Проект установки виробництва тартратної кислоти потужністю 400 т/рік
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.
Стадія. Розкладання ВКВ та утворення гіпсового шламу. η
= 98%
4H4O6 + H2SO4 + 2H2O
→ C4H6O6 + CaSO4×2H2O↓ (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.
Стадія. Фільтрація. η = 99,5%
Шлам гіпсу відфільтровують. Умовно вважаємо, що вологість
осаду гіпсу ~40%, що в шлам переходить 0,5% тартратної кислоти.
Стадія. Упарювання і кристалізація тартратної кислоти. η
= 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.
Стадія. Фільтрація. η = 99%
Відфільтровують кристалічну тартратну кислоту. Вологість
осаду - 5%.
Стадія. Сушіння. η = 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
. Характеристика вихідної сировини та готової
продукції
. Матеріальні розрахунки виробництва тартратної
кислоти
.1 Хімізм одержання тартратної кислоти і коефіцієнти
виходу по стадіях
.2 Розрахунок витрати вихідного продукту кальцій
тартрату на 1 т 100% тартратної кислоти
.3 Постадійні матеріальні розрахунки
.4 Витратні коефіцієнти
. Технологічні розрахунки
.1 Умовні позначення при технологічних розрахунках
.2 Норми технологічного режиму
.3 Розрахунок обладнання
. 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. -
weinsteinsäure, weinsäure; фр. - acide tartrique
іншомовні назви.
Форми винної
кислоти
|
|
Ім'я загальне
<#"731681.files/image002.gif">
- 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 21205-83
|
|
|
|
Вищий
|
1-й
|
Вміст тартратної
кислоти, % ., не менше
|
99,5
|
99,7
|
99,5
|
99,5
|
Питоме обертання [α]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
|
0,00036
|
Арсен, % не більше
|
-
|
-
|
0,00007
|
0,00014
|
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°С - тетрагідрат, Тплав. =
650°С - 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
<#"731681.files/image007.gif">-814 кДж/моль
Вода
Емпірична формула H2O
Молярна маса 18,01528 г/моль
Тплав. = 0°С; Ткип = 99,98 °С
Густина 1000 кг/м3(при 4°С)
Зовнішній вигляд: хімічна речовина у вигляді прозорої безбарвної рідини
<#"731681.files/image007.gif">-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
. Утворення тартратної кислоти - η1 = 0,98
Реакція утворення:
. Фільтрування суспензії гіпсового шламу - η2 = 0,995
. Упарювання і кристалізація тартратної кислоти - η3 = 0,79
. Фільтрування суспензії кристалічної тартратної кислоти - η4 = 0,99
. Сушіння кристалічної тартратної кислоти - η5 = 0,995, ηзаг = 0,7588
.2 Розрахунок витрати вихідного продукту кальцій тартрату на
1 т 100% тартратної кислоти
Утворення тартратної кислоти з кальцій тартрату відповідає
такому стехіометричному співвідношенню:
4H4O6 → C4H6O6
=188 M=150
Витрата 100%-ного кальцій тартрату для одержання 1т 100%-ної
тартратної кислоти складе:
кг
Витрата 100%-ного кальцій тартрату з урахуванням загального
коефіцієнта виходу (ηзаг=75,88%):
кг
За технологічним регламентом ВКВ має склад:
1. Кальцій тар трат - 87%;
2. Вода - 11%;
. 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 1т готового продукту:
.
.3 Постадійні матеріальні розрахунки
Стадія 1. Розкладання ВКВ та утворення гіпсового шламу
η1 = 0,98
Хімізм процесу.
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
. 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
. 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
. Завантажена вода - 620∙K = 620∙4,395 = 2724,9 кг
Одержано
. Тартратна кислота - кг
з врахуванням коефіцієнту виходу на стадії - 1317,87∙0,98 =
1291,51 кг
. Гіпсовий шлам - кг
з врахуванням коефіцієнту виходу на стадії - 1511,15∙0,98 =
1480,93 кг
. 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
. Кальцію тар трат - 1651,73∙(1-0,98) = 33,03 кг
. Сульфатна кислота - 35,22 кг2SO4 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
. 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
η2 = 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
. 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
|
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
η3 = 0,79
Завантажено
Фільтрат тартратної кислоти в кількості 3042,21 кг (див.
Табл. 2.7).
Одержано
. 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
. Кристалічна тартратна кислота - 1285,05∙0,79 =
1015,19 кг
. Розчинена тартратна кислота - 1285,05-1015,19 = 269,86 кг
. Сульфатна кислота - 22,44 кг
. 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
η4 = 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
η5 = 0,995
Завантажено
Осад кристалічної тартратної кислоти в кількості 1057,94 кг
(див. Табл. 2.14).
Одержано
. Кристалічна тартратна кислота - 1005,04∙0,995 = 1000
кг
2. Волога в тартратній кислоті - кг
. Вода - 51,2-5,04 = 46,16 кг
. Тартратна кислота - 0,82 кг
. 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
|
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
|
|
|
.4 Витратні коефіцієнти
Винно-кисле вапно - кг/кг;
Вода - кг/кг;
Сульфатна кислота технічна - кг/кг;
3. Технологічні розрахунки
.1 Умовні позначення при технологічних розрахунках
- потужність виробництва, т/рік; - ресурс робочого часу,
діб/рік;- перерахунковий коефіцієнт від завантаження на 1 т готового продукту
до добового завантаження; т - об'єм матеріалів, які переробляють на
1 т готового продукту, м3;д - об'єм матеріалів, які
переробляють на даній стадії за добу;а - повний об'єм апарату, м3;
φ - прийнятий коефіцієнт
заповнення апарату;
-
повний розрахунковий об'єм апарату, м3; р- робочий об'єм
апарату, м3;
τ - час роботи апарату, год;
α - кількість операцій, які проводяться на даній стадії за
добу, оп/добу;
β - кількість операцій, які проводяться за добу в одному
апараті, оп/добу;р - розрахункова кількість апаратів, шт.; -
кількість апаратів, які встановлюються, шт.;
σ - запас потужності апаратів на даній стадії, %; - запас
рідкого продукту в добах; - 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 φ = 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 φ = 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 φ = 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; - кількість сховищ,
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 φ = 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 φ = 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.
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 φ
= 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 φ = 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
. Запроектовано установку виробництва тартратної кислоти
потужністю 400т/рік.
. 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.
. Методичні вказівки до виконання курсового проекту з
дисципліни "Основи проектування та будівництва фармацевтичних
виробництв" для студентів базового напряму 1102 "Фармація"
спеціальності 7.110204 "Технологія фармацевтичних препаратів". Укл.
Влязло Р.Й., Сидоров Ю.І. - Львів: В-во НУ "Львівська політехніка",
2000 - 159 с.
. uk.wikipedia.org