Тепловой баланс стадии синтеза

Исходные данные

 

Таблица 9. - Исходные данные

В-во	ni	, кДж/моль	, Дж/(моль*К)	А0	А1	А2	А3	А-2
СН3СООН	1	-431,8	282,4	-11,2	310,8	-244,7	78,4	0,42
Н2О	1	-241,8	188,7	30,2	6,7	6,5	-2,3	0,08
С2Н5ОН	1	-234,6	282,4	-20,9	327,1	-236,8	71,5	0,71
О2	1	0	205	20,5	26,7	-15,6	3,1	0,20

 

Температура исходных реагентов…………….10ºC = 283 К

Температура конечных продуктов……………30ºC = 303 К

Тепловые потери от прихода тепла…………..….4%

 

Расчет

1) Теплоемкость исходных веществ:

,

=

= 63,19 ;

= 29,37 ;

Средняя мольная теплоемкость исходных реагентов:

,

где Ni - процентное содержание i - го компонента в мольном потоке (в приходе)

= 38,86 .

2) Количество теплоты, вносимое с исходными реагентами:

, = 2164,28 (кДж/ч).

 

3) Расчет теплоты химической реакции:

,

 

Исх.: = 234,6 * 55,2 = 12949,92 (кДж/ч);

= 0 * 141,6 = 0 (кДж/ч)

Пр.: = 234,6 * 9,8 = 2299,08 (кДж/ч);

 = 0 * 109 = 0 (кДж/ч);

= 431,8 * 38,9 = 16797,02 (кДж/ч);

= 241,8 * 38,9 = 9406,02 (кДж/ч);

= 12949,92 (кДж/ч);

= 2299,08 + 0 + 16797,02 + 9406,02 = 28502,12 (кДж/ч);

= 28502,12 – 12949,92 = 15552,2 (кДж/ч).

 

4) Теплоемкость продуктов реакции

5) =

= 66,19 ;

= 29,42 ;

=

= 67,26 ;

=

= 33,63 ;

 

Средняя мольная теплоемкость продуктов реакции:

=39,57 .

 

6) Количество тепла, выносимого с продуктами реакции:

,  = 2357,18 (кДж/ч).

7) Количество тепла, расходуемого на нагревание смеси:

,

 = 152,95 (кДж/ч).

 

8) Количество тепла, выделяющегося или поглощающегося при фазовых передах веществ:

.

Так как в интервале температур 10…30ºC вещества не изменяют своего фазового состояния , то 0

9) Приход тепла:

, 17716,48 (кДж/ч).

 

10) Потери тепла:

, QПОТ = 0,04 * 17716,48 = 708,66 (кДж/ч).

 

11) Расход тепла:

 

,

 = 3218,79 (кДж/ч).

 

12) Тепловая нагрузка на реактор:

 

, QF = 3218.79 – 17716.48 = -14497,7 (кДж/ч).

 

12) Построение таблицы по результатам расчета материального баланса.

Таблица 10. - Результаты

Приход			Расход
Qi	кДж/ч	%	Qi	кДж/ч	%
QРЕАГ	2164.28	12.22	QПР	2357.18	13.31
QR	15552.2	87.78	QНАГР.СМ	152.95	0.86
			QПОТ	708.66	4.00
			QF	14497.7	81.83
	17716.48	100.00		17716.48	100.00

13) Выводы расчетов теплового баланса.

·тепловые потоки на входе в реактор (ПРИХОД тепла) – 17716,48 кДж/ч;

·тепловые потоки на выходе из реактора (РАСХОД тепла) – 3218,79 кДж/ч;

·тепловые потери – 708,66 кДж/ч;

·тепловая нагрузка на реактор – 14497,7 кДж/ч;

·основные тепловые потоки сведены в табл. 10.

· В данной работе тепловой баланс не имеет никакого практического интереса по причине, того, что расчет произведен для основной реакции микробиологического синтеза уксусной кислоты, которая имеет очень сложный вид, связанный с прохождением биологических процессов.

 

 

Выводы

 

Данная работа содержит несколько разделов, основным из которых является литературный обзор. В нем описываются основные методы получения уксусной кислоты микробиологическим синтезом. Так же в этом разделе представлено: химизм процесса микробиологического синтеза уксусной кислоты, стадии подготовки исходного сырья, стадии очистки готового продукта, продуценты уксусной кислоты, применение и вредители уксуса. В ходе описания основных методов получения уксусной кислоты, был выбран один метод, который рассматривается как основной для данной работы. Это метод «проточного культивирования». Он наиболее выгоден, так как выход продукта составляет 90% и более; процесс идет с более полной степенью превращения исходного сырья; существует возможность увеличения объема получаемого продукта, добавлением этилового спирта непосредственно во время процесса, во второй, в третий, четвертый и пятый аппараты установки; снижаются затраты на производство, так как основная часть уксуснокислых бактерий получается в первом аппарате, а в остальных идет, по большей части, окисление этилового спирта в уксусную кислоту и поддержание процессов жизнедеятельности уксуснокислых бактерий. Также, данный метод был выбран и потому, что он разработан сравнительно не давно и является достаточно перспективным.

Следующий раздел работы это «технологическая схема микробиологического синтеза уксусной кислоты». Соответственно в нем имеется описание технологической схемы, сама схема на которой указаны все материальные потоки и обозначены все аппараты, участвующие в процессе синтеза.

Затем идут такие разделы работы, как «расчет модели реактора на ЭВМ», в котором представлен расчет ферментера на ЭВМ, здесь рассчитаны основные параметры аппарата; «термодинамический расчет основной реакции», «материальный баланс стадии синтеза» и «тепловой баланс стадии синтеза».

Последние три раздела данной работы не представляют особого интереса, так как они связаны с химизмом процесса, а в данном случае химизм процесса микробиологического синтеза уксусной кислоты достаточно сложен из-за того, что это биологический процесс и имеет многостадийность. В данной же работе расчет в последних трех разделах проводился по упрощенной реакции, не учитывая промежуточных стадий.

 

Список использованной литературы

1. Биотехнология: Принципы и применение: учеб. пособ./ Г. Бич, Д. Бест, К. Брайерли [и др.]; Под ред. И. Хиггинса и др.; Перевод с англ. А.С. Антонова; Под ред. А.А. Баева. – М.: Мир, 1988. – 479 с.

2. Воробьева, Л.И. Промышленная микробиология: учебник/ Л.И. Воробьева. - М.: Знание, 1985. – 64 с.

3. Уэбб, Ф. Биохимическая технология и микробиологический синтез: учебник/ Ф. Уэбб. - перевод с англ. П.Е. Швалева. - М.: Медицина, 1969.

4. Яковлев, В.И. Технология микробиологического синтеза: [Учеб. Пособие для сред. ПТУ]/ В.И. Яковлев. – Л.: Химия. Ленинград. отд – ние, 1987. – 271 с.

5. Мюллер, Г. Микробиология пищевых продуктов растительного происхождения: учебник/ Г. Мюллер, П. Литц, Г.Д. Мюнх. - Перевод с нем. А.М. Калашниковой; Под ред. И.М. Грачевой. – М.: Пищевая пром – сть, 1977.

6. Мосичев, М.С. Общая технология микробиологических производств: учебник /М.С. Мосичев, А.А. Складнеев, В.Б. Котов. – М.: Легкая и пищевая промышленность, 1982. – 264с.

7. Кустова, Н. Уксус. Что это такое и как его делают/ Н. Кустова// Наука и жизнь. – 2002. - № 7. – С. 108 – 111.

8. Промышленная микробиология.

9. Справочник нефтехимика/ Под ред. С. К. Огородникова. Том 1. - Л.: Химия, 1978.

10. Содержание и порядок оформления самостоятельной (курсовой) работы.// Ю. В. Попов, Г. М. Бутов, Т. К. Корчагин, К. Ф. Красильникова. - ВолгГТУ, Волгоград, 1996.

11. Сборник задач к практическим занятиям по курсу «Основы инженерной химии»: Учеб. Пособие / Г. М. Бутов, К. Ф. Красильникова, Т. К. Корчагин и др. - ВолгГТУ, Волгоград, 2000

12. А.Г. Касаткин. Основные процессы и аппараты химической технологии. М.: Химия, 1971. –784с.

13. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Учебное пособие для вузов / Под редакцией П.Г.Романкова. Л.: Химия, 1976. – 576с.

14. Рабинович, В.А. Краткий химический справочник. Изд. 2-е испр. и доп./ В.А. Рабинович, З.Я. Хавин. – Л.: Химия, 1978. – 392с.

15. Петров, А.А. Органическая химия: Учебник для вузов./ А.А. Петров, Х.В. Бальян, А.Т. Трощенко; Под ред. Стадничука М.Д. – 5-е изд., перераб. и доп. – СПб.: Иван Федоров, 2002. – 624с.