

6.

Неорган. Дом. ВКВ

37,97

Всього

5573,71

Таблиця 2.7. Одержано

№ п/п

Назва продукту

Маса 100%-го продукту, кг

Густина, кг/м3

Об'єм, м3

І.

Осад гіпсу і домішок ВКВ

1.

Гіпсовий шлам

1480,93

2.

Неорганічні домішки ВКВ

37,97

3.

Тартратна кислота

6,46

4.

Вода

981,39

5.

Кальцій тартрат

11,97

6.

Сульфатна кислота

12,78

Всього

2531,5

1524,08

1,661

ІІ.

Фільтрат складу:

1.

Тартратна кислота

1285,05

2.

Вода

1713,66

3.

Кальцій тартрат

21,06

4.

Сульфатна кислота

22,44

Всого

3042,21

1231,1

2,471

Разом

5573,72

1348,91

4,132

Стадія 3. Упарювання і кристалізація тартратної кислоти

з3 = 0,79

Завантажено

Фільтрат тартратної кислоти в кількості 3042,21 кг (див. Табл. 2. 7).

Одержано

1. Вода

Маса залишкового розчину (суспензії) — К•600 = 4,395•600 = 2637 кг

а) вода яку відігнали — 3042,21−2637 = 405,21 кг

б) вода в розчині - 1713,66−405,21 = 1308,45 кг

2. Кристалічна тартратна кислота — 1285,05•0,79 = 1015,19 кг

3. Розчинена тартратна кислота — 1285,05−1015,19 = 269,86 кг

4. Сульфатна кислота — 22,44 кг

5. Кальцій тар трат — 21,06 кг

Матеріальний баланс стадії упарювання і кристалізації тартратної кислоти

Таблиця 2.8. Завантажено

Назва продукту

Маса 100%-го продукту, кг

Густина, кг/м3

Об'єм, м3

1.

Тартратна кислота

1285,05

2.

Вода

1713,66

3.

Кальцій тартрат

21,06

4.

Сульфатна кислота

22,44

Всого

3042,21

Таблиця 2.9. Одержано

№ п/п

Назва продукту

Маса 100%-го продукту, кг

Густина, кг/м3

Об'єм, м3

1.

Суспензія

1.1.

Тверда фаза

1.1.1.

Тартратна кислота (тв.)

1015,19

1.2.

Рідка фаза

1.2.1.

Тартратна кислота

269,86

1.2.2.

Вода

1308,45

1.2.3.

Кальцій тартрат

21,06

1.2.4.

Сульфатна кислота

22,44

Всього

2637

1277,62

2,064

2.

Конденсат водяної пари

405,21

998

0,406

Разом

3042,21

Стадія 4. Фільтрація

з4 = 0,99

Завантажено

Суспензія кристалічної тартратної кислоти в кількості 2637 кг (див. Табл. 2. 9).

Одержано

Осад кристалічної тартратної кислоти:

Маса сухого осаду — 1015,19•0,99 = 1005,04 кг

Маса вологого осаду — кг

Маса рідкої фази — 1057,94−1005,04 = 52,9 кг

Таблиця 2. 10 Масовий і відсотковий склад рідкої фази до фільтрування

Назва продукту

Маса 100%-го продукту, кг

Відсотковий вміст продукту, %

1.

Вода

1308,45

96,79

2.

Кальцій тартрат

21,06

1,55

3.

Сульфатна кислота

22,44

1,66

Всього

1351,95

100

Таблиця 2. 11. Масовий склад вологого осаду

Назва продукту

Маса 100%-го продукту, кг

1.

Тартратна кислота (тв. реч.)

1005,04

2.

Вода

52,9•0,9679 = 51,2

3.

Кальцій тартрат

92,9•0,0155 = 0,82

4.

Сульфатна кислота

92,9•0,0166 = 0,88

Всього

1057,94

Таблиця 2. 12. Фільтрат складу

Назва продукту

Маса 100%-го продукту, кг

1.

Тартратна кислота (тв. реч.)

1015,19−1005,04 = 10,15

2.

Тартратна кислота

269,86

3.

Вода

1308,45−51,2 = 1257,25

4.

Кальцій тартрат

21,06−0,82 = 20,24

5.

Сульфатна кислота

22,44−0,88 = 21,56

Всього

1579,06

Таблиця 2. 13. Матеріальний баланс стадії фільтрування. Завантажено

№ п/п

Назва продукту

Маса 100%-го продукту, кг

Густина, кг/м3

Об'єм, м3

1.

Суспензія

1.1.

Тверда фаза

1.1.1.

Тартратна кислота (тв.)

1015,19

1.2.

Рідка фаза

1.2.1.

Тартратна кислота

269,86

1.2.2.

Вода

1308,45

1.2.3.

Кальцій тартрат

21,06

1.2.4.

Сульфатна кислота

22,44

Всього

2637

Таблиця 2. 14. Одержано

№ п/п

Назва продукту

Маса 100%-го продукту, кг

Густина, кг/м3

Об'єм, м3

1.

Осад тартратної к-ти (тв. реч.):

1. 1

Тартратна кислота (тв. реч.)

1005,04

1. 2

Вода

51,2

1. 3

Кальцій тартрат

0,82

1. 4

Сульфатна кислота

0,88

Всього

1057,94

1703,61

0,621

2.

Фільтрат складу:

2. 1

Тартратна кислота (тв. реч.)

10,15

2. 2

Тартратна кислота

269,86

2. 3

Вода

1257,25

2. 4

Кальцій тартрат

20,24

2. 5

Сульфатна кислота

21,56

Всього

1579,06

1095,05

1,442

Разом

2637

Стадія 5. Сушіння

з5 = 0,995

Завантажено

Осад кристалічної тартратної кислоти в кількості 1057,94 кг (див. Табл. 2. 14).

Одержано

1. Кристалічна тартратна кислота — 1005,04•0,995 = 1000 кг

2. Волога в тартратній кислоті - кг

3. Вода — 51,2−5,04 = 46,16 кг

4. Тартратна кислота — 0,82 кг

5. Сульфатна кислота — 0,88 кг

Матеріальний баланс стадії сушіння

Таблиця 2. 15. Завантажено

№ п/п

Назва продукту

Маса 100%-го продукту, кг

Густина, кг/м3

Об'єм, м3

1.

Тартратна кислота (тв. реч.)

1005,04

1760

2.

Вода

51,2

998

3.

Кальцій тартрат

0,82

1817

4.

Сульфатна кислота

0,88

1830

Всього

1057,94

1700

0,622

Таблиця 2. 16. Одержано

№ п/п

Назва продукту

Маса 100%-го продукту, кг

Густина, кг/м3

Об'єм, м3

1.

Висушений твердий продукт

1. 1

Тартратна кислота (тв. реч.)

1000

1. 2

Вода

5,04

Всього

1005,04

2.

Інші продукти

2. 1

Тартратна кислота (тв. реч.)

5,04

2. 2

Вода

46,16

2. 3

Кальцій тартрат

0,82

2. 4

Сульфатна кислота

0,88

Всього

52,9

Разом

1057,94

2.4 Витратні коефіцієнти

Винно-кисле вапно — кг/кг;

Вода — кг/кг;

Сульфатна кислота технічна — кг/кг;

3. Технологічні розрахунки

3.1 Умовні позначення при технологічних розрахунках

N — потужність виробництва, т/рік;

n — ресурс робочого часу, діб/рік;

k — перерахунковий коефіцієнт від завантаження на 1 т готового продукту до добового завантаження;

Vт — об'єм матеріалів, які переробляють на 1 т готового продукту, м3;

Vд — об'єм матеріалів, які переробляють на даній стадії за добу;

Vа — повний об'єм апарату, м3;

ц — прийнятий коефіцієнт заповнення апарату;

— повний розрахунковий об'єм апарату, м3;

Vр— робочий об'єм апарату, м3;

ф — час роботи апарату, год;

б — кількість операцій, які проводяться на даній стадії за добу, оп/добу;

в — кількість операцій, які проводяться за добу в одному апараті, оп/добу;

mр — розрахункова кількість апаратів, шт. ;

m — кількість апаратів, які встановлюються, шт. ;

у — запас потужності апаратів на даній стадії, %;

Z — запас рідкого продукту в добах;

n — кількість сховищ, шт.

3.2 Норми технологічного режиму

Таблиця 3.1. Реактор Р1

Найменування операції

Час, год-хв

1.

Огляд апарату

0−10

2.

Завантаження води

1−20

3.

Завантаження H2SO4 техн.

0−45

4.

Завантаження ВКВ

1−00

5.

Перемішування суміші

0−40

6.

Перетискування

3−00

Всього

6−40

Таблиця 3.2. Реактор Р2

Найменування операції

Час, год-хв

1.

Огляд апарату

0−10

2.

Завантаження розчину

0−40

3.

Охолодження до 15°С

1−50

4.

Перемішування і кристалізація

2−00

5.

Перетискування

2−00

Всього

4−40

Таблиця 3.3. Мірник М1

№ п/п

Найменування операції

Час, год-хв

1.

Огляд апарату

0−05

2.

Завантаження розчину H2SO4 техн.

0−15

3.

Вивантаження розчину H2SO4 техн.

0−30

Всього

0−50

Таблиця 3.4. Сховище Сх1

№ п/п

Найменування операції

Час, год-хв

1.

Огляд апарату

0−05

2.

Завантаження розчину H2SO4 техн.

0−15

3.

Вивантаження розчину H2SO4 техн.

0−15

Всього

0−35

Таблиця 3.5. Збірник Зб1

Найменування операції

Час, год-хв

1.

Огляд апарату

0−05

2.

Завантаження конденсату

0−30

3.

Вивантаження фільтрату

0−20

Всього

0−55

Таблиця 3.6. Збірник Зб2

Найменування операції

Час, год-хв

1.

Огляд апарату

0−05

2.

Завантаження фільтрату

2−00

3.

Вивантаження фільтрату

0−30

Всього

2−35

Таблиця 3.7. Фільтр Ф1

Найменування операції

Час, год-хв

1.

Огляд апарату

0−30

2.

Завантаження суспензії, фільтрування і перетискування

3−00

3.

Зняття осаду гіпсу

1−00

Всього

4−30

Таблиця 3.8. Фільтр Ф2

Найменування операції

Час, год-хв

1.

Огляд апарату

0−30

2.

Завантаження суспензії, фільтрування і вивантаження фільтрату

2−00

3.

Зняття осаду

1−00

Всього

3−30

Таблиця 3.9. Вакуум-випарна установка В1

Найменування операції

Час, год-хв

1.

Огляд апарату

0−10

2.

Завантаження фільтрату

3−00

3.

Розігрів фільтрату

0−40

4.

Випаровування і відгонка води

2−30

5.

Перекачування розчину в реактор Р2

0−40

Всього

7−00

Таблиця 3. 10. Сушарка С1

Найменування операції

Час, год-хв

1.

Огляд апарату

0−10

2.

Завантаження осаду з Ф2

1−00

3.

Сушіння

4−00

4.

Зняття сухого осаду

0−40

Всього

5−50

3.3 Розрахунок обладнання

Реактор Р1

Виходячи з річної продуктивності визначаємо добову продуктивність:

,

де N — продуктивність виробництва, т/рік;

n — ресурс робочого часу, діб/рік ();

т/добу.

Перерахунковий коефіцієнт К від завантаження на 1 т готового продукту до добового завантаження дорівнює:

.

Визначаємо об'єм матеріалів, які переробляють на даній стадії за добу:

,

де — об'єм реакційної маси на 1 тонну готового продукту, м3;

м3 (див. табл. 2. 1)

м3.

Приймаємо, що повний об'єм реактора Vа = 2,0 м3, коефіцієнт заповнення апарату ц = 0,8, тоді робочий об'єм реактора дорівнюватиме:

м3.

Число операцій, які проводяться на даній стадії впродовж доби:

оп/добу.

Число операцій, які можуть бути проведені в одному реакторі впродовж доби:

,

де — час роботи реактора, год;

оп/добу.

Розрахункова кількість реакторів визначається із співвідношення:

шт.

Кількість реакторів, які встановлюються, шт.

Розраховуємо запас потужності реактора на даній стадії:

.

Оскільки запас потужності реактора знаходиться в межах 10−15%, то розрахунки проведено правильно і можна переходити до розрахунку наступних апаратів.

Реактор Р1: м3, мм, мм, матеріал Х18Н9Т, емалеве покриття.

Реактор Р2

Підбір апаратів ємкісного типу на наступних стадіях виробництва ведуть за умови, що const.

Визначаємо об'єм матеріалів, які переробляють на даній стадії за добу:

м3 (див. табл. 2. 9)

м3.

Розраховуємо робочий об'єм реактора:

м3.

Маючи робочий об'єм реактора і прийнявши коефіцієнт заповнення апарату ц = 0,8 визначаємо повний розрахунковий об'єм реактора:

м3.

З каталога вибираємо стандартний повний об'єм реактора м3, який відповідає розрахунковому об'єму, і визначаємо реальний коефіцієнт заповнення:

Число операцій, які можуть бути проведені в одному реакторі впродовж доби:

оп/добу.

Розрахункова кількість реакторів:

шт.

Кількість реакторів, які встановлюються, шт.

Розраховуємо запас потужності реактора на даній стадії:

.

Оскільки запас потужності реактора знаходиться в межах 10−15%, то розрахунки проведено правильно і можна переходити до розрахунку наступних апаратів.

Реактор Р2: м3, мм, мм, матеріал Х18Н9Т.

Мірник розчину H2SO4 техн. М1

Визначаємо об'єм розчину H2SO4 техн. , який переробляють на даній стадії за добу:

м3 (див. табл. 2. 1)

м3.

Розраховуємо робочий об'єм мірника:

м3.

Маючи робочий об'єм мірника і прийнявши коефіцієнт заповнення апарату ц = 0,9 визначаємо повний розрахунковий об'єм мірника:

м3.

З каталога вибираємо стандартний повний об'єм мірника м3, який відповідає розрахунковому об'єму, і визначаємо реальний коефіцієнт заповнення:

.

Число операцій, які можуть бути проведені в одному мірнику впродовж доби:

оп/добу.

Розрахункова кількість мірників:

шт.

Кількість мірників, які встановлюються, шт.

Мірник М1: м3, мм, мм, матеріал Х18Н9Т, поліетиленове покриття.

Сховище розчину H2SO4 техн. Сх2

Визначаємо об'єм розчину H2SO4 техн. , який переробляють на даній стадії за добу:

м3 (див. табл. 2. 1)

м3.

Повний розрахунковий об'єм сховища визначається за такою формулою:

,

де Z — запас продукту в добах;

n — кількість сховищ, `шт.

Прийнявши шт., доба,, знаходимо повний розрахунковий об'єм сховища:

м3.

З каталога вибираємо стандартний повний об'єм сховища м3.

Сховище Сх1: м3, мм, мм, матеріал Х18Н9Т.

Збірник конденсату водяної пари Зб1

Визначаємо об'єм конденсату водяної пари, який утворюється на даній стадії за добу:

м3 (див. табл. 2. 9)

м3.

Розраховуємо робочий об'єм збірника:

м3.

Маючи робочий об'єм збірника і прийнявши коефіцієнт заповнення апарату ц = 0,9 визначаємо повний розрахунковий об'єм збірника:

м3.

З каталога вибираємо стандартний повний об'єм збірника м3, який відповідає розрахунковому об'єму, і визначаємо реальний коефіцієнт заповнення:

.

Число операцій, які можуть бути проведені в одному збірнику впродовж доби:

оп/добу.

Розрахункова кількість збірників:

шт.

Кількість збірників, які встановлюються, шт.

Збірник Зб1: м3, мм, мм, матеріал Ст2, поліпропіленове покриття.

Збірник фільтрату Зб2

Визначаємо об'єм фільтрату, який утворюється на даній стадії за добу:

м3 (див. табл. 2. 14)

м3.

Розраховуємо робочий об'єм збірника:

м3.

Маючи робочий об'єм збірника і прийнявши коефіцієнт заповнення апарату ц = 0,9 визначаємо повний розрахунковий об'єм збірника:

м3.

З каталога вибираємо стандартний повний об'єм збірника м3, який відповідає розрахунковому об'єму, і визначаємо реальний коефіцієнт заповнення:

.

Число операцій, які можуть бути проведені в одному збірнику впродовж доби:

оп/добу.

Розрахункова кількість збірників:

шт.

Кількість збірників, які встановлюються, шт.

Збірник Зб1: м3, мм, мм, матеріал Ст2, поліпропіленове покриття.

Фільтр Ф1

Визначаємо об'єм осаду, який переробляється на даній стадії впродовж доби:

м3 (див. табл. 2. 7)

м3.

Розраховуємо об'єм осаду на одну операцію:

м3.

Приймаємо висоту осаду на фільтрі м, тоді площа фільтрувальної поверхні дорівнюватиме:

м2.

За каталогом приймаємо друк-фільтр з площею фільтрувальної поверхні м2.

Число операцій, які можуть бути проведені в одному фільтрі впродовж доби:

оп/добу.

Розрахункова кількість фільтрів:

шт.

Кількість фільтрів, які встановлюються, шт.

Розраховуємо запас потужності фільтра на даній стадії:

.

Фільтр Ф1: м2, мм, мм, матеріал Х18Н9Т.

Фільтр Ф2

Визначаємо об'єм осаду, який переробляється на даній стадії впродовж доби:

м3 (див. табл. 2. 14)

м3.

Розраховуємо об'єм осаду на одну операцію:

м3.

Приймаємо висоту осаду на фільтрі м, тоді площа фільтрувальної поверхні дорівнюватиме:

м2.

За каталогом приймаємо друк-фільтр з площею фільтрувальної поверхні м2.

Число операцій, які можуть бути проведені в одному фільтрі впродовж доби:

оп/добу.

Розрахункова кількість фільтрів:

шт.

Кількість фільтрів, які встановлюються, шт.

Розраховуємо запас потужності фільтра на даній стадії:

.

Фільтр Ф2: м2, мм, мм, матеріал Х18Н9Т.

Вакуум-випарна установка В1

Визначаємо об'єм матеріалів, які переробляють на даній стадії за добу:

м3 (див. табл. 2. 7)

м3.

Розраховуємо робочий об'єм випарної установки:

м3.

Маючи робочий об'єм випарної установки і прийнявши коефіцієнт заповнення апарату ц = 0,7 визначаємо повний розрахунковий об'єм установки:

м3.

З каталога вибираємо стандартний повний об'єм випарної установки м3, який відповідає розрахунковому об'єму, і визначаємо реальний коефіцієнт заповнення:

Число операцій, які можуть бути проведені в одній устаноці впродовж доби:

оп/добу.

Розрахункова кількість установок:

шт.

Кількість випарних установок, які встановлюються, шт.

Розраховуємо запас потужності випарної установки на даній стадії:

.

Реактор Р2: м3, мм, мм, матеріал Ст3, емалеве покриття.

Сушарка барабанна С1

Визначаємо об'єм матеріалів, які переробляють на даній стадії за добу:

м3 (див. табл. 2. 15)

м3.

Розраховуємо робочий об'єм сушарки:

м3.

Маючи робочий об'єм сушарки і прийнявши коефіцієнт заповнення апарату ц = 0,3 визначаємо повний розрахунковий об'єм сушарки:

м3.

З каталога вибираємо стандартний повний об'єм барабана барабанної сушарки м3, який відповідає розрахунковому об'єму, і визначаємо реальний коефіцієнт заповнення:

Число операцій, які можуть бути проведені в одній сушарці впродовж доби:

оп/добу.

Розрахункова кількість сушарок:

шт.

Кількість сушарок, які встановлюються, шт.

Розраховуємо запас потужності сушарки на даній стадії:

.

Реактор Р2: м3, мм, мм, матеріал Ст3, емалеве покриття.

Специфікація обладнання [2]

Номер за схемою

Назва апарату

К-ть, шт.

Об'єм, м3

Матеріал

Основні розміри

Примітка

D, мм

H,

мм

1.

Р1

Реактор

1

2,0

Х18Н9Т

1200

1900

Якірна мішалка, ізоляція з пінополістиролу

2.

Р2

Реактор

1

1,0

Х18Н9Т

1000

1400

Оболонка, якірна мішалка, ізоляція з пінополістиролу

3.

М1

Мірник

1

0,25

Х18Н9Т

600

1150

4.

Сх1

Сховище

1

0,8

Х18Н9Т

1000

1150

вертикальне

5.

Зб1

Збірник

1

0,2

Ст2

600

800

Поліпропіленове покриття

6.

Зб2

Збірник

1

0,63

Ст2

900

1150

Поліпропіленове покриття

7.

Ф1

Друк- фільтр

1

Х18Н9Т

1400

1300

F = 1,5 м2

8.

Ф2

Друк- фільтр

1

Х18Н9Т

1020

800

F = 0,63 м2

9.

В1

Випарник

1

1,6

Ст3

1200

1650

емалеве покриття

10.

С1

Сушарка барабання

1

3,14

Ст3

1000

L = 4000 мм, емалеве покриття

11.

Т1

Тепло-обмінник

1

Cт3

100

1590

F = 1 м2,

труба в трубі

12.

Н1

Насос

1

збірка

потужність

P=3,4 м3/год

13.

Н2

Насос

1

збірка

потужність

P=3,4 м3/год

14.

ВН1

Вакуум-насос

1

збірка

потужність

P=4 кВт

4. Технологічна схема та її опис

У реактор Р1, об'ємом 2 м3, виготовлений з кислотостійкої сталі, який оснащений якірною мішалкою, яка робить 60 об. /хв., завантажують через мірник М1 620 кг знесоленої води і при перемішуванні повільно завантажують зі сховища Сх1 216,22 кг технічної сульфатної кислоти. Температура розчину піднімається до 85−90°C. При цій температурі невеликими порціями вручну через люк по 15−20 кг завантажують 432 кг винно-кислого вапна. В кінці завантаження ВКВ перевіряють pH, утвореної внаслідок реакції, суспензії гіпсового шламу, яка має бути в межах 1,5 ± 3. При інших значеннях до реакційної маси додають H2SO4 або ВКВ. Після цього суспензію перетискають стисненим повітрям на друк-фільтр Ф2 де відфільтровують рідку тартратну кислоту від гіпсового шламу. Фільтрат перетискають у вакуум-випарну установку В1, осад гіпсу знімають з фільтра. У вакуум-випарній установці відганяють воду до залишкової маси розчину 600 кг. Відігнана водяна пара конденсується в теплообміннику Т1 і передається в збірник конденсату Зб1, звідки її зливають в каналізацію. З випарної установки насосом Н2 перекачують розчин в реактор Р2, об'ємом 1 м3, який обладнаний якірною мішалкою і кожухом. Розчин охолоджують розсолом, який подається в кожух, до 15 °C протягом 1 год 50 хв і перемішують 2 год до утворення кристалічної тартратної кислоти. Суспензію тартратної кислоти перетискають в друк-фільтр Ф2 де відфільтровують кристалічну тартратну кислоту. Фільтрат зливають в збірник фільтрату Зб2, осад знімають з фільтра і подають в барабанну сушарку С1. Осад сушать гарячим повітрям з температурою 60 °C протягом 4 годин до залишкової вологості 0,5%, знімають сухий осад і передають на склад.

Висновки

1. Запроектовано установку виробництва тартратної кислоти потужністю 400т/рік.

2. Виконані матеріальні і технологічні розрахунки, згідно яких підібране обладнання і розроблена технологічна схема виробництва.

сировина тартрат кислота кальцій

Література

1. Сарафанова Л. А. Пищевые добавки: Энциклопедия. — 2-е изд., испр. и доп. — СПб: ГИОРД, 2004ю. — 808 с.

2. Методичні вказівки до виконання курсового проекту з дисципліни «Основи проектування та будівництва фармацевтичних виробництв» для студентів базового напряму 1102 «Фармація» спеціальності 7. 110 204 «Технологія фармацевтичних препаратів». Укл. Влязло Р. Й., Сидоров Ю.І. — Львів: В-во НУ «Львівська політехніка», 2000 — 159 с.

3. uk. wikipedia. org

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой