Растительные масла и продукты на их основе

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

рафинация гидратация масло

Жиры, извлекаемые из семян масленичных культур, называют растительными. В России основными масленичными культурами являются подсолнечник (более 70%), соя, рапс и некоторые другие.

В соответствии с физиологическими нормами душевое потребление растительных масел должно составлять 13 кг в год. Эта цифра пока не достигнута.

Растительные масла и продукты на их основе являются незаменимыми компонентами питания. Важнейшая роль этих продуктов определяется их энергетической ценностью (у жиров она более чем в два раза выше, нежели чем у углеводов и белков).

Физиологическая ценность растительных масел и жиров и их большое значение в питании объясняется содержанием в них важных для организма веществ (ненасыщенные жирные кислоты, токоферолы). Природные жиры, прежде всего растительного происхождения, служат основными поставщиками жирорастворимых витаминов А, Д, Е и К. Особенно большое значение придается незаменимым полиненасыщенным жирным кислотам, которые не синтезируются в организме и потребность в них может быть удовлетворена только за счет приема в пищу. Считается, что все полиненасыщенные жирные кислоты организма образуются из линолевой кислоты. Она под действием витамина В₆ переходит в организме человека в арахидоновую кислоту, обладающую наибольшей витаминной активностью и биокаталитическими функциями. Линолевая кислота образует другие полиненасыщенные жирные кислоты. Ненасыщенные жирные кислоты необходимы для нормального роста и развития организма. Они способствуют выведению из него избытка холестерина, повышают сопротивляемость организма к инфекционным заболеваниям, предупреждают кожные заболевания и др.

В то же время растительные масла содержат ряд веществ, снижающих пищевую и физиологическую ценность продуктов, а также затрудняющих последующую переработку их. Для удаления этих веществ масла подвергаются рафинации.

Рафинация - это сложный многостадийный процесс на основе химических, физико-химических методов обработки масел и жиров с целью повышения их качества, пищевой и физиологической ценности, улучшения технологических свойств.

Рафинация является либо завершающим этапом технологии получения растительных масел и жиров из жиросодержащего сырья с выпуском рафинированных масел для непосредственного употребления в пищу, либо начальной стадией в технологии их дальнейшей промышленной переработки. [1, с. 7]



1. Технико-экономическое обоснование рафинации рапсового масла

Рафинация объединяет ряд важнейших технологических процессов обработки жиров (масел) с целью удаления из них примесей и тех сопутствующих веществ, которые снижают качество и технологические свойства.

Рафинация позволяет повысить качественные показатели масла, в результате чего становится возможным перевести некоторые из них из разряда технических и даже токсичных в разряд пищевых. Так, нерафинированные соевое, рапсовое, кукурузное и другие масла из-за неудовлетворительного вкуса и запаха в пищу непригодны, но после рафинации они становятся пищевыми. [3, с. 24]

Рафинация представляет собой сложный комплекс различных физических и химических процессов, применение которых позволяет избирательно воздействовать на сопутствующие вещества, ослаблять их связи с триглицеридами и выводить из масла. Характер и последовательность этих процессов определяются, с одной стороны, природой масел и их качеством, с другой -- требуемой глубиной очистки.

В связи с этим большое внимание уделяется выбору таких условий проведения отдельных этапов рафинации, при которых триглицеридная часть жиров максимально предохраняется от неблагоприятного воздействия влаги, кислорода воздуха, тепла и химических агентов. Кроме того, задачей рафинации является максимальное выведение из масла наиболее ценных сопутствующих веществ с сохранением их свойств для использования в качестве самостоятельных продуктов. Такими продуктами являются, например, фосфатиды, свободные жирные кислоты, восковые вещества. Они широко применяются в народном хозяйстве для пищевых или технических целей. [4, с. 14]

Методы рафинации

Различное качество масел и жиров, поступающих на рафинацию, а также разнообразные требования, предъявляемые к рафинированным жирам, указывают на то, что в каждом отдельном случае необходимо применять разные методы рафинации или же различные их сочетания. Определяющим фактором является способность применяемых реагентов или методов избирательно воздействовать на отдельные сопутствующие вещества, разрушая или ослабляя их связи между собой и триглицеридами. В результате нарушается равновесие в коллоидной системе триглицериды -- сопутствующие вещества, понижается их растворимость в маслах, что позволяет выделить их в виде отдельной фазы. Например, фосфатиды выделяют при обработке масел водой или водными растворами электролитов. Этот прием называют гидратацией. Свободные жирные кислоты могут быть удалены в виде солей (мыл) при взаимодействии со щелочью (этот процесс носит название нейтрализации). Красящие вещества извлекают адсорбционной рафинацией -- отбелкой, ядохимикаты -- дезодорацией. Однако воздействие этих процессов не является полностью избирательным. Например, при гидратации наблюдается некоторое снижение содержания свободных жирных кислот в масле и частичное его осветление; при нейтрализации достигается удаление восковых веществ, осветление масел и тому подобное.

Для правильного построения технологических схем рафинации и достижения при этом максимального эффекта, установления оптимальных параметров технологических процессов имеет значение классификация отдельных методов рафинации.

К процессам, используемым при рафинации масел и жиров, относят следующие:

- гидромеханические, скорость которых определяется законами гидродинамики. К этим процессам относится разделение жидких неоднородных сред в гравитационном поле, либо в поле центробежных сил, а также под действием разности давлений при движении через пористый слой;

- физико-химические, которые протекают со скоростью, определяемой химической кинетикой и условиями массопереноса реагирующих веществ, а также физическим воздействием на систему. Сюда относятся нейтрализация, вымораживание, гидратация;

- массообменные, связанные с переносом одного или нескольких компонентов исходной смеси из одной фазы в другую. К этой группе относятся адсорбция, экстракция из растворов, дистилляция и другие. [4, с. 27]

Рафинация рапсового масла включает несколько стадий:

- гидратация;

- щелочная нейтрализация;

- промывка;

- сушка;

- фильтрование;

Рассмотрим некоторые процессы.

Гидратация

Гидратация осуществляется с целью извлечения фосфатидов из масел. Она представляет собой первый этап комплексного процесса рафинации, предопределяющий не только качество рафинированного масла, но и эффективность последующих стадий его переработки.

Гидратация состоит из следующих основных этапов:

- смешение масла с гидратирующим агентом (температура и количество агента определяются в зависимости от природы масла и его качества);

- выдержка смеси масла-вода для обеспечения процесса коагуляции фосфатидов;

- разделение образовавшихся фаз гидратированного масла-фосфатидная эмульсия;

- высушивание гидратированного масла и получение товарного продукта;

Оптимальные температурные режимы для рапсового масла составляет: 45єС-50єС. Гидратация протекает с выделение тепла, поэтому при снижении температуры можно ожидать большей глубины гидратации, но при этом возрастает вязкость масла, что затрудняет последующее разделение фаз.

Гидратация с разделением фаз на тарельчатом отстойнике представлена на рисунке 1.

Рисунок 1. Технологическая схема гидратации с разделением фаз на тарельчатом отстойнике

Нерафинированное масло, взвешенное на автоматических весах 1, поступает и бак 2 и далее через фильтры 3, насос 4, теплообменник 5 и ротаметр 6 и смеситель 8. Гидратирующий агент через стабилизатор уровня 7 и ротаметр 6 направляется также в смеситель 8. Смесь масла с фосфатидной эмульсией поступает в экспозитор 9. Объем экспозитора обеспечивает тридцатиминутное пребывание масла в аппарате. Здесь при перемешивании мешалкой с частотой вращения 13 об./мин. происходит коагуляция и укрупнение выделившихся хлопьев фосфатидов. Затем масло с фосфатидной эмульсией направляется на разделение в тарельчатый отстойник 10. Мутные порции поступают из отстойника 10 в бак 2, а гидратированное масло и бак 13, откуда насосом 14 передается на высушивание, если предприятие отгружает потребителю только гидратированное масло. Если же масло предназначено для промышленной переработки, то оно без высушивания может поступать на последующие этапы рафинации. Фосфатидная эмульсия собирается в баке 11 и насосом 12 передается на высушивание для получении фосфатидного концентрата.

Такая схема громоздка, в фосфатидной эмульсии повышено содержание масла, отношение фосфатидов: масло в осадке составляет 1:1. Недостаточно полное удаление образовавшегося осадка является причиной повышенного остаточного содержания фосфатидов в гидратированном масле. [4, с. 23]

Щелочная нейтрализация.

Экспериментально установлено, что нейтрализация свободных жирных кислот протекает достаточно эффективно при использовании многих нейтрализующих агентов (гидроксиды калия, натрия или кальция, кальцинированной соды, силиката натрия и др.).

При использовании кальцинированной соды (углекислый натрий) достигается необходимая полнота нейтрализации

2RCOOH + Na₂C0₃=2RCOONa + С0₂ + Н₂0. (1.1)

В обычных условиях углекислый натрий не омыляет нейтральный жир, но выделяющийся диоксид углерода захватывается хлопьями образующегося мыла и делает их пористыми, вследствие чего они плавают в жире и трудно отделяются.

Гидроксид натрия образует тяжелые, хорошо растворимые в масле мыла и способен омылять нейтральный жир.

Наибольшая степень омыления нейтрального жира наблюдается при использовании растворов гидроксида натрия, но степень увлечения натриевым мылом нейтрального жира меньше, чем при использовании, например, раствора силиката натрия, который образует водные гели кремневой кислоты. Гидроксид калия дороже, чем гидроксид натрия, поэтому последний является основным щелочным агентом при нейтрализации свободных жирных кислот.

Аппаратурно-технологическая схема щелочной нейтрализации периодического действия представлена на рисунке 2.

1 - коробка на весах; 2, 3, 4 и 5 - мерники; 6 - холодильник; 7 - промывочно-сушильный аппарат; 8 - насос; 9 - жироловушка; 10 - сборный бачок; 11 и 11а - приемник-соапсточник; 12 - нейтрализатор; 13 - вакуум-насос.

Рисунок 2. Аппаратурно-технологическая схема щелочной рафинации периодического действия

Из коробки 1, установленной на весах, отвешенная порция рафинируемого жира поступает в нейтрализатор 12. В нейтрализаторе жир нагревается глухим паром до установленной, температуры. В аппарат из мерника 2, установленного на весах, подается рассчитанное количество раствора щелочи. Образующийся в результате нейтрализации жирных кислот соапсток при отстаивании оседает в конусном дне нейтрализатора. Жир, освобожденный от основной массы соапстока, при помощи вакуума пересасывается в промывочно-сушильный аппарат 7. Здесь он промывается сначала соляным раствором, поступающим из мерника 3 затем горячим конденсатом из мерника 4.

После отстаивания промывную воду спускают через жироловушку 9 в очистную систему канализации. Всплывающий в жироловушке жир поступает в сборный бачок 10, из которого возвращается на повторную нейтрализацию.

После отделения последней промывной воды жир в том же аппарате 7 высушивается под вакуумом. При необходимости перед сушкой жир может в том же аппарате 7 обрабатываться раствором лимонной кислоты, поступающей из мерника 5.

Пар, отходящий из аппарата 7, конденсируется в. трубчатом холодильнике 6. Не сконденсировавшиеся газы и воздух откачиваются вакуум-насосом 13.

Соапсток, отделившийся в нейтрализаторе, сливается в приемник-соапсточник 11. Здесь при отстаивании из него дополнительно выделяется некоторое количество жира, который насосом 8 возвращается в процесс. Затем соапсток откачивается на обработку. [4, с.42]

Щелочная рафинация в мыльно-щелочной среде

При щелочной рафинации в мыльно-щелочной среде тонкораздробленный жир пропускается через раствор щелочи низкой концентрации. Жирные кислоты связываются щелочью, образующееся мыло растворяется и остается в растворе щелочи. Нейтрализованный жир поднимается кверху и отводится из реактора на промывку и сушку.

Для успешного ведения процесса очень важно, чтобы рафинируемые масла не содержали фосфатидов, которые вызывают эмульгирование жира. По этой причине на рафинацию направляют масла, прошедшие предварительную гидратацию.

В ряде случаев перед щелочной рафинацией масло предварительно обрабатывают фосфорной кислотой для разрушений оставшихся в нем фосфатидов. Этим методом рекомендуется рафинировать светлые растительные масла с начальным кислотным числом не более 5 мг КОН и пищевой саломас.

Предложена также комбинированная схема, в которой реакция нейтрализации свободных жирных кислот проводится в реакторе с мыльно-щелочной подкладкой, а промывка нейтрализованного жира с применением сепараторов.

Аппаратурно-технологическая схема. На рисунке 1.3 приведена комбинированная схема щелочной рафинации, позволяющая менять условия работы в зависимости от вида и качества перерабатываемого сырья. Так как для устойчивой и экономичной работы по данному методу требуется достаточно полное предварительное удаление фосфатидов, схема предусматривает возможность предварительной обработки масла фосфорной кисло-той для разрушения негидратирующихся фосфатидов.

Поступающие на рафинацию жиры взвешиваются на автоматических весах 20 и принимаются в промежуточные резервуары 19. Отсюда растительные масла, пройдя фильтры 18, насосом 17 через трубчатый нагреватель 21 и расходомер 23 подаются в инжекционный смеситель 22. Сюда же из бачка 27 через фильтры 26, стабилизатор уровня 25 и расходомер 24 направляется, расчетное количество фосфорной кислоты.

Смесь масла с фосфорной кислотой поступает через деаэратор 29 в реактор-нейтрализатор 16. В деаэратор подается также саломас, не требующий предварительной обработки фосфорной кислотой. Деаэратор 29 для жиров, как и деаэратор 29а. для раствора щелочи, через ловушки 28 и 28а и конденсатор 35 присоединяется к вакуумной системе. В результате из реагирующих компонентов удаляется воздух, что улучшает последующие условия работы реактора-нейтрализатора.

Раствор щелочи нужной концентрации может быть подготовлен заранее в расходном резервуаре или, как это показано на схеме, готовиться непрерывно по ходу процесса. В этом случае крепкий раствор каустической соды из резервуара 34 через фильтры 33 подводится к стабилизатору напора 32 и далее через расходомер 31 поступает в инжекционный смеситель. 30. Сюда же из резервуара 13 насосом 11 через трубчатый нагреватель 12 и второй расходомер подводится горячий конденсат. Подготовленный в смесителе 30 раствор щелочи через деаэратор 29а направляется в нейтрализатор 16.

Соапсток, образующийся в результате нейтрализации жирных кислот и растворения получающегося мыла в щелочном растворе, представляет собой мыльно-щелочной раствор. В нем. находятся растворенное мыло, заэмульгированный жир, свободная щелочь и некоторые примеси, увлеченные соапстоком из рафинируемого жира. Соапсток отводится из нейтрализатора непрерывно через регулятор 14 в приемный резервуар 10, из которого насосом 9 перекачивается на дальнейшую обработку.

Нейтрализованный жир, собирающийся в верхней части реактора-нейтрализатора через кольцевой карман 15, отводится непрерывно в промежуточный резервуар 8.

Дальнейшие операции по обработке нейтрализованного жира могут проводиться различными методами. На некоторых предприятиях жир промывают горячим конденсатом в аппаратуре периодического действия.

На схеме однократная промывка нейтрализованных жиров в потоке предусматривает использование сепараторов. Из резервуара 8 насосом 7 жир через пластинчатый нагреватель 36 подается в ножевой смеситель 38. Сюда же через расходомер. 37 подается горячий конденсат. Смесь разделяется на сепараторе 39. Мыльная вода через жироловушку направляется в очистную систему канализации, а промытый жир собирается в промежуточном резервуаре 6.

В схеме предусмотрена обработка жира раствором лимонной кислоты для разложения следов мыла и связывания остатка металлов (железа, никеля). Для этого промытый жир из резервуара 6 (или при достаточно полном отделении мыла в нейтрализаторе из резервуара 8) насосом 5 или 7 через пластинчатый нагреватель 40 подается в дисковый смеситель 41. Раствор лимонной кислоты в конденсате готовится в бачке 43 из которого поршневым насосом-дозатором 42 подается в смеситель 41.

Жир, обработанный лимонной кислотой, поступает в вакуум- сушильный аппарат 44. Высушенный жир насосом 4 откачивается из сушильного аппарата, пропускается через трубчатый холодильник 45 и автоматические весы 1 в приемный резервуар 2, из которого насосом 3 откачивается на дальнейшую обработку или на склад готовой продукции. [4, с. 52]

Комбинированная схема щелочной нейтрализации представлена на рисунке 3.



I - зона обработки фосфорной кислотой; II - зона обработки щелочью; III - зона промывки; IV - зона обработки лимонной кислотой; V - зона высушивания; 1 и 20 - автоматические весы; 2 - резервуар для рафинированных жиров; 3, 4, 5, 7, 9, 11 и 17 - насосы; 6 и 8 - промежуточные резервуары для жиров; 10 - приемный резервуар для соапстока; 12, 21, 36 и 40 - нагреватели; 13 - резервуар для конденсата; 14 - регулятор; 15 - кольцевой карман; 16 - реактор-нейтрализатор; 18, 26 и 33 - фильтры; 19 - резервуар для рафинируемых жиров; 22 и 30 - эжекционные смесители; 23, 24, 31 и 37 - расходомеры; 25 и 32 - стабилизаторы уровня; 27 - бачок для фосфорной кислоты; 28 и 28а - ловушки; 29 и 29а - деаэраторы; 34 - резервуар для раствора щелочи; 35 - конденсатор; 38 и 41 - ножевые смесители; 39 - сепаратор; 42 - насос-дозатор; 43 - бачок для лимонной кислоты; 44 - вакуум-сушильный аппарат; 45 - холодильник.

Рисунок 3. Комбинированная схема щелочной нейтрализации



2. Технологическая часть

2.1 Физико-химические константы и свойства исходных, промежуточных и конечных продуктов

Основные зависимости свойств жиров от состава образующих их жирных кислот характеризуются многими физическими и химическими показателями.

Молекулярная масса является одной из важных характеристик чистоты вещества. Молекулярная масса жиров повышается с увеличением длины цепи жирных кислот, входящих в их состав. У основных видов жидких растительных масел молекулярная масса колеблется от 850 до 990, у большинства животных жиров от 815 до 885.

Плотность всех жиров ниже плотности воды. При смешивании с водой жиры после отстаивания всплывают кверху. Плотность жиров и масел при 15єС колеблется от 911 до 961 кг/м³ . С увеличением молекулярной массы жирных кислот плотность жиров повышается. При увеличении температуры плотность жиров и масел понижается и объем, занимаемый ими, соответственно увеличивается. [1, с. 19]

2.2 Техническая характеристика исходного сырья, основных продуктов и вспомогательных материалов. Техническая характеристика побочных продуктов и отходов

Готовой продукцией являются масла растительные, жир животный технический, пальмовый стеарин, дистиллированные жирные кислоты соапстока растительных масел:

- наличие мыла (качественная реакция) - отсутствие;

- наличие серной кислоты (качественная реакция) - отсутствие;

Растительные масла или животные жиры после щелочной рафинации:

- кислотное число, мгKOH/г, не более 0,3;

- наличие мыла (качественная реакция) - присутствие;

- наличие серной кислоты (качественная реакция) - отсутствие;

Рапсовое масло должно вырабатываться в соответствии с требованиями настоящего стандарта по технологическим инструкциям или регламентам, утвержденным в установленном порядке.

Перечень и основные показатели сырья представлены в таблице 1.

Таблица 1. Характеристика исходного сырья, материалов, полупродуктов и энергоресурсов.

Наименования сырья, материалов и полупродуктов	Государственный или отраслевой стандарт, СТП, технические условия, регламент или методика на подготовку сырья	Показатели по стандарту, обязательные для проверки	Регламентируемый показатели
Масло рапсовое нерафинированное	ГОСТ 8988-2002	Кислотное число мгKOH/г, не более Массовая доля влаги и летучих веществ, %, не более Массовая доля нежировых примесей, %, не более Температура вспышки, єС, не более	3,0 0,25 0,15 225

Вспомогательные материалы.

NaOH:едкий натр;

Молекулярная масса (в а.е.м.): 40;

Температура плавления (в °C): 323

Температура кипения (в °C): 1403

Плотность:2,13(20°C,г/см³).

Стандартная энтальпия образования ДH (298 К, кДж/моль): -425,6 (т)

Стандартная энергия Гиббса образования ДG (298 К, кДж/моль): -380,7 (т)

Стандартная энтропия образования S (298 К, Дж/моль·K): 64,4 (т)

Стандартная мольная теплоемкость C_p (298 К, Дж/моль·K): 59,66 (т)

Энтальпия плавления ДH_пл (кДж/моль): 7,1.

Поглощает углекислый газ из воздуха превращаясь в карбонат. Водные растворы имеют сильнощелочную реакцию. Поглощает влагу из воздуха. В расплавленном виде разрушает стекло и фарфор, а при доступе кислорода - платину. Для плавления используют посуду из серебра, никеля или железа.

NaCl: поваренная соль. Чистый хлорид натрия имеет вид бесцветных кристаллов, но с различными примесями его цвет может принимать голубой, фиолетовый, розовый, жёлтый или серый оттенок

Температура плавления 800,8 °С;

Температура кипения 1465 °С.

Умеренно растворяется в воде, растворимость мало зависит от температуры: коэффициент растворимости NaCl (в г на 100 г воды) равен 35,9 при 21 °C и 38,1 при 80 °C. Смесь измельченного льда с мелким порошком хлорида натрия является эффективным охладителем. Так, смесь состава 30 г NaCl на 100 г льда охлаждается до температуры ?20 °C. Это происходит потому, что водный раствор соли замерзает при температуре ниже 0 °C. Лед, имеющий температуру около 0 °C, плавится в таком растворе, поглощая тепло окружающей среды. [2, с. 39]

Ортофомсфорная кислотам (фомсфорная кислотам) -- неорганическая кислота средней силы, с химической формулой H₃PO₄, которая при стандартных условиях представляет собой бесцветные гигроскопичные кристаллы. При температуре выше 213 °C она превращается в пирофосфорную кислоту H₄P₂O₇. Очень хорошо растворима в воде. Обычно ортофосфорной (или просто фосфорной) кислотой называют 85 % водный раствор (бесцветная сиропообразная жидкость без запаха). [2, с. 39]



2.3 Химизм процесса по стадиям, физико-химические основы процесса

Гидратация

Гидратация - это процесс обработки растительных масел водой, в результате которой находящиеся в ней фосфатиды, присоединяя воду, теряют растворимость и выделяются в виде объемистого осадка. Содержание фосфатидов в маслах колеблется в широком интервале (в подсолнечном масле 0,5-1,4 % фосфатидов). Оно зависит от вида масла и метода его получения.

По своему строению фосфатиды близки к жирам. В отличие от жиров с глицирином связаны только две молекулы жирных кислот, а место третьей кислоты занято сложным радикалом, в составе которого присутствует фосфор и азот.

Фосфатиды легко взаимодействуют с другими веществами, присутствующие в масленичном семени и в масле, в том числе с углеводами (сахарами), образуя темноокрашенные соединения. Чистые фосфатиды менее устойчивы, чем жиры, они разлагаются при температуре около 150єС и при этом сильно темнеют. Фосфатиды обладают кислой реакцией. Их кислотное число колеблется в зависимости от вида масла от 20 до 100. Кислотное число фосфатидов рапсового масла составляет 25-30. Это значит, что при содержании в рапсовом масле 1% фосфатидов его кислотное число повышается на 0,25-0,3 мг КОН.

Если масло после гидратации подвергается щелочной рафинации, то его направляют на следующий участок без дополнительной обработки. Товарное гидратированное масло после отделения фосфатидов высушивают. Отделившийся фосфатидный осадок, используемый для пищевых целей, сушат под вакуумом и фасуют в тару. Он носит товарное название фосфатидный концентрат. [3, с. 114]

Щелочная нейтрализация

В результате нейтрализации свободных жирных кислот в маслах водными растворами щелочи образуются практически нерастворимые в масле соли жирных кислот (мыла), например

RCOOH+NaOH-RCOONa+H₂O (2.1)

Для того чтобы обеспечить ускорение протекания реакции и сдвинуть равновесие в сторону образования мыл, количество щелочи берут с некоторым избытком против теоретически необходимого для нейтрализации свободных жирных кислот. Это особенно важно учитывать, так как при недостатке щелочи возрастает гидролиз мыла и повышается вероятность образования кислых мыл, плохо растворимых в воде.

RCOOH+RCOONa-RCOOH^.RCOONa (2.2)

Достаточно высокая растворимость кислых мыл в масле приводит к значительным затруднениям при последующем отделении мыла от нейтрализованного масла.

Для нейтрализации используют водные растворы щелочей, в результате образуются соапстоки, свойства которых оказывают существенное влияние на течение процесса нейтрализации. Мыла в водных растворах проявляют поверхностную активность, образуют мицеллярные структуры. С повышением их концентрации образуются пластичные мицеллы, которые увлекают нейтральный жир в соапсток за счет коллоидного растворения (салюбилизации) жира в мыльных мицеллах. Это, как и омыление, также снижает выход нейтрального жира и увеличивает жировые отходы тем больше, чем выше концентрация мыла в соапстоке. [3, с. 115]



2.4 Описание технологической схемы производства с введенными изменениями

Для получения раствора едкого натра(42%) концентрированный раствор NaOH подается в бак позиции 1 и добавляется вода в количестве необходимом для приготовления раствора едкого натра с массовой концентрацией 134,9 г/л. Полученный раствор перемешивается воздухом в течении 15 минут.

В бак для раствора хлорида натрия (позиция 2) подается питьевая вода и расчетное количество соли. Все это нагревается острым паром до температуры не более 95єС.

Масло поступает в нейтрализатор позиции 5 и подогревается с помощью паровой рубашки до температуры 60єС. Далее подают питьевую воду, в количестве 1,5% от массы масла. полученную смесь отстаивают не менее 4 часов. Гидрофуз из нейтрализатора позиции 5 самотеком поступает в отстойник позиции 8, оттуда на дальнейшую обработку.

В масло подают при перемешивании ортофосфорную кислоту в количестве 0,1% от массы масла. Перемешивают 30 минут.

В подготовленное к нейтрализации гидратированное масло подается через распылители расчетное количество едкого натра(42%), нагретое вместе с маслом до температуры 65єС. Перемешивание продолжается в течении 1 часа до образования соапстока, который отделяется путем отстаивания не менее 3х часов. Образовавшийся соапсток самотеком сливается в соапсточник позиции 4, масло перекачивается в промыватель позиции 6 насосом позиции 16.

Нейтрализованное масло в промывателе позиции 6 при перемешивании нагревается до температуры 90єС. Из бака позиции 2 через бак позиции 3 в масло откачивается насосом позиции 15 раствор соли в количестве 1,5 тонны и перемешивается в течении 30 минут. Путем отстаивания не менее 2х часов образовавшиеся промывные воды самотеком сливается в бак позиции 7. Промывка считается законченной при отсутствии в масле мыло.

Промытое и нагретое до температуры 90єС масло из промывателя позиции 6 откачивается вакуум-насосом позиции 17 под давлением до 90кПа в вакуум-сушильный аппарат позиции 9, где происходит испарение влаги, образовавшиеся водяные пары конденсируются в конденсаторе позиции 10 и сливаются в бак позиции 7. Высушенное масло насосом позиции 18перекачивается в бак для масла позиции 11.

Высушенное масло из бака позиции 11 насосом позиции 19 перекачивается через кожухотрубный холодильник позиции 12, где охлаждается до температуры 60єС и подается на фильтр-пресс позиции 13, где отделяется от механических примесей. Фильтрованное масло стекает в бак для фильтрованного масла позиции 14 и отправляется на склад.

2.5 Рабочие технологические параметры по каждому узлу, условия приготовления и регенерации реагентов

Нормы технологического режима работы аппаратов, методы их определения и частота контроля сводятся в таблице 2.

Таблица 2. Нормы технологического режима работы

Контролируемый аппарат	Контролируемый параметр	Показатели по регламенту	Частота определения
Бак с раствором соли поз.2	Уровень Температура Расход	1,8 м 95єС 1,5 т	постоянна
Бак с раствором щелочи поз.1	Уровень	1,8 м	постоянна
Нейтрализатор поз.5	Уровень Температура	1,8 м 65єС	постоянна
Отстойник поз.8	Уровень	1,8 м	постоянна
Промыватель поз.6	Уровень Температура	1,8 м 90єС	постоянна
Соапсточник поз.4	Уровень	1,8 м	постоянна
Вакуум-сушильный аппарат поз.9	Давление Температура	95 кПа 90єС	постоянна
Кожухотрубный холодильник поз.12	Температура	60єС	постоянна

2.6 Описание работы основного аппарата

Основным аппаратом в данном проекте является нейтрализатор позиции 5.

Масло поступает в нейтрализатор и подогревается с помощью паровой рубашки до необходимой температуры при перемешивании мешалкой. Через распылители вводят рассчитанное количество щелочи, нагретой до той же температуры, и перемешивают в течении 30 минут. Затем повышают температуру масла, перемешивание продолжают до образования хорошо оседающих хлопьев соапстока, который отделяют путем отстаивания. Жир по шарнирной трубе передают в дальнейшую обработку. Соапсток спускают через патрубок в специальный бак. Для ввода воды или солевого раствора имеется кольцо с душами.

Рисунок аппарата представлен на рисунке 4.

1 - паровая рубашка; 2 - мешалка; 3 - кольцо с душами; 4 - распылители; 5 - шарнирная труба; 6 - патрубок.

Рисунок 4. Нейтрализатор



2.7 Рекомендации по осуществлению аналитического контроля производства

Аналитический контроль представлен в таблице 3.

Таблица 3. Аналитический контроль производства

Наименование стадии процесса	Контролируемый параметр	Частота и способ контроля	Нормы и технологические показатели	Методы испытаний
Нейтрализатор позиции 5	Кислотное число, мг КОН Наличие мыла	Каждая партия	0,3 Присутствие	По ГОСТ Р 52110-2003 По ГОСТ 5480-59
Бак для раствора соли позиции 2	Массовая доля хлористого натрия, % в пределах	Каждое приготовление	От 6 до 10	По ГОСТ 18995.1-73
Промыватель позиции 6	Температура, єС не более Наличие ортофосфорной кислоты	Каждая партия	90 присутствие	По ГОСТ 5485-50

2.8 Материальный баланс стадии рафинации рапсового масла

Производительность саломаса по проекту 45000 т/год.

Производительность саломаса по аналогу 41700 т/год.

Кислотное число рапсового масла к. ч.=3 мг KOH.

Рабочие дни 335.

Массовая доля гидратирующихся фосфатидов в %, Ф= 0,3%= 3кг/т

Массовая доля влаги 0,05%

Молекулярная масса NaOH Мщ=40

Молекулярная масса жирных кислот М ж.к.=282

Длительность цикла 12 часов, в сутках 2 цикла.

Коэффициент избытка ?=1,1

По данным действующей установки на производство 1т. Саломаса расходуется 1,117 т нерафинированного рапсового масла.

45000*1,117=50265 т

Суточная производительность:

Производительность за один цикл

Материальный баланс стадии гидратации

На гидратацию подается 1,5% конденсата от количества масла. Расход конденсата на гидратацию масла составляет:

Ж_к1=75020*0,015=1125,3 кг

Количество отходов при гидратации фосфатидов:

Ог= 2*Ф*П, кг (2.1.) [2c.124]

Ог= 2*0,003*75020=450,12 кг (2.2.)

Выход гидратированного масла:

Gг= П-Ог, кг (2.3.)

Gг= 75020 - 450,12= 74569, 9 кг

Выход гидрофуза:

Г= Ог+ Ж_к1, кг (2.4.)

Г= 450,12+1125,3= 1575,42 кг

Материальный баланс стадии гидратации представлен в табл. 4.

Таблица 4. Материальный баланс стадии гидратации

Приход	Расход
компонент	Кг/ц	%, мас	компонент	Кг/ц	%, мас
Нерафинированное масло	75020	100	Гидратированное масло	74569, 9	100
конденсат	1125,3	100	гидрофуз	1575,42	100
итого	76145,3	100		76145,3	100

Материальный баланс стадии щелочной нейтрализации

RCOOH+ NaOH= RCOONa+ H₂O

Расход гидроксидп натрия(100%) на щелочную нейтрализацию:

Щн=к.ч.*0,713* (2.5.)

После гидратации кислотное число снижается и равняется 2,8 мг KOH.

0,713 - соотношение мольных масс гидроксида натрия и калия.

Щн= 2,8*0,713*1,1=2,2 кг (2.6.)

Тогда расход гидроксида натрия (100%) на нейтрализацию 74569,9 кг гидратированного масла:

Щн1

расход гидроксида натрия (42%) на нейтрализацию 74569,9 кг гидратированного масла:

Щр=(Щн*100)/42, кг

Щр=

Расход конденсата для приготовления раствора щелочи:

Щк3=Щк-Щн1, кг (2.7.)

Щк3=390,6-164,05=226,55 кг

Масса жирных кислот, связываемых гидроксидом натрия:



Gж.к.=(Щн1*Мж.к.)/Мщ, кг (2.8.)

Gж.к.=

Масса образующихся натриевых солей жирных кислот (натриевого мыла, переходящего в соапсток):

Gм=(Gж.к.*Мм)/ Мж.к., кг (2.9.)

Мм=(Мж.к.+22) - молекулярная масса натриевого мыла жирных кислот.

Мм= 282+22=304;

Gм=

По действующим нормативам содержание нейтрального жира в соапстоке Жн составляет 30% от общей массы переходящих в него жиров.

Общее содержание жиров в соапстоке:

G^*ж.с.=( Gж.к*100)/(100- Жн), кг (2.10.)

G^*ж.с.==1652,14 кг

В том числе содержание нейтрального жира:

Жн= G^*ж.с.- Gж.к, кг (2.11.)

Жн=1652,14-=495,6 кг.

При выходе из нейтрализатора в масле остается примерно 0,2% связанных в виде мыла жирных кислот G^*м от подаваемого масла:

G^*м= кг.

Отходи в виде соапстока:



G ж.с.= G^*ж.с.- G^*м, кг (2.12.)

G ж.с.= 1652,14-=1503 кг.

Выход масла после щелочной нейтрализации составит:

Gн= Gг+Щр- Gж.с., кг (2.13.)

Gн=74569, 91503=73457,5 кг.

Материальный баланс стадии щелочной нейтрализации представлен в таблице 5.

Таблице 5. Материальный баланс стадии щелочной нейтрализации.

приход	расход
компонент	Кг/ц	%,мас	компонент	Кг/ц	%,мас
Гидратированное масло	74569, 9	100	Нейтрализованное масло	73457,5	100
Раствор щелочи:		100	соапсток	1503	100
а) щелочь		42
б) конденсат	226,55	58
итого	74960,5		итого	74960,5

Материальный баланс стадии промывки

Для удаления мыла, оставшегося в масле после удаления соапстока, применяется двукратная промывка 6% раствором поваренной соли. Расход раствора соли на промывку масла после щелочной рафинации составляет W=1,5т. Расход раствора соли на промывку составит:

На приготовление1,5 тонны 6% раствора поваренной соли используют:

Wс=1500*0,08=120 кг соли

Wк3=1500-120=1380 кг конденсата.

Принимается, что после первой промывки из масла удаляется 90% находившегося в нем мыла, после второй промывки в масле остаются следы мыла. Вместе с растворенным мылом первая промывная вода уносит с собой до 2% нейтрального жира, вторая промывная вода 0,5%.

Содержание жира в промывных водах представлено в таблице 6.

Таблица 6. Содержание жира в промывных водах

Процесс	Жир, связанный в виде мыла, кг	Жир нейтральный, кг
Первая промывная вода	G*MЧ0,9=134,63Ч0,9=121,17	0,02Ч73457,5Ч10/100=146,9
Вторая промывная вода	134,63Ч0,1=13,46	0,005Ч73457,5Ч10/100=36,7
Итого:	134,63	183,6

При прохождении через жироловушку около 50%нейтрального жира улавливается и возвращается в процесс:

Жн4= Жн3*50/100, кг. (2.14.)

Жн4=

Потери при промывке составят:

Оп= G^*м+ Жн3, кг. (2.15.)

Оп=

Выход промытого масла составит:

Gпр= Gн-Оп, кг. (2.16.)

Gпр=73457,5-73124,8 кг.

Выход промывного раствора:

Wпр=W+ G^*м+ Жн4, кг. (2.17.)

Wпр=1500+= 1740,9 кг.

Материальный баланс стадии промывки представлен в таблице 7.



Таблице 7. Материальный баланс стадии промывки

приход	расход
компонент	Кг/ц	%, мас	компонент	Кг/ц	%, мас
Нейтрализованное масло	73457,5	100	Промытое масло	73124,8	100
Раствор соли:	1500	100	Промывной раствор	1740,9	100
а)конденсат	1410	94	Нейтральный жир		100
б) соль	90	6
итого	74957,5		итого	74957,5

Материальный баланс стадии сушки

Содержание влаги в промытом масле составит х1=0,18%. Влажность высушенного масла х2=0,05%. Выход высушенного масла:

Gвыс.= Gпр*(100-0,18)/(100-0,05),кг. (2.18.)

Gвыс.=

Количество влаги испаренной при сушке:

Wисп.= Gпр- Gвыс, кг. (2.19.)

Wисп.= 73124,8-=95,1 кг.

Материальный баланс стадии сушки представлен в таблице 8.

Таблице 8. Материальный баланс стадии сушки

приход	расход
компонент	Кг/ц	%,мас	компонент	Кг/ц	%, мас
Промытое масло	73124,8	100	Высушенное масло		100
			Испаренная влага	95,1	100
итого	73124,8		итого	73124,8

Сводный материальный баланс процесса рафинации рапсового масла приведен в таблице 9.



Таблице 9. Сводный материальный баланс процесса рафинации рапсового масла

приход	расход
компонент	Кг/ц	%,мас	компонент	Кг/ц	%, мас
Нерафинированное масло	75020	96,1	Сухое рафинированное масло		93,6
конденсат	1125,3	1,4	гидрофуз	1575,4	2
Раствор щелочи:		0,6	соапсток	1503	1,9
Раствор соли:	1500	1,9	Промывной раствор	1740,9	2.3
			Нейтральный жир		0,1
			Испаренная влага	95,1	0,1
итого	78035,9	100	итого	78035,9	100

2.9 Технико-технологические расчеты

2.9.1 Расчет нейтрализатора позиции 5

Технологический расчет

Технологический расчет нейтрализатора сводится к определению массового количества продукта, загружаемое на одну операцию

По данным действующей установки количество нейтрализаторов: п = 4

Техническая характеристика установленного нейтрализатора:

Полная ёмкость: V_п = 15,7 м³;

Внутренний диаметр аппарата: D =2,3 м;

Поверхность нагрева: F= 11,8 м²;

Мощность привода: N = 2,8 кВт;

Аппарат снабжён рубашкой, давление в рубашке: 0,2 МПа;

Производительность в циклах: P = 75020 кг;

Процесс периодический, полный цикл нейтрализации 8,5 час , в сутки выполняется на одном аппарате две операции, а = 2 . Фонд рабочего времени 335 суток. Плотность исходного продукта с = 860 кг/м³.

Рабочая ёмкость аппарата:



V_р = V_п Чц, м³

V_р= 15,7Ч 0,8 = 12,56 м³,

Где ц = 0,8 - коэффициент заполнения аппарата;

Массовое количество продукта, загружаемое на одну операцию:

G= РЧп, кг

G = 75020 /4 = 18755 кг

Механический расчёт

Выбор материала корпуса.

Марку стали выбирают в зависимости от свойств перерабатываемой среды. Согласно таблице коррозионной стойкости материалов для щелочной среды выбираем марку стали 35ХМ, которая к данной среде устойчива к коррозии и наиболее дешёвый металл. Нормативное допускаемое напряжение для данной стали возьмем при 30°С = 230 МПа. (таблицы 7, 8).

Толщину стенки цилиндрической части корпуса, нагруженного избыточным внутренним давлением определяют по формуле:

мм (2.20) [9, c.213]

Где Р = 0,2 МПа - внутренне давление в аппарате

D = 2300 - внутренний диаметр аппарата

Примечание при расчёте аппаратов работающих под атмосферным давление и содержащих пожаровзрывоопасную среду расчётное давление принимается 0,2 МПа.[7,]

Для стыковых и тавровых двусторонних швов, выполняемых автоматической сваркой, коэффициент прочности сварного шва .

Прибавка на коррозию С определяется по формуле:

(2.21)

где V - скорость коррозии (для нестойких металлов принимают не менее 0,2 мм/год), Т - срок службы аппарата (обычно принимают 10-15 лет).

мм

Округляем полученное значение до ближайшей стандартной толщины стенки листа S= 4 мм.

Допускаемое внутренне избыточное давление определим по формуле:

[P] = , MПа (2.22)

[P]= = 0,225 МПа.

Определяем толщину стенки конического приварного днища

Толщину стенки конического отбортованного днища с углом при вершине а = 90⁰ рассчитываем следующим образом

Определяем толщину стенки цилиндрической части днища по формуле:

мм (2.23)

где: y -коэффициент формы днища, который выбирают по таблице 10 в зависимости от угла ,и отношения , при D = 1600 - 3000 мм, R_s = 200 мм.

== 0,087, находим, интерполируя y = 2,4

, мм

Определяем толщину стенки конической части днища по формуле:

, мм (2.24)

Где Р - рабочее давление в аппарате; [у] - допускаемое напряжение для материала крышки; а₁ - половина угла при вершине конического днища.

а = 90⁰ - угол при вершине конического днища.

Расчётный диаметр:

D_p = D -2[R •(1 - cos₁) + , мм, (2.25)

Где D = 2300 - диаметр корпуса;

D_p = 2300 -2[200•(1- cos45⁰ ) + 2067,74 мм

= 1,59 мм.

Из двух значений, полученных по этим формулам принимают большее. Принимаем:

S = 1,59 + 2,0 = 3,59 мм

Принимаем стандартное значение толщины стенки s = 4 мм.

Коническое днище нагружено внешним давлением, необходимо полученное значение толщины стенки проверить на устойчивость. Допускаемое давление из условия пластичности находим по формуле:



[р]_р = , МПа (2.26)

[р]_р= = 0,28 Мпа

Допускаемое давление из условия устойчивости находим по формуле:

, МПа (2.27)

= 1626,3 мм

= 1626,3 мм

Где Е = 1,99•10⁵ МПа - модуль упругости;

= 1,4925•1,0•0,039 = 0,058 МПа

Допускаемое наружное давление с учётом обеих условий:

МПа (2.28)

МПа

Условие надежной эксплуатации (0,116 МПа < 0,2 МПа) не выполнено. Увеличиваем толщину стенки днища до 8 мм. Проверим условие прочности и устойчивости:



[р]_р = = = 0,846 МПа

= 1,4925•1,0•0,108 = 0,16 МПа

МПа

Условие надежной эксплуатации (0,33 МПа > 0,2 МПа) выполнено.

Определяем толщину стенки аппарата при нагружении его наружным давлением из рубашки.

Расчётная толщина стенки определяется по формуле:

, мм (2.29)

Где [у] - допускаемое напряжение для материала корпуса; Р = 0,2 МПа - рабочее давление в аппарате;D= 2300 мм - внутренний диаметр аппарата;

мм

Принимаем толщину стенки с учётом прибавки на коррозию и округляя до стандартной принимаем: s_R = 5,0 мм.

Допускаемое наружное давление из условия прочности и устойчивости определяем по формуле:

, МПа (2.30)



Где [P]_p - допускаемое давление из условия прочности; [P]_E - допускаемое давление из условия устойчивости;

В пределах упругих деформаций находим:

, МПа (2.31)

Где: [у] - допускаемое напряжение для материала корпуса; С- прибавка на коррозию, мм; S - исполнительная толщина стенки;

МПа

Допускаемое давление из условия устойчивости в пределах упругих деформаций находим по формуле:

(2.32)

Где Е - модуль упругости (таблица 9); n_u = 2.4 - коэффициент запаса для рабочих условий;l_R - расчётная длина обечайки;

Расчётную длину обечайки для корпуса типа ВКП определяем по формуле:

мм (2.33)

мм

где n_u - коэффициент устойчивости (для рабочих условий n_u = 2,4); Н_D = 1300 - высота конического днища, мм; h_ц = 60 мм- высота отбортовки, мм (таблица 5); l = 3500 мм - длина цилиндрической части аппарата; R_s = 200 мм.

1,5 •0,546•0,006 = 0,0049 МПа МПа

Условие надежной эксплуатации (0,054 МПа < 0,2 МПа) не выполнено. Увеличим толщину стенки обечайки до s = 8 мм. Определим допускаемое напряжение при этих условиях.

МПа

1,5 •0,546•0,35 = 0,287 МПа

МПа

Условие надежной эксплуатации (0,28 МПа > 0,2 МПа) выполнено. Окончательно принимаем толщину стенки обечайки s = 12 мм.

Расчет элементов рубашки.

Материал рубашки ВСт3, допускаемое напряжение при температуре 50⁰С:[у]= 133 МПа Толщину стенки цилиндрической части рубашки определяют по формуле:

мм (2.34)

Диаметр рубашки принимаем на 100 мм больше внутреннего диаметра аппарата.

мм

Примем S= 4 мм.

Расчёт плоской крышки.

Толщину стенки плоской крышки в средней части рассчитываем по формуле:

мм (2.35)

S₁ = S_R + c, мм (2.36)

Где К =0,5 - коэффициент;D_R- принимается равным среднему диаметру прокладки;[у]- допускаемое напряжение для материала корпуса и крышки;

D_R = 0,5• (2344 + 2313) = 2328,5 мм

мм

S₁ = 34,33 + 2= 36,33 мм

Принимаем S₁ = 40 мм

Толщина крышки в месте установки прокладки составляет:

S₂ = 0,8•S₁ = 0,8•40 = 32 мм

Опоры аппарата.

Химические аппараты устанавливают на фундамент или специальные несущие конструкции с помощью опор. Стандарт предусматривает три типа опор. Для аппаратов с эллиптическими днищами применяют опоры по типу 1. [8, с. 13]

Принимаем количество опор: Z = 4

Определяем вес металла, из которого изготовлен аппарат:

G₁ = 1,1 • F • S • _м, кН (2.37)



Где F = 28,2 м² - площадь внутренней поверхности аппарата; S = 8,0 мм = 0,08 м - исполнительная толщина стенки аппарата; = 78,5 кН/м³ - удельный вес металла; Коэффициент 1,1 учитывает вес фланцев, штуцеров и т.д.

G₁ = 1,1 • 28,2 • 0,08 •78,5 = 194,8 кН.

Определяем вес металлоконструкций по формуле:

G₂ = 0,5• G₁ = 0,5• 194,8 = 97,4 кН. (2.38)

Определяем максимальную нагрузку на одну опору:

Q_рас = = 1= 73,05 кН (2.39)

где: z = 3 - число опор; = 1 ( при z =2 и 3) коэффициент распределения нагрузки.

По таблице 9 принимаем опору с нагрузкой Q = 100 кН, так как расчётная нагрузка Q_рас = 73,05 кН.

Геометрические размеры опор определяем по таблице 10.

Таблица 10. Основные размеры опор (лап) для вертикальных аппаратов, ГОСТ 26-665-79

Q, кН	а	а1	в	С	С1	h	h1	S	К	K1	d	dб	fмах
100	250	210	310	45	160	230	30	8	25	40	24	М36	80

Определение диаметров штуцеров.

Диаметры штуцеров определяют по объемному расходу соответствующего потока и допустимой скорости:



(2.40)

Где Q - объёмный расход поступающей или отходящей из колонны среды.

Расчёт диаметра штуцера для подачи питания и выхода реакционной массы из нейтрализатора.

Расход питания на одну операцию G = 18755 кг, плотность сырья с = 860 кг/м³, объёмный расход питания 12,56 м³. Время загрузки принимаем в течении 1 часа.

Объёмный расход питания находим по формуле:

Q = G/с = 18755/860 = 12,56 м³/час = 0,0035 м³/сек

Скорость движения жидкости в трубопроводе подачи питания принимаем: w = 0,5 м/с [6, с.16]

Принимаем к установке стандартный диаметр трубы d = 100 мм.

Расчёт диаметра штуцера для теплоносителя в рубашку.

Расход воды в рубашку:кг/сек.

Плотность воды с = 46,93 кг/м³

Объёмный расход воды Q = 2,86/1000 = 0,00286 м³/сек.

Скорость движения жидкости в трубопроводе подачи питания принимаем: w = 1,0 м/с

Принимаем к установке стандартный диаметр трубы: d = 50 мм.

Тепловой расчёт нейтрализатора

Исходные данные для расчёта

Рабочая температура процесса 60⁰С

Продукты поступают в нейтрализатор с температурой 20⁰С

Количество поступающего и получаемого сырья на нейтрализаторе на одну операцию:

- гидратированное масло: G₁= = 18755 кг/ ц;

- раствор гидроксида натрия: G₂= = 97,6 кг/ц;

- нейтрализованное масло: G₄= =18364,4 кг/ц;

- соапсток: G₅= = 375,8 кг/ц

В качестве теплоносителя применяем пар избыточного давления, который поступает в рубашку аппарата. В соответствии с регламентом нагрев смеси в реакторе должен производится в течении 1 часа, затем в течении всего процесса температура поддерживается на уровне 60⁰С. Определяем количество теплоты, поступившее с сырьем в нейтрализатор по формуле

Q = G • с •t_н (2.45.)

где: G - количество сырья, загружаемое в нейтрализатор (кг/ц).

с - теплоёмкость сырья Дж/(кг К)

Определяем количество теплоты, поступившее с гидратированным маслом в нейтрализатор

Q₁ = 18755 • 2,514 •20= 937750 кДж/цикл

где 2,514 кДж/(кг К)- теплоемкость масла

20⁰ - температура масла, начальная

Определяем количество теплоты, поступившее со щелочью в нейтрализатор. Для этого определяем теплоемкость раствора щелочи по формуле



с_рас.=c_NaOH*0,42+ c_воды+0,58 (2.46.)

с_рас = 2,9*0,42+0,58*4,18=3,64 кДж/(кг К)

Q₂ = 97,65 • 3,64 •20= 7108,9 кДж/цикл

Определяем количество теплоты, уходящее с соапстоком из нейтрализатора

Q₅ = 375,8 • 0,55 •60= 12401,4 кДж/цикл

Определяем количество теплоты, уходящее с нейтрализованным маслом

Q₄ = 18364,4 • 2,514 •60= 2765678,6 кДж/цикл

Потери в окружающую среду принимаем 5% от количества тепла, уходящего с сырьем. Теплотой, образующейся при трении перемешивающихся компонентов об стенки аппарата, пренебрегаем.

Следовательно, потери тепла составляют:

Q_пот. = 0,05 • (2765678,6+12401,4) = 138904 кДж/ цикл

Определяем количество пара подаваемое для нагрева

Q₁+Q₂+Q₃=Q₄+Q₅+Q_пот (4.47.)

Q₃₌937750+ 7108,9+ х= 2765678,6+ 12401,4+ 138904

х= 1972125,1 кДж/ цикл

Необходимое количество пара, которое необходимо подавать в рубашку аппарата определяется по формуле

Q = , кДж/ цикл (4.48.)

где r - теплота парообразования кДж/кг

G_п = = 893,57 кг/цикл

Определение поверхности теплообмена нейтрализатора.

Тепловая нагрузка аппарата определена ранее и равна: Q = 1971496 кДж/цикл= 300012Вт

Уравнение теплопередачи при периодическом процессе нагревания (охлаждения) реакционной смеси находится по формуле:

Q = К• F • ?t_ср (2.49)

Температурная схема процесса

20,0 60,0

65 80

___________ _____________

?t₁= 45,0⁰С ?t₂ = 20⁰С

Так как < 2, среднюю разность температур определяем по формуле:

= = = 30,8 (2.50)

Коэффициент теплопередачи определим по уравнению аддитивности термических сопротивлений:

(2.51)

Определяем коэффициент теплоотдачи для масла по формуле:



(2.52)

Где Nu - критерий Нуссельта;

Определяется по уравнению:

Nu = C• (2.53)

Коэффициенты для аппаратов с мешалками: С = 0,36, m = 0.67.

Где зависимость = 1 при нагревании компонентов;

Критерий Рейнольдса определяем по формуле:

(2.54)

Линейную скорость движения смеси в районе стенок реактора определим по формуле:

w = (2.55)

где: n = 18 об/мин - частота вращения вала мешалки; R = 1,65 м - радиус аппарата

w = = 3,1 м/с

Плотность смеси определена регламентом и равна с =860 кг/м³;динамическая вязкость перемешиваемой среды смеси м = 0,4 Н•с/м² =0,4 •10^-3 Па•с; диаметр аппарата D = 2,3 м;

= 7998000

Критерий Прандтля определим по формуле:

(2.56)

Коэффициент теплопроводности смеси: л_к = 0,465 Вт/(м.К) [6,таб.XXVIII]

Теплоёмкость продуктов при постоянном давлении смеси: с_р = 2,514 •10³ Дж/(кг.К) [6, таб. XXV]

= 121,366

Коэффициент Г = = 1,095;

Критерий Нуссельта:

Nu = 0,36• 799800^0.62 •121,366^0.33•1,095^-1 = 30513

Коэффициент теплоотдачи для смеси:

= 6169 Вт/(м²•К)

Коэффициент теплоотдачи для горячей воды определим по формуле:

Nu = 0,037• (2.57)

Критерий Рейнольдса для горячей воды, циркулирующей в рубашке определяется по формуле:



(2.58)

Скорость течения воды в рубашке w = 1 м/сек; µ = 0,35•10^-3 - динамический коэффициент вязкости для воды при средней температуре в рубашке; с = 1000 кг/м³ -плотность воды; d = 2.4 м - диаметр рубашки;

Критерий Прандтля для горячей воды определяем по графику[6,с.564]: Pr =3.0

Отношение так как процесс нагревания и вязкости различаются незначительно.

Nu = 0,037• (2.59)

Коэффициент теплоотдачи от горячей воды к стенке аппарата:

(2.60)