Производство сульфата магния фармакопейного (стр. 3 из 8)
t1 – это температура исходного раствора в град
=10067,3 кДж(3.2.3) 
=31809,5Дж(3.2.4) 
=18320,4кДж(3.2.5)2. Тепловой эффект реакции определяется:
(3.2.6) 
(3.2.7)MgO + H2SO4 + 6H2O = MgSO4 · 7 H2O (3.2.8)
(3.2.9)CaO+H2SO4=CaSO4+ H2O (3.2.10)
(3.2.11) FeO + H2SO4 = FeSO4 + H2O(3.2.12) 
(3.2.13) 
(3.2.14)где ∆Н – это энтальпия в кДж/моль
п – число молей / 9 /
Расход тепла состоит из следующих составляющих:
1. Тепло, уходящее с маточным раствором
(3.2.15)где
- это вес маточного раствора;t2к и t2м – это начальная и конечная температура
С2 – это средняя теплоемкость маточного раствора; / 9 /
t0=(60–25)=350
кДж (3.2.16) 
кДж (3.2.17) 
кДж(3.2.18)2. Тепло потери окружающей среде
(3.2.19) 
кДж/моль(3.2.20)∆Нпр.р. – это теплота продуктов реакции;
Qисх.в. – это теплота исходных веществ; / 9 /
Показатели теплового баланса получения сульфата магния фармакопейного приведены в таблице 3.2.
Таблица 3.2 Тепловой баланс производства сульфата магния фармакопейного
| Приход | Расход | ||
| Состав | кДж | Состав | кДж |
| 1. Тепло вносимое оксидом магния | 10067,3 | 1. Тепло расходуемое сульфатом магния | 62300 |
| 2. Тепло вносимое серной кислотой | 31809,5 | 2. Тепло расходуемое сульфатом кальция | 96,8 |
| 3. Тепло вносимое водой | 18320,4 | 3. Тепло расходуемое сульфатом железа | 78,6 |
| 4. Тепло вносимое реакцией | 2296,9 | 4. Тепло потери окружающей среды | 19,04 |
| ИТОГО | 62494,4 | 62494,4 | |
3.3 Выбор основного оборудования
Рассмотрен основной аппарат-низкотемпературный кристаллизатор, который необходим на стадии кристаллизации магния сульфата, представленный на рис. 3.3.
Рис. 3.3 – Схема низкотемпературного кристаллизатора: 1 – раствор; 2 – кристалл; 3 – печь; 4 – термостат; 5 – мешалка; 6 – контактный термометр; 7 – терморегулятор.
Низкотемпературный кристаллизатор представляет собой сосуд с раствором 1, в котором создаётся пересыщение, необходимое для роста кристаллов 2 путём медленного снижения температуры, реже испарением растворителя.
После заполнения кристаллизатора в раствор при включенном мешальном устройстве задается мерной кружкой серная кислота реактив в количестве массовой концентрации H2SO4 0,3–0,5 г/л.
Отбор пробы раствора из анализ проводится пробоотборником через смотровой люк. Массовая концентрация H2SO4 в растворе определяется аналитическим путем.
Кристаллизатор – вертикальный аппарат, изготовленный из нержавеющей стали. Снабжен рубашкой и якорной мешалкой, объемом 10 м3.
Кристаллизация магния сульфата происходит за счет понижения температуры раствора вследствие передачи тепла охлаждающей среде. В качестве охлаждающей среды в кристаллизаторах используется техническая вода. Раствор в кристаллизаторе охлаждается в течение 15–20 часов до температуры не более 25 0С.
Температура раствора кристаллизаторе фиксируется прибором.
Подача воды в рубашку регулируется вентилем, установленным на трубопроводе поступления воды в кристаллизатор.
Применение мешалки с водяным охлаждением значительно уменьшает и даже полностью устраняет образование инкрустаций на стенках аппарата. Перемешивание раствора и водяное охлаждение позволяют увеличить скорость кристаллизации в этих аппаратах в 8–15 раз по сравнению со стационарными кристаллизаторами. Вообще следует отметить, что для кристаллизаторов периодического действия образование инкрустаций не представляет особенного больших эксплутационных неудобств, поскольку эти пристенные осадки при заполнение горячим, несколько ненасыщенным раствором полностью растворяются.
3.4 Расчет основного аппарата
Расчет кристаллизатора состоит из следующих условий:
1. Расход охлаждающей воды
, начальная температура на входе в аппарат 
и общий коэффициент теплопередачи К в ходе процесса остаются постоянными;2. начальная температура раствора
и 
и конечная температура охлаждающей воды 
, отводимой из аппарат, предварительно заданы.В кристаллизаторе с водяной рубашкой охлаждается V=2 м3 раствора МgSО4; 7Н2О от температуры
=600С до температуры =250С. Начальная температура охлаждающей воды =150С, коэффициент теплопередачи К=250 вт/(м2 град). Концентрация раствора при 600С 
=0,575 и при 250С 
=0,480. Так как теплоемкость кристаллов Скр.=1,105 кдж/(кг град) или 0,264 ккал/(кг град), то по правилу аддитивности определяем теплоемкость исходного раствора 
кдж/(кг град) (3.4.1)где св – теплоемкость воды, равная 4.19 кдж/(кг град)
Теплота кристаллизации q=254,1 кдж/кг (60 кккал/кг), плотность исходного раствора 1380 кг/м3.
Из уравнения теплового баланса определим количество тепла, которое необходимо отнять из растовра при его кристаллизации
(3.4.2)Количество выпадающих кристаллов Gкр. Можно определить из уравнения материального баланса по сухому веществу:
(3.4.3)Таким образом
Q= 2*1380*2,413 (60–25)*504*254,1=428307 кдж (3.4.4)
3. Определим поверхность теплопередачи. Так как объем кристаллизуемого раствора задан, а тип и размеры аппарата известны, тогда полезный объем аппарата
(3.4.5)а его теплопередающая поверхность
(3.4.6)4. Приняв температуру воды, выходящей из рубашки в последней момент охлаждения t2н, определим
и lnA=0.305 (3.4.7)Отсюда средняя разность температур
= 
(3.4.8)По найденным значениям F, A и
из уравнения 
(3.4.9)определяем время кристаллизации
(3.4.10)Из уравнения
(3.4.11)определяем расход воды
(3.4.12)где теплоемкость воды с2=4190 Дж/(кг град)
Общий расход воды за время кристаллизации
Gоб.п.=Gвτ=0,591*13800=8155 кг(3.4.13)
3.5 Расчет и подбор вспомогательного оборудования
Основным вспомогательным оборудованием является:
1. Рамный фильтр-пресс. Характеристика: сталь нержавеющая 12Х18Н10Т ФМП 2214–630/25 площадь фильтрации 25 м2, электродвигатель N- 4 кВт, п – 1500 об/мин. Фильтр-пресс состоит из 29 пар чередующихся прямоугольных плит и полых рам размером 600 х 600 мм. Плиты и рамы за счет боковых рукояток опираются на опорные балки, закрепленные в упорной плите и стойке зажимного устройства. Под действием зажимного устройства плиты и рамы находятся в сжатом состоянии между упорной и нажимной плитами. На каждую плиту надевается фильтровальная ткань-бельтинг. Каждые две плиты, с заключенной между ними рамой образуют самостоятельно работающую фильтровальную камеру. Плиты фильтр-пресса снабжены дренажными канавками для отвода фильтрата в сборные каналы. Совпадающие по оси отверстия в верхней части плит и рам образуют один общий канал для выхода фильтрата, в нижней – для подачи суспензии и промывной воды. Раствор сульфата магния нагнетается насосом в центральный канал, распределяется по фильтрующим камерам, проходит через фильтровальную ткань, стекает в сборный канал и с плотностью 1,27–1,28 г./см3 направляется в сборник фильтрованного раствора.
2. Теплообменник кожухотрубный. Характеристика: сталь 3, диаметр – 1000 мм, высота – 2000 мм, поверхность теплообмена – 40 м2