Тепловой баланс при нагревании сахарного раствора. Определение тепловой нагрузки и массового расхода теплоносителя

Уравнение, выражающее тепловой баланс химического процесса, проходящего при нагревании глухим паром, может быть представлено в следующей форме:

, (2.1)

где Q – тепловая нагрузка, Дж; – теплота, вносимая в аппарат с исходным сахарным раствором, Дж; – теплота, отдаваемая теплоносителем исходному сахарному раствору, Дж; – теплота, уносимая из аппарата сахарным раствором, Дж; – теплота сконденсированного пара, Дж;
– тепловой эффект реакции (принимаем равным нулю); = 5 % Q.

Тепло, затраченное на нагрев исходного сахарного раствора, определяется по формуле:

, (2.2)

где – масса сахарного раствора, кг; – удельная теплоемкость сахарного раствора, Дж/(кг К); и – соответственно начальная и конечная температуры сахарного раствора, °С.

, (2.3)

, (2.4)

. (2.5)

где и – соответственно энтальпии греющего пара и конденсата, Дж/кг; – удельная теплота парообразования при заданном , Дж/кг [6].

Определим тепловую нагрузку , Дж, необходимую для нагревания сахарного раствора глухим насыщенным водяным паром при
:

. (2.6)

Для этого рассчитаем по формуле (2.2), предварительно определив удельную теплоемкость сахарного раствора, Дж/(кг К) [7].

Для концентрированных двухкомпонентных водных растворов
(а > 0,2, где а массовая доля растворенного компонента) расчёт ведут по формуле:

, (2.7)

где – удельная теплоемкость безводного растворенного вещества (сахара), Дж/(кг К); – массовая доля сахара в смеси.

,

,

.

Зная время растворения сахара, в секундах (заданная величина) определим тепловую нагрузку , Вт:

.

Определим количество греющего пара G, необходимого для нагревания сахарного сиропа до 80 °С, кг:

, (2.8)

где – тепловая нагрузка, Дж; – удельная теплота парообразования при заданном , Дж/кг (табл. 60. [6]).

.

Зная время растворения сахара, определим расход греющего пара
D, кг/с:

, (2.9)

кг/с.