И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ МОЩНОСТИ СПИРТОВЫХ ЗАВОДОВ
Производственная мощность предприятий по производству спирта определяется максимально возможным выпуском продукции за принятый период времени работы в году на основании продуктового расчета производства.
Продуктовый расчет приводится применительно к схеме непрерывного производства спирта, разработанной во ВНИИПрБ (см. рис. 2). Расчет разбивается на два этапа: расчет продуктов до перегонки бражки и расчет продуктов брагоректификации.
Расчет ведется на 100 дал спирта при следующих условиях. Производительность завода по спирту 1000 дал/сут. На разваривание поступает пшеница крахмалистостью 52% влажностью 14,5% со степенью измельчения, характеризуемой проходом через сито 1 мм не менее 85%. Выход спирта из 1 тонны условного крахмала пшеницы 65,6 дал.
Осахаривающий материал: смесь ячменного, овсяного и просяного солодов в соотношении 2:1:1. Норма расхода солода по исходному сырью составляет 15,5% к массе крахмала сырья, включая крахмал солода. Средняя крахмалистость солодового зерна 47%, в том числе ячменя 49, овса 42, проса 48%. Потери крахмала при солодоращении составляют 16%.
Расход крахмала. Для получения 100 дал спирта расходуется 100 : 065,6=1,524 т, или 1524 кг условного пшеницы.
На осахаривание этого количества крахмала будет израсходовано 1524 ∙ 0,155 = 236,2 кг солодового зерна.
Всего с солодовым зерном (с учетом потерь на солодоращение) будет введено 236,2 ∙ 0,47 ∙ 0,84 = 93,25 кг крахмала.
С пшеницей, поступающей на разваривание, вводится 1524 — 93,25=1430,75 кг крахмала, из этого количества крахмала будет получено 93,9 дал спирта.
Расход пшеницы на разваривание. Для получения 93,9 дал спирта необходимо 1430,75 ∙ 100:52 = 2751 кг зерна (52—крахмалистость пшеницы, %).
В состав пшеницы входят (в % и кг на 93,9 дал спирта соответственно):
Сбраживаемые вещества 52 1430,75<
Несбраживаемые вещества 33,5 921,7
Всего сухих веществ 85,5 2352,45
Вода 14,5 398,55
Итого 100 2751
Приготовление замеса. Расход теплой воды, поступающей на приготовление замеса в смеситель, составляет 2751 ∙ 2,72 = 7482,7 кг. Общее количество замеса 2751+7482,7=10233,7 кг.
Содержание сухих веществ в замесе составит 2352,45 ∙ 100 : 110233,7 = 23,0%.
Теплоемкость замеса С зам = С СВ
∙ 0,230 + С воды ∙ 0,77 = 1,5 ∙ 0,230 + 4,2 ∙
0,77 = 0,345 + 3,23 = 3,58 кДж/(кг∙К).
Разваривание. Расход вторичного пара давлением 0,04 МПа
на нагрев замеса в подогревателе от 44,5 до 80° С составит
10233.7 ∙ 3,58(80—44,5) ∙ 1,04/(2687,92—457,17)
= 606,3 кг,
где 80 —температура замеса в подогревателе, °С;
44,5 — температура замеса в смеcителе, °С;
1,04 — коэффициент, учитывающий потери тепла в подогревателе;
2087,92 — теплосодержание пара при давлении 3,04 МПа,
кДж/кг;
457,17 — теплосодержание конденсата при давлении 0,04 МПа,
кДж/кг.
Количество нагретого замеса, выходящего из
подогревателя, 10233,7 + 606,3 =10840 кг.
Расход острого пара давлением 0,6 МПа на
нагрев подваренного замеса в контактной головке составит
10840 ∙ 3,58(135—80) ∙ 1,04/(2762,9—568,2) =
1011,5 кг,
где 135 —температура замеса в контактной головке, °С;
2762,9 — теплосодержание пара при давлении 0,6 МПа,
кДж/кг;
568,2 — теплосодержание конденсата при 135° С, кДж/кг.
Количество массы, выходящей из варочного
аппарата, составит 10840 + 1011,5 = 11851,5 кг.
Сепарация
пара. Количество
вторичного пара, выделяющегося в паросепараторе, составляет
11851,5 ∙ 3,58(135—108,74) ∙
1,04/(2687,92—457,17) = 519 кг,
где 108,74 — температура вторичного пара при давлении 0,04
МПа, °С;
2687,92 — теплосодержание вторичного пара, кДж/кг;
457,17 — теплосодержание конденсата, кДж/кг.
Недостаток вторичного пара, направляемого
в подогреватель (606,3—519,0=87,3 кг), восполняется циркуляционным паром, отводимым
из уравнительной линии и варочной колонны I ступени.
С учетом расхода циркуляционного пара на
нагрев замеса в подогревателе общий расход острого пара на разваривание
составит 1011,5+87,3=1098,8 кг.
Количество
разваренной массы, выходящей из паросепаратора, составит 11851,5—519,0 = 11332,5 кг.
Удельный расход
острого пара на разваривание по массе очищенного сырья составит
1153,8 ∙
100 : 2751 = 39,9%.
Двухступенчатое вакуум-охлаждение с промежуточным двухпоточным осахариванием разваренной массы. Разваренная масса
после сепаратора разделяется
на два равных потока и поступает в два вакуум-испарителя
I ступени. Количество разваренной массы,
поступающей в каждый испаритель, составляет 11332,5:2=5666,25 кг. Количество вторичного
пара, образующегося в одной вакуум-испарительной камере I ступени при понижении температуры с 108,74 до 62° С,
составит 5666,25 ∙ 3,58(108,74—62)/(2354,8—3,58 ∙ 62) = 444,5 кг, где
108,74 и 62 — соответственно начальная и конечная температуры разваренной
массы в испарительной камере, °С; 2354,8 — теплота парообразования при 62° С,
кДж/кг. В двух испарительных камерах выделится вторичного пара 889 кг.
Объем пара,
выделившегося в одной испарительной камере, составит 444,5 ∙ 7,1=3155,9
м3 ,
где 7,1—объем 1 кг вторичного пара при температуре 62°
С, м3, в двух камерах — 6311,8 м3.
Расход воды на один
барометрический конденсатор составляет 444,5 ∙ (2615 - 4,2 ∙ 45)/[4,2 ∙ (45 -20)]= 10270
кг, где 444,5 - количество пара,
поступающего в один барометрический конденсатор, кг; 2615 — теплосодержание пара
при 62° С, кДж/кг; 4,2 — удельная теплоемкость
воды, кДж/(кг∙К); 45 и 20 — температура уходящей и поступающей в конденсатор воды, °С. На два
барометрических конденсатора
расходуется
10270 ∙ 2 = 20540 кг воды.
Количество массы,
выходящей из одной испарительной камеры в осахариватель, составит 5666,25 — 444,50 =
5221,75 кг. В два осахаривателя поступит 10443,5 кг охлажденной разваренной массы.
Расход солодового
молока на осахаривание разваренной массы. Из 236,2 кг солодового зерна с учетом
увеличения его массы на 40% будет получено 236,2 ∙ 1,4 = 331 кг солода, в
том числе ячменного — 165,5, просяного — 82,75, овсяного — 82,75 кг.
Солодовое молоко
приготавливается при соотношении смеси солодов и воды 1 : 4,5.
Всего солодового
молока поступит в два осахаривателя 331 + (331
∙ 4,5) = 1820,5 кг.
Объем солодового
молока по отношению к разваренной массе, поступающей из испарительных камер, составит 1820,5 ∙ 100 /
10443,5 = 17,4%.
Определение концентрации сусла в осахаривателях. Охлажденная
разваренная масса, разделенная на два равных потока, поступает в 1-й и 2-й
осахариватели, где смешивается с солодовым молоком в соотношениях соответственно
1 : 2/з и 1 : 1/з.
Для приготовления дрожжей отбирается 11,1%
объема сусла из осахаривателей при нормальной дозировке солодового молока. С
учетом этого количество полупродуктов при работе по режиму двух-поточного
осахаривания составит:
разваренной массы 10443,5 — (10443,5 ∙ 0,111) =
9284,3 кг;
солодового молока 1820,5
— (1820,5 ∙ 0,111) =
1618,4 кг.
Тогда в 1-й осахариватель поступит:
разваренной массы 9284,3 : 2 = 4642,15 кг
(50% от общего количества) ;
солодового молока 1618,4 ∙ 2 : 3 = 1078,9 кг.
Всего в 1-й осахариватель поступит 4642,15
+ 1078,9 = 5721,0 кг полупродуктов.
В 1-й осахариватель вводится следующее
количество крахмала (без учета отбора сусла на дрожжи):
с разваренной массой (с учетом потерь при
разваривании 2% от введенного крахмала) —
1430,75 : 2— (1430,75 : 2) ∙ 0,02 = 715,4 — 14,3 = 701,1 кг;
с солодовым молоком (с учетом потерь
крахмала на солодоращение) — 93,25 – 2 : 3 = 62,17 кг;
всего — 701,1 + 62,17 = 763,27 кг.
Общие потери с нерастворенным крахмалом
составляют 2,5% от введенного. Следовательно, количество нерастворенного
крахмала составит 763,27 ∙ 0,025 = 19,08 кг.
Количество крахмала, находящегося в
растворенном состоянии в 1-м осахаривателе, составит 763,27 — (19,08 + 14,3) =
729,9 кг.
Соотношение мальтозы М и декстринов
Д в фильтрате сусла принимаем равным 2 : 1, тогда количество мальтозы
составит
763,27 ∙ 0,66 ∙ 1,0555 = 531,7 кг; декстринов — 763,27 ∙ 0,33 = 251,9 кг, а М + Д = 531,7 + 251,9 = 783,6 кг.
В сусле из 1-го осахаривателя содержится несбраживаемых веществ, вносимых с пшеницей, 921,7 : 2 = 460,85 кг, вносимых с солодом —
331 ∙ 0,27 ∙ 2 : 3 = 59,6 кг (где 0,27 — коэффициент, учитывающий содержание несбраживаемых веществ в солоде). Принимаем, что 30% от общего количества несбраживаемых веществ переходит в растворимое состояние при разваривании и осахаривании. Тогда количество растворимых несбраживаемых веществ, поступающих с пшеницей, составит 460,85 ∙ 0,3 = 138,3 кг, с солодом — 59,6 ∙ 0,3 = 17,9 кг.
В сусле из 1-го осахаривателя содержится несбраживаемых нерастворимых веществ, вносимых с пшеницей, 460,85 — 138,3 = 322,55 кг, вносимых с солодом — 59,6—17,9 = 41,7 кг. Общее количество несбраживаемых веществ в дробине сусла из 1-го осахаривателя с учетом несбраживаемых веществ, образующихся при разваривании, составит 322,55 + 41,7 +14,3 = 378,55 кг.
Общее количество сухих веществ в фильтрате сусла из 1-го осахаривателя 729,9 + 138,3 +17,9 = 886,1 кг, в дробине — 378,55 + 19,08 = 397,6 кг. Всего в нефильтрованном сусле содержится 886,1+397,6=1283,7 кг, или 1283,7 ∙ 100/(10443,5 : 2 + 1820,5 ∙ 2:3) = 19,9% сухих веществ. Из этого количества сбраживаемые вещества составляют 729,9 +19,08 = 749 кг, несбраживаемые — 138,3 +17,9 +378,55 = 534,75 кг.
Общее содержание воды в сусле из 1-го осахаривателя 6435,45 — 12,83,7 = 5151,7 кг. На перевод крахмала в мальтозу тратится
531,7 — (729,9 ∙ 0,66) = 50 кг воды. Следовательно, количество свободной воды в нефильтрованном сусле из 1-го осахаривателя составит
5151,7 — 50 = 5101,7 кг. Масса фильтрата сусла 886,1+5101,7 = 5987,8 кг.
Концентрация сухих веществ (в процентах по сахарометру) в фильтрате сусла составит
886,1 ∙
100 : 5987,8 = 14,8%.
Продуктовый расчет 2-го
осахаривателя ведется аналогично.
Концентрация сухих веществ по сахарометру
в фильтрате сусла составит 15,6%.
Вакуум-охлаждение сусла до температуры складки. В вакуум-испарители II ступени из 1-го осахаривателя поступает 5721 кг сусла, из 2-го
осахаривателя — 5181,6 кг.
При охлаждении сусла
от температуры осахаривания (58° С) до температуры складки (22° С) в 1-м вакуум-испарителе II
ступени выделяется 5721 ∙ 3,58 (58—22)/(2449—3,58 ∙ 22) =311,1 кг
вторичного
пара [где
3,58 — удельная теплоемкость сусла, кДж/(кг-К);
2449 — теплота парообразования при
22° С, кДж/кг], во 2-м вакуум-испарителе
II ступени —5181,65 ∙ 3,58 (58—22)/(2449—3,58 ∙ 22) = 281,7 кг, т.е. всего при охлаждении
выделяется 311,1 + 281,7 = 592,8 кг
вторичного пара.
Объем вторичного
пара, выделяющегося в 1-м вакуум-испарителе II
ступени, составит 311,1 ∙ 49,5= 15399,4 м3, во 2-м —281,7
∙ 49,5 = 13944,1 м3 (где
49,5 — объем 1 кг пара при 22° С, м3), а всего 15399,4 + 13944,1 = 29343,5 м3.
На охлаждение массы в 1-м барометрическом конденсаторе II ступени расходуется 311,1 ∙ (2543,3 - 4,2 ∙ 20)/[4,2 ∙ (20-10)] = 18216,4 кг воды,
где 2543,3 — теплосодержание пара при 22° С, кДж/кг;
4,2 — удельная теплоемкость воды, кДж/(кг-К);
20 и 10 — температура уходящей и поступающей в конденсатор воды, °С,
во 2-м барометрическом конденсаторе — 281,7 ∙ (2543,3—4,2 ∙ 20)/[4,2 ∙ (20—10)] = 16494,9 кг.
В 1-м вакуум-испарителе II ступени получается 5721—311,1 = 5409,9 кг охлажденного сусла, во 2-м — 5181,6—281,7 = 4899,95 кг.
Концентрация сухих веществ в фильтрате сусла, охлажденного до температуры складки в 1-м вакуум-испарителе II ступени, составит
0,889 ∙
886,1 ∙ 100/[ (0,889 ∙ 5987,8)—311] = 15,7%, во 2-м
вакуум-испарителе 0,889 ∙ 846,84 ∙ 100/[0,889 ∙
5426,8)—281,7] = 16,6%,
где 0,889 — коэффициент, учитывающий отбор части сухих веществ в фильтрате сусла с дрожжевым суслом, 5987,8 и 5426,8 — количество фильтрата сусла без учета отбора его на дрожжи, кг; 311 и 281,7 — количество вторичного пара, выделяющегося в 1-м и 2-м вакуум-испарителях II ступени, кг.
В бродильное отделение поступает 5409,9 кг сусла из 1-го осахаривателя и
4899,95 кг из 2-го осахаривателя. Зрелых дрожжей подается 1361,3 кг (в том числе 10443,5 X 0,111 = 1159,2 кг охлажденной разваренной массы и
1820,5 · 0,111 = 202,1 кг солодового молока). Всего в бродильное отделение поступит сусла и зрелых дрожжей с промывными водами
5409,9+4899,95+1361,3+(5409,9 + 4899,9) ∙ 0,5: 100+1361,3 ∙ 2,5:100=11756,6 кг, где 0,5 — количество промывных вод для сусла, %; 2,5—количество промывных вод для дрожжей, %.
При брожении сусла выделяется 789,27 ∙ 0,955=753,75 кг диоксида углерода на 100 дал спирта (где 789,27 — масса 100 дал безводного спирта, кг; 0,955 — выход СО2 по отношению к безводному спирту, кг/кг).
Масса зрелой бражки составит 11756,6 — 753,75 = 11002,8 кг
С учетом поступления водно-спиртовой жидкости из спиртоловушки количество зрелой бражки составит
(11002,8 +11002,8 ∙ 2,5) : 100 = 11002,8 + 275 = 11277,8 кг, где 2,5 — количество водно-спиртовой жидкости, % по объему бражки.
Объем зрелой бражки при
плотности 1,00993 составит 112778 : 1,00993 = 11166,9 л.
Принимаем, что потери спирта при перегонке составляют 0,2%.
С учетом этого на перегонку должно поступить 100,2 дал, или 100,2 ∙ 7,8927 = 790,8 кг безводного спирта. Крепость спирта в зрелой бражке при этом составит: 100,2 ∙ 100 : 11169,9 = 8,58% мас.
В брагоректификационное отделение поступает с учетом разбавления водой (0,5% об.), остающейся после мойки освободившихся чанов, 11277,8+11277,8 ∙ 0,05=11334,2 кг, или 11166,9+11100,9 ∙ 0,005 = 11222,7 л бражки.
Результаты проведенного расчета продуктов спиртового производства до перегонки бражки сводятся в таблицу (таблицу 60).
Таблица 60
ПРОДУКТОВЫЙ РАСЧЕТ СПИРТОВОГО ПРОИЗВОДСТВА
|
Поступление |
Выход |
Количество продуктов по расчету,
кг |
||
|
на 100 дал |
на 1000 дал |
на часовую производительность завода |
||
|
Очищенная пшеница на
разваривание |
|
2751,0 |
27 510 |
1196,0 |
|
Солодовое зерно на
осахаривание |
|
236,2 |
2 362 |
102,7 |
|
На замес и смеситель пшеницы теплой воды |
|
2751,0 7482,7 |
27 510 74 827 |
1196,0 3253,0 |
|
|
Замес |
10233,7 |
102 337 |
4449,4 |
|
Замес на подогрев |
|
10233,7 |
102 337 |
4449,4 |
|
Вторичный пар |
|
606,3 |
6 063 |
263,6 |
|
|
Подваренный замес |
10840,0 |
108 400 |
4713,0 |
|
Подваренный замес на
разваривание |
|
10840,0 |
108 400 |
4713,0 |
|
Острый пар (с учетом
расхода на циркуляцию) |
|
1098,8 |
10988 |
477,8 |
|
|
Разваренная масса из варочного аппарата |
11851,5 |
118515 |
5152,8 |
|
Разваренная масса
в паросепаратор |
|
11851,5 |
118515 |
5152,8 |
|
Циркуляционный пар, покрывающий недостаток вторичного пара (606,3 кг на 100 дал) |
|
87,3 |
873 |
37,9 |
|
|
Разваренная масса из паро-сепаратора |
11332,5 |
113325 |
4927,2 |
|
Разваренная масса из
паросепаратора в 1-й вакуум-испаритель I ступени (то же во 2-й) |
|
5666,25 |
56662,5 |
2463,6 |
|
|
Вторичным пар,
выделяющийся в 1 –м
вакуум испарителе |
444,5 |
4445 |
193,3 |
|
Вода в
1-й баро- метрический конден- сатор (то же во 2-й) |
|
10270,0 |
102700 |
4465,2 |
|
|
Разваренная масса
из 1-го вакуум-испарителя в
1-й осахариватель (то же из
2-го вакуум-испарителя во
2-й осахариватель) |
5221,75 |
52217,5 |
2270,3 |
|
На приготовление дрожжевого сусла охлажденной развареной
массы солодового молока |
|
1159,2 202,1 |
11592 2021 |
504,0 67,9 |
|
В 1-й осахариватель разваренной массы солодового молока |
|
4642,15 1078,90 |
46421,5 10789,0 |
2018,3 469,1 |
|
|
Сусло из 1-го осахаривателя |
5721,05 |
57210,5 |
2487,4 |
|
Во 2-й
осахарпватель разваренной массы солодового молока |
|
4642,15 539,5 |
46421,5 5395,0 |
2018,3 234,6 |
|
|
Сусло из 2-го осахаривателя |
5181,05 |
51816,5 |
2252,9 |
|
Сусло из 1-го оса- харивателя в 1-й вакуум-испаритель II ступени |
|
5721,0 |
57210 |
2487,4 |
|
|
Вторичный пар, выделяющийся в 1-м вакуум-испарителе II
ступени |
311,1 |
3111 |
135,3 |
|
Вода на 1-й барометрический
конденсатор II ступени |
|
18216,4 |
182 164 |
7920,2 |
|
|
Охлажденное сусло
из 1-го вакуум-испарителя
II ступени |
5409,9 |
54099 |
2352,1 |
|
Сусло из 2-го
оса-харивателя во 2-й вакуум-испаритель II ступени |
|
5181,65 |
51816,5 |
2252,9 |
|
|
Вторичный пар, выделяющийся во 2-м вакуум-испарителе II
ступени |
281,7 |
2817 |
122,5 |
|
Вода на 2-й барометрический
конденсатор II ступени |
|
16494,9 |
164 949 |
7171,7 |
|
|
Охлажденное сусло
из 2-го вакуум-испарителя II
ступени |
4899,95 |
48999,5 |
2130,4 |
|
В бродильную батарею сусла (с учетом промывных под)
дрожжей (с учетом промывных вод) |
|
10361,3 1395,3 |
103613 13953 |
4504,9 606,6 |
|
|
Сбраживаемая масса |
11756,6 |
117566 |
5111,6 |
|
|
Зрелая бражка (с
учетом) водно-спиртовой
жидкости со спиртоловушки) Спирт безводный в зрелой
бражке Диоксид углерода
(теоретический выход) |
11277,8 (11166,9л) 790,8 753,75 |
112778 (111669 л) 7908,0 7537,5 |
4903,4 (4855,2 л ) 343,8 327,7 |
|
Бражка в браго-ректификационное
отделение (с учетом разбавления ее водой, остающейся после мойки освобождающихся
чанов) |
|
11334,2 (11222,7л) |
113342 (112227 л) |
4927,9 (4879, 4л) |
РАСЧЕТ
ПРОДУКТОВ БРАГОРЕКТИФИКАЦИИ
Расчет выполнен с отнесением
всех потоков к 100 дал безводного условного спирта-сырца при выработке на
брагоректифнкационной установке ректификованного спирта высшей очистки и
обогреве бражной, эпюрационной, ректификационной и сивушной колонн острым паром
через барботеры. Колонна окончательной очистки работает в режиме эпюрации
спирта.
Для расчета принято, что
среднее содержание спирта в зрелой бражке из крахмалистого сырья с применением
для осахаривания массы солода составляет 8,5% об. (6,8% мас.). Начальная
температура бражки 28° С. Температуру бражки на входе в бражную колонну
принимаем равном 75° С.
Концентрация СВ в зрелой
бражке составляет 10% мас. Концентрацию сухих веществ в барде принимаем равной
8% мас.
Теплоемкости бражки (см)
и барды (сб), вычисленные по уравнениям Знаменского,
составляют: см = (1,02—0,0095 ∙ 10) ∙ 4,187 = 3,85 кДж/(кг-К);
сб. = (1,0—0,0038 ∙ 8) ∙ 4,187 = 4,00 кДж/(кг-К).
Давление греющего пара в
коллекторе принимается равным 303 кПа.
Бражная колонна. В колонну поступает с бражкой 100 ∙ 10
∙ 0,78927 = 789,3 кг безводного спирта;
масса бражки по спирту 789,3 ∙
100:6,8=11606,9 кг; масса бражки с учетом содержания в ней сухих веществ —
11606,9 ∙ 1,1 = 12767,6 кг.
Температура кипения бражки
при содержании в ней спирта 6,8% мас. равна 93,4° С. Для доведения 100 кг
бражки до кипения потребуется
100 ∙ (93,4—75,0)
∙ 3,85 = 7094 кДж тепла [где 3,85 — теплоемкость бражки, кДж/(кг-К)].
По диаграмме Четверякова данной величине подогрева бражки
соответствует концентрация спирта на тарелке питания 8,3% мас. При крепости
бражки на тарелке питания 8,3% мас. содержание спирта в паровом потоке,
поступающем в подогреватель бражки, составляет 48,3% мас,
Таблица 61
Данные для расчета процесса
ректификации
|
Продукты и
полупродукты ректификации спирта |
Крепость |
Температура кипения, ˚С |
Теплоемкость, кДж/(кгх х К) |
Количество безводного спирта (б. с.) |
Общее количество, кг на 100 дал условного спирта-сырца |
|||
|
% об. |
% мас. |
в % к общему количеству б. с. |
в литрах б. с. на 100 дал условного спирта-сырца |
в кг б. с. на 100 дал условного спирта-сырца
|
||||
|
Спирт ректификованный высшей очистки |
96,2 |
94,15 |
78,2
|
3,44
|
96,4
|
964
|
761,1
|
808,4
|
|
Головная фракция |
95,0
|
92,41 |
78,3
|
3,35
|
2,5
|
25
|
19,7
|
21;3
|
|
Сивушное масло |
88,0
|
83,11 |
81,9
|
3,52
|
0,3
|
3 |
2,3 |
2,7 |
|
Потери |
— |
— |
— |
— |
0,8 |
8 |
6,2 |
6,2 |
|
Непастеризованный спирт из ректификационной колонны |
96,6 |
94,72 |
78,2 |
2,60* |
1,5 |
15 |
11,8 |
12,2 |
|
из колонны окончательной
очистки |
96,6 |
94,72 |
78,2 |
2,60* |
1,5 |
15 |
11,8 |
12,2 |
|
Сивушный спирт |
82,0 |
75,81 |
79,1 |
4,11 |
1,5 |
15 |
11,8 |
14,4 |
|
Погон паров сивушного масла |
50,0 |
42,43 |
— |
— |
3,0 |
30 |
23,6 |
55,6 |
|
Головной погон, отбираемый
из делителя потока флегмы и конденсатора сивушной колонны |
95,0 |
92,41 |
78,3 |
2,81 |
— |
42 |
33,1 |
34,8 |
* При температуре 20˚ С
Принимаем, что бражная колонна работает с
коэффициентом избытка пара 1,1. Количество водно-спиртовых паров, поступающих в
подогреватель бражки, составляет (789,3 ∙ 100 / 48,3) ∙ 1,1 =
1797,6 кг Фактическая концентрация спирта в
водно-спиртовых парах 48,3 : 1,1 = 43,9% мас.
Примем, что потери спирта в бражной колонне составляют 0,5%.
Тогда количество бражного дистиллята составит 17976 — 789,3 ∙
0,5 : 100 = 1793,6 кг.
Таблица 62
МАТЕРИАЛЬНЫЙ БАЛАНС БРАЖНОИ КОЛОННЫ
|
Продукт |
Количество, кг |
в том числе |
|
|
спирта |
воды |
||
|
Приход |
|||
|
Бражка |
12767,6 |
789,3 |
11978,3 |
|
Греющий пар |
Р1 |
- |
Р1 |
|
Расход |
|||
|
Бражный дистиллят |
1793,6 |
785,3 |
1008,3 |
|
Барда (за
вычетом конденсата пара) |
10970,0 |
- |
10970,0 |
|
Конденсат пара |
Р1 |
- |
Р1 |
|
Потери |
4,0 |
4,0 |
- |
|
Итого |
12767,6 + Р1 |
789,3 |
11978,3 + Р1 |
Эпюрационная колонна.
Расход
пара на эпюрацию спирта принимаем
равным 10 кг/дал. В колонну поступают бражный дистиллят в количестве 1793,6 кг; непастеризованный спирт из ректификационной
колонны (12,2 кг, в том числе 11,8 кг б. с.) и колонны окончательной очистки (12,2 кг, в том числе 11,8 кг
б. с.); головной погон из сивушной колонны (34,8
кг, в том числе 33,1 кг б. с.).
Количество безводного
спирта, поступившего в колонну, составляет 785,3+11,8+11,8+33,1 = 842,0 кг, или 842,0:0,78927 = 1067 л
(106,7 дал).
Расход пара в колонне 106,7-10 = 1067 кг.
Из колонны отбирается головная фракция в количестве 21,3
кг.
Количество эпюрата составляет
1793,6+12,2+12,2+34,8+1067 = 2898,5 кг.
Количество спирта,
перешедшего с эпюратом в ректификационную колонну, 842,0—19,7 = 822,3 кг.
Крепость эпюрата (822,3 : 2898,5) ∙
100 = 28,4% мас. (34,4% об.).
МАТЕРИАЛЬНЫЙ
БАЛАНС ЭПЮРАЦИОННОЙ КОЛОННЫ
|
Продукт |
Количество, кг |
В том числе |
|
|
спирта |
воды |
||
|
Приход |
|||
|
Бражный дистиллят |
1793,6 |
785,3 |
1008,3 |
|
Непастеризованный спирт |
24,4 |
23,6 |
0,8 |
|
Погон из сивушной колонны |
34,8 |
33,1 |
1,7 |
|
Греющий пар |
1067,0 |
- |
1067,0 |
|
Расход |
|||
|
Головная фракция |
21,3 |
19,7 |
1,6 |
|
Эпюрат |
2898,5 |
822,3 |
2076,2 |
|
Итого |
2919,8 |
842,0 |
2077,8 |
Ректификационная
колонна. В колонну поступают 2898,5 кг эпюрата и Р2 кг греющего пара.
Из колонны отбирают
спирт ректификованный в смеси с головным погоном из колонны окончательной очистки (808,4+12,2 кг на 100 дал условного спирта-сырца),
непастеризованный спирт (12,2кг), сивушный спирт (14,4 кг), погон
паров сивушного масла (55,6 кг)
Потери спирта в ректификационной колонне
составляют 0,3 %, или 6,2—4,0 = 2,2 кг.
Количество лютерной воды (без конденсатора пара)
2898,5 — (820,6+12,2+14,4 + 55,6 + 2,2) = 1993,5 кг.
Таблица 64
МАТЕРИАЛЬНЫЙ БАЛАНС
РЕКТИФИКАЦИОННОЙ КОЛОННЫ
|
Продукт |
Количество, кг |
В том числе |
|
|
спирта |
воды |
||
|
Приход |
|||
|
Эпюрат |
2898,5 |
822,3 |
2076,2 |
|
Греющий пар |
|
— |
Р2 |
|
Расход |
|||
|
Спирт ректификованный |
820,6 |
772,9 |
47,7 |
|
Непастеризованный
спирт |
12,2 |
11,8 |
0,4 |
|
Сивушный спирт |
14,4 |
11,8 |
2,6 |
|
Погон паров сивушного
масла |
55,6 |
23,6 |
32,0 |
|
Лютерная вода (без конден
сата пара) |
1993,5 |
— |
1993,5 |
|
Конденсат пара |
Р2 |
— |
Р2 |
|
Потери |
2,2 |
— |
2,2 |
|
Итого |
2898,5 + Р2 |
822,3 |
2076, 2+Р2 |
Колонна
окончательной очистки. В
колонну поступает 820,6 кг ректификованного спирта. Из колонны отбираются
ректификованный спирт высшей очистки (808,4 кг) и непастеризованный спирт
(12,2кг).
Таблица 65
МАТЕРИАЛЬНЫЙ БАЛАНС КОЛОННЫ ОКОНЧАТЕЛЬНОЙ
ОЧИСТКИ
|
Продукт |
Количество, кг |
В том числе |
|
|
Спирта |
воды |
||
|
Приход |
|||
|
Спирт рсктнфиконаннын |
820,6 |
772,9 |
47,7 |
|
Расход |
|||
|
Спирт ректификованньй
ВЫСШЕЙ ОЧИСТКИ |
808,4 |
761,1 |
47,3 |
|
Непастеризованный спирт |
12,2 |
11,8 |
0,4 |
|
Итого |
820,6 |
772,9 |
47,7 |
Сивушная колонна. В колонну
поступает сивушный спирт (14,4 кг), погон конденсата паров сивушного масла
(55,6 кг),
греющий пар (Р3,
кг) и лютерная вода для внутриколонной обработки
сивушного масла.
Из колонны отводятся головной погон, отбираемый из
делителя потока флегмы из конденсатора сивушной колонны (34,8 кг),
сивушное масло (2,7 кг) и лютерная вода.
Количество лютерной воды, направляемой в колонну, принимаем равным двойному количеству введенного в колонну алкоголя,
т.е. (11,8+23,6) ∙
2 = 70,8 кг.
На выходе из колонны получается (14,4 + 55,6 + 70,8) —
(34,8 + 2,7) = 103,3 кг лютерной воды (без учета конденсата пара).
Таблица 66
МАТЕРИАЛЬНЫЙ БАЛАНС СИВУШНОЙ КОЛОННЫ
|
Продукт
|
Количество, кг |
В том числе
|
|
|
спирта
|
воды |
||
|
Приход |
|||
|
Сивушный спирт |
14,4 |
11,8 |
2,6 |
|
Погон конденсата паров
сивушного масла |
55,6 |
23,6 |
32,0 |
|
Лютерная вода |
70,8 |
- |
70,8 |
|
Греющий пар |
Р3 |
- |
Р3 |
|
Расход
|
|||
|
Сивушное масло |
2,7 |
2,3 |
0,4 |
|
Головной погон из делителя потока флегмы и конденсатора сивушной колонны |
34,8
|
33,1 |
1,7 |
|
Лютерная вода (без
конденсата пара) |
103,3 |
- |
103,3 |
|
Конденсат пара |
Р3 |
- |
Р3 |
|
Итого |
140,8 + Р3 |
35,4 |
105,4 + Р3 |
ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ
БРАГОРЕКТИФИКАЦИОННОЙ УСТАНОВКИ
Для расчета
необходимо знать температуру кипения и теплоемкость водно-спиртовых растворов,
теплосодержание водяного и водно-спиртового паров.
Бражная колонна. В бражную колонну вносится тепло с бражкой Q М и с греющим паром QР1; отводится тепло из колонны с водно-спиртовыми парами QG1 и бардой Qб. Давление в выпарной камере колонны принимаем равным 119 кПа. Теплопотери Qп, для изолированной колонны, по данным П. С. Цыганкова, составляют 420 — 837 кДж на 100 кг бражки. Величину теплопотерь в расчете принимаем равной 837 кДж на 100 кг бражки.
Количество тепла,
вносимого в колонну с бражкой, Q М = М ∙ сМ ∙ t М = 12767,0 ∙ 3,85 ∙ 75 = 3691197
кДж,
где М —
количество бражки, кг; см — теплоемкость
бражки, кДж/(кг-К); t М — температура бражки на входе в колонну,
°С.
Количество тепла,
отводимого с водно-спиртовыми парами Q G 1 = G1 ∙ i”G1 = 1797,6 ∙ 20250 = 3640184 кДж,
где G1, — количество водно-спиртовых паров, кг; i”G1 — теплосодержание водно-спиртовых паров, кДж/кг.
Количество тепла, отводимого
с бардой (без учета конденсата пара), Q б 1 = Б ∙ сб
∙ t б = 10970,0 ∙ 4,06 ∙ 103 =
4592294 кДж,
где Б — количество барды (без
учета конденсата пара), кг; сб — теплоемкость барды, кДж/(кг-К); t б — температура барды при рабочем
давлении в выварной камере колонны,
°С.
Теплопотери в бражной
колонне составляют Q п 1 = 837 ∙ 12767,6 : 100 = 106992 кДж.
Количество тепла,
вносимого в колонну с греющим паром при давлении 303 кПа, Q P 1 = P1 ∙ i”P 1 = P1
∙ 2724,8 кДж.
Количество тепла, отводимого
пз колонны с конденсатом греющего пара, Q p К 1 = Р1 ∙ 431,6 кДж.
Уравнение теплового баланса колонны Qм + Q р 1
= Q G 1 + Q б 1 + Q p К 1 + Q п 1
Расход
пара в колонне Р1 = 4648273 : (2724,8— 431,6) = 2027 кг, или 20,3
кг/дал.
Количество отходящей из колонны барды составляет
10970,0 + 2027= 12997 кг.
Тепло, отводимое с бардой, Q б = Q б 1 + Q p К 1 = 4592294 + 2027 ∙
431,6 = 5467103 кДж.
Количество тепла Q k 1 ,
выделяющегося при конденсации водно-спиртовых паров в дефлегматоре бражной
колонны, определяется по уравнению Q k 1 = Q G 1 — Q Д 1 = G1 ∙ (i’G 1 — iG 1), где Q Д 1 — количество тепла, отводимого из дефлегматора, кДж; iG 1 — теплосодержание конденсата водно-спиртовых паров, кДж/кг.
Q k 1 = 1797,6 ∙ (2025 ,0 — 385,9) = 2946496 кДж.
Количество тепла, расходуемого на подогрев бражки с 28
до 75°С, Q’м = 12767,0 ∙ 3,85 ∙ (75—28) = 2313596
кДж. Остальное количество тепла (Q k 1 — Q’м )
отводится охлаждающей водой.
При начальной температуре воды t в.н. =
20˚С и температуре её на выходе из водяной секции
дефлегматора-подогревателя бражки t в.к. = 60°С расход воды W, составляет (2946496—2313596)/[(60—20) ∙ 4,19]
= 3780 кг, или 0,038 м3/дал.
Эпюрационная
колонна. В колонну вводится тепло с
бражным дистиллятом Q д , с непастеризованным спиртом Q н.с. , с головным погоном из сивушной колонны Q г.п. , с флегмой из дефлегматора Q ф 2 и с греющим паром Q р 2 ; отводится тепло из колонны со спиртовыми
парами в дефлегматор Q G 2 , с
эпюратом Q э , с потерями в окружающую среду Q п 2 .
Теплосодержание бражного дистиллята принимаем при
температуре, на 2° С меньшей температуры кипения.
Количество тепла, вносимого в колонну с дистиллятом, Q д = D ∙ iд = 1797,6 ∙ 388,8 = 698964 кДж.
Количество тепла, вносимого в колонну с греющим паром,
Q р 2 = Р2 ∙ i”2 = 1067 ∙
2724,8 = 2907315 кДж.
Количество тепла, вносимого с непастеризованным
спиртом, Q н.с. = 24,4 ∙ 20 ∙
2,60 = 1270 кДж.
Количество тепла, вносимого с головным погоном из
сивушной колонны (при t = 50° С), Q г.п. = 34,8 ∙ 50 ∙ 2,80 = 4886 кДж.
Давление в выварной камере колонны р принимаем равным 119 кПа. При этом давлении
температура эпюрата tэ
определяется с учетом эбулиометрической поправки: ∆ tэ = 2,5р = 0,038 ∙ 119 = 4,5° С.
При крепости эпюрата 28,4% мас. и давлении 119 кПа
температура эпюрата на выходе из колонны tэ = tк.э. + ∆ t = 84,8 + 4,5 = 89,3° С.
Количество тепла, выводимого с эпюратом, Qэ = Э ∙ Сэ ∙ tэ = 2898,5 ∙
4,53 ∙ 89,3 = 1176539 кДж,
где Э — количество эпюрата, кг; Сэ — теплоемкость
эпюрата, кДж/(кг-К).
Теплопотери в колонне принимаем из расчета 2,5% от
количества тепла, внесенного с греющим паром, бражным дистиллятом и другими
продуктами: Q п 2 = (2907315+1270+4886+698964) ∙ 2,5 : 100 = 90312 кДж.
Тепловая
нагрузка q на дефлегматор и конденсатор колонны составляет
q = G2 ∙ i”G 2 —
G ф 2
∙ С ф 2
∙ t ф 2
= (Qд +Q р 2 +Q н.с. +Q г.п.) — (Qэ — Q п 2)= 698 964+2907315+1270
+4886 —(1176539 + 90312)= 2345584 кДж, где G2 — количество
паров, поступающих в дефлегматор, кг;
G ф 2 — количество
возвращаемой в колонну флегмы, кг;
i”G 2 , С ф 2 , t ф 2 — соответственно теплосодержание паров (в
кДж/кг), теплоемкость [в кДж/(кг-К)] и температура (в °С) флегмы. при крепости
головной фракции Х = 92,41% маc.
i”G 2 =
1194 кДж/кг; С ф 2 = 3,44 кДж/(кг-К); t ф 2
= 78° С.
Количество флегмы определяется по разности между
паровым потоком, поступающим в дефлегматор, и величиной отобранной из
конденсатора головной фракции G ф 2 = (G2 — 21,3) кг.
Решая уравнение баланса относительно G п 2 находим количество паров,
поступающих в дефлегматор,
G2 =
(3612434—1266850—21,3 ∙ 3,44 ∙
78)/(1194—3,44 ∙ 78) = 2527 кг, или 25,3 кг/дал.
Количество тепла, уносимого с парами в дефлегматор, Q G п 2
= 2527 ∙ 1194 = 3017617 кДж.
Количество тепла, отводимого при конденсации водой,
находим по разности
Q конд 2 = Q G 2 — ( G п 2 — 2,13) ∙ С ф ∙ t ф — 21,3 ∙ 2, 60 ∙ 20 =
2344478 кДж.
Для отвода данного количества тепла при t в.н. = 20°
С и
t в.к. = 75° С
необходимо
W2 = Q к 2
/[(
t в.к. — t в.н.) Св] = 2344478/[(75 — 20) ∙ 4,19] = 10170 кг воды, или 0,102 м3/дал.
Количество тепла, поступающего в колонну с флегмой,
Qф = 3017617—2344478—1106
= 672033 кДж.
Ректификационная
колонна. В колонну вводится тепло с
эпюратом фа, с греющим паром Qэ , с флегмой Q ф 3 отводится тепло из колонны со спиртовыми
парами и дефлегматор Q G 3 , с
ректификованным спиртом Q Д 3,
с погоном парой сивушного масла Q с.м. , с сивушным
спиртом
Q с.с. , с лютерной водой Q’Д 3
, с потерями в окружающую среду Q п 3. Флегмовое число
колонны принимаем равным V = 4,5.
Количество дистиллята, отбираемого из ректификационной
колонны, равно сумме ректификованного спирта D3, направляемого
в колонну окончательной очистки, и непастеризованного спирта Dз = Dз + С н.с. = 820,6 +12,2 = 832,8 кг.
Количество спиртовых паров, поступающих в дефлегматор,
Gз = Dз(V+1) = 832,8 ∙ 5,5 = 4580,4 кг.
Количество флегмы, возвращаемой в колонну, Ф3 = Gз — Cн = 4580,4 —
12,2 = 4568,2 кг.
Количество тепла, поступающего со спиртовыми парами в
дефлегматор, Q G 3 = G3 ∙ i" =
4580,4 ∙ 1140 = 5220191 кДж,
где i" —
теплосодержание спиртовых паров при крепости 94,72% мас.
Количество тепла, возвращаемого в колонну с
флегмой, Q ф 3
= Ф3
∙ С ф 3 ∙ tф3
= 4568,2 ∙ 3,35 ∙ 78,2 = 1197443 кДж,
где С ф 3 и tф3 — соответственно теплоемкость [в
кДж/(кг∙К)] и температура кипения флегмы при крепости 94,72% мас.
Количество тепла, отводимого с ректификованным
спиртом, Q Д 3 = Dз ∙ Сд3 ∙ tд3 = 820,6 ∙ 3,44
∙ 78,2 = 217042 кДж, где Сд3 и tд3 соответственно теплоемкость [в кДж/(кг∙К)] и
температура кипения (в °С)
ректификованного спирта при крепости 94,2% маc.
Тепло, отводимое с сивушным спиртом, определяется с
учетом эбулиометрической поправки на давление ∆t. Давление в выварной камере колонны принимаем равным
124 кПа, давление в зоне отбора сивушного спирта при этом условии составляет
119 кПа.
Фактическая температура сивушного спирта на выходе из
колонны t с.с = t к.с.с. + ∆t = 79,1 + 119 ∙ 0,038 = 83,6, где
t к.с.с. — температура кипения жидкости с концентрацией
в ней спирта 75,81% мас. Q с.с. = 14,4
∙ 4,15 ∙ 83,6 = 4994 кДж, где 4,15 — теплоемкость сивушного спирта
при t = 83,6° С.
Количество тепла, отводимое с погоном паров сивушного
масла, Q с.м. = 55,6 ∙ 1965= 109 258 кДж, где 1965 —
теплосодержание паров сивушного масла при крепости спирта 42,43% мас.
Температура лютерной воды с учетом эмбулиометрической
поправки на давление tл1
=100 + 124 ∙ 0,047 =
105,8˚ С.
Количество тепла, отводимое с лютерной водой (без
конденсата пара), Qл1 = 1993,5 ∙ 4,27 ∙ 105,8 =
900850 кДж.
Теплопотери принимаем равными 5% от количества тепла,
отводимого с продуктами.
Расход греющего пара определяем из уравнения теплового
баланса
Рз ∙ i" + Qз + С ф 3 = Q G 3 + Q Д 3 + Q с.с. + Q с.м. + Qл1 + QкРз + Qп3 ,
откуда Qп3
= ( Q G 3 + Q Д 3 + Q с.с. + Q с.м. + Qл1 + Рз ∙ i")
∙ 0,05
Подставляя значение Qп3
в уравнение баланса и
решая его относительно Рз, получаем
Рз ∙ (i" —1,05
∙ i") = 4 400 971 кДж; i" = 4,27
∙ 105,8 = 452,1 кДж.
Расход пара в колонне Р3 = 4 400 971 : (2724,8 — 1,05
∙ 452,1 ) = 1950 кг, или 19,0
кг/дал.
Количество лютерной воды (с учетом конденсата пара) Л’1 = Л1 + Pз = 1993,5 + 1956 = 3949,5 кг.
Величина теплопотерь Qп3 = (5220191 + 217042 + 4994 +109258+ 900850 +
1956 ∙ 452 ∙ 1) ∙ 0,05 = 366763 кДж.
Количество тепла, отводимое с лютерной водой, Qл1
= Л’1 ∙ i' = 3949,5 •
452,1 = 1785359 кДж.
Количество тепла, вносимое в колонну с греющим паром Qр3
= Р3
∙ i' = 1956 ∙ 2724,8 = 5529626 кДж.
Теплота непастеризованного спирта составляет Qн.с. = 1270 : 2 = 635 кДж.
Количество тепла, отводимое водой при конденсации
паров,
Q конд з = Q G 3 ∙ (Q ф 3
+ Q н.с.) = 5220191 ∙ (1197443 + 635) = 4022093
кДж.
При температуре воды на выходе из дефлегматора колонны
75°С и начальной ее температуре 20° С расход воды составляет
Wз = Q к 3 / [(tвК — tвН) ∙ С = 4022093 / [(75 — 20) ∙ 4,19]=
17455 кг, или 0,175 м3/дал.
Колонна
окончательной очистки. В колонну
вводится тепло с ректификованным спиртом Q д 3
, с флегмой Q ф 4 и с греющим паром Q п 4
, отводится тепло с ректификованным спиртом Q д
4, со спиртовыми парами в
дефлегматор Q G
4 , с потерями в окружающую среду Q п
4.
Флегмовое число колонны V2 принимаем
равным 1,0; теплопотери — 5% от уходящего с продуктами тепла.
Количество дистиллята, отбираемого из колонны, равно
сумме ректификованного спирта высшей очистки и непастеризованного спирта:
D’4 = D4
+ Cн = 808,4 + 12,2 = 820,6 кг.
Количество спиртовых паров, поступающих в дефлегматор,
G4 = D’4 ∙ (V2 + 1) = 820,6 ∙ 2,0 = 1641,2 кг.
Количество флегмы, возвращаемой в колонну, Ф4 = G4 — Cн = 1641,2
— 12,2 = 1629,0 кг.
Количество тепла, поступающего в колонну с
ректификованным спиртом, Q д 3 = 217042 кДж.
Количество тепла, поступающее со спиртовыми парами в
дефлегматор,
Q G 4 = G4 ∙ i " =
1641,2 ∙ 1140 = 1870441 кДж, где i " —
теплосодержание спиртовых паров при крепости 94,72% мас.
Тепло,
возвращаемое в колонну с
флегмой,
Qф4 = D4 ∙
Cф4 ∙ tф4 = 1029,0 ∙ 3,44 ∙ 78,2 = 437679
кДж, где Cф4 и tф4 —
соответственно теплоемкость [в кДж/(кг∙К)] и температура (в °С) флегмы.
Давление в колонне принимаем равным 107 кПа. При
данном давлении эбулиометрическая поправка к температуре кипения спирта
составляет
∆ t = 0,014 ∙ 107 = 1,5° С.
Температура спирта па выходе из колонны t д
4 = t к.р.с. +
∆ t 4 = 78,2 +1,5 = 79,7˚С.
Тепло, отводимое из колонны с ректификованным спиртом,
Q д 4 = D4 ∙ Cд4 ∙ tд4 = 808,4
∙ 3,48 ∙ 79,7 = 224064 кДж, где Cд4 и tд4 — соответственно
теплоемкость [в кДж/(кг ∙ К)] и температура (в °С) спирта при крепости
94,15% мас.
Q п 4 = (Q G 4 + Q д 4 ) ∙ 0, 05 = (1870441 + 224064) ∙ 0,05 =
104725 кДж.
Расход греющего пара определяем из уравнения теплового
баланса
Q д 3
+ Q ф 4
+ Р 4
∙ i " = Q G 4 + Q д 4 + Р 4 ∙
i' + Q п 4 + Р 4 ∙ (i " — i') =
1544509 кДж,
где i " и i' — соответственно теплосодержание (в кДж/кг) греющего
пара и конденсата пара.
при давлении пара 303 кПа i " = 2724,8 кДж/кг.
Давление па выходе конденсата из теплообменника
(змеевика) принимаем равным 202 кПа.
i' =502,3
кДж/кг, Р4= 1 544 509 : 2222,5 = 685 кг, или 6,8 кг/дал.
Тепло, передаваемое в колонну с греющим паром через
змеевик, Q P 4 = Р4 ∙ (i " — i') = 1544509 кДж.
Тепло конденсации спиртовых паров, отводимое водой,
находим, вычитая из Q G
4 тепло флегмы
и непастеризованного спирта,
Q КОНД 4 = Q G 4 — (Q ф 4 + Q н.с.) =
1870441 — (437679 + 635) = 1432108 кДж.
При температуре воды на выходе из дефлегматора колонны
75° С и начальной температуре 20° С расход воды составляет
W4 = Qк / [t в.к. — t в.н.)] ∙ С
= 1432108 / [(75 — 20)] ∙ 4,19 = 6214 кг, или 0,06 м3/дал.
Сивушная
колонна, В колонну вводится тепло с
сивушным спиртом Q с.с., с конденсатом паров сивушного масла Q с.м., с лютерной водой для внутриколонной обработки
сивушного масла Q л.в, с флегмой Qф5 , с греющим паром Qр5 ; отводится тепло из колонны со спиртовыми парами в
дефлегматор Q G
5 , с сивушным концентратом Q с.к., с лютерной водой Q Л 2 , с
потерями в окружающую среду Qп5.
Теплопотери принимаем равными 5% от количества тепла,
выводимого из колонны.
Количество
тепла, вводимое в
колонну с сивушным
спиртом, Q с.с = 4994 кДж.
Температуру дистиллята паров сивушного масла принимаем
равной 50° С. При данной температуре и крепости 42,43% мас. теплоемкость
дистиллята составляет 4,15 кДж/(кг∙К).
Количество тепла, вводимое в колонну с дистиллятом
паров сивушного масла, Q с.м. = 55,6
∙ 4, 15 ∙ 50 = 11 405 кДж.
Температуру лютерной воды на входе в колонну принимаем
равной 90° С.
Теплосодержание лютерной воды Q л.в. = 70,8 ∙ 4, 19 ∙ 90 = 26 699 кДж.
Флегмовое число колонны принимаем равным 30.
Количество паров, поступающих в дефлегматор, G5 = 34,8 (30 + 1)
= 1078,8 кг.
При крепости паров 92,41% маc. теплосодержание i " составляет 1193 к Д ж/кг.
Количество тепла, отводимое с парами в дефлегматор, Q G 5 = 1078,8
∙ 1 193 = 1287344 кДж.
Количество флегмы, возвращаемой в колонну, Ф5 = G5 — C г.п.
= 1078,8 — 34,8 = 1044 кг.
Температура конденсации и теплоемкость флегмы соответственно
составляют 78,3° С и 2,80 кДж/(кг∙К).
Количество тепла, поступающее в колонну с флегмой, Qф5 = 1044∙2,80∙78,3 = 229478 кДж.
Количество тепла, отводимое с сивушным концентратом, Q с.к.=
2,7∙3,52∙81,9 = 779 кДж.
Температуру лютерной воды на выходе из колонны
принимаем равной 103° С. Количество тепла, отводимое с лютерной водой (без
конденсата пара);
Q Л 2 = Л2 ∙ С л 2 ∙ t л 2,
= 103,3 ∙ 4,27 ∙ 103 = 45474 кДж,
где 4,27 — теплоемкость лютерной воды [в
кДж/(кг∙К)] при температуре 103° С.
Расход греющего пара определяем из уравнения теплового
баланса
Р 5 ∙ i " + Q с.с. + Q c.м. + Q л.в + Qф5 = Q G 5 + Q с.к + Q Л 2 + Q К. Р 5 + Q П 5
Q П 5 = (Q G 5 + Q с.к + Q Л 2 + Р 5 ∙ i ") ∙ 0,05
Подставляя значения Q П 5 в уравнение баланса и решая его в отношении Р5, получаем
Р5 (i " — 1 ,05i') = 1 127 709 кДж;
i " =
4,27 ∙ 103 = 440 кДж/кг; Р5= 1127709 /
(2724,8— 1,05 ∙ 440) = 489 кг, или 5 кг/дал.
Количество лютерной воды (с учетом конденсата пара) Л'2 = Л2 + Р5 = 103,3 + 498 =
601,3 кг.
Количество тепла, отводимое с лютерной водой, Q' Л 2 = Л'2 ∙ i'' = 601,3
∙ 440 = 264 795 кДж.
Величина теплопотерь Q П 5 = (1287344 + 779 + 264795) ∙ 0,05
= 77 637 кДж.
Количество тепла, вносимое в колонну с греющим паром, Q П 5 = Р5 ∙ i" = 498 ∙ 2724,8 = 1 357 979 кДж.
Количество
тепла, отводимое водой
при конденсации паров,
С конд 5 = Q G 5 ∙ (Qф5 + Q г.п.) =
1287344 ∙ (229478 + 4886) = 1 052 980 кДж.
При температуре воды на выходе из дефлегматора 70° С и
начальной ее температуре 20° С расход воды составляет:
W5 = Q к 5
/ [(tвК
— tвН)
∙ Св = 1 052 980 / [(70-20)
∙ 4,19] = 5026 кг, или 0,05
м3/дал.
Результаты
расчета расхода продуктов брагоректификации по колоннам установки в зависимости
от производительности приведены в таблице 67.
Таблица 67
БАЛАНС
ПРОДУКТОВ
БРАГОРЕКТИФИКАЦИИ ПО КОЛОННАМ УСТАНОВКИ
|
Продукты |
На 100 дал услов- ного спирта-сырца |
Производительность установок по
условному спирту-сырцу, дал/сут |
|||||||||
|
1000 |
1500 |
2000 |
3000 |
6000 |
|||||||
|
В час |
В сут |
В час |
В сут |
В час |
В сут |
В час |
В сут |
В час |
В сут |
||
|
Бражная колонна |
|||||||||||
|
Бражка (крепостью 6,8%
мас), м3 |
11,8 |
4,9 |
118 |
7,4 |
177 |
9,8 |
236 |
14,7 |
354 |
29,5 |
708 |
|
Бражный дистиллят, м3 |
1,9 |
0,8 |
19 |
1,2 |
29 |
1,6 |
38 |
2,4 |
58 |
4,8 |
116 |
|
Барда, м3 |
12,3 |
5,1 |
123 |
7,7 |
184 |
10,3 |
246 |
15,4 |
369 |
30,8 |
738 |
|
Греющий пар, кг |
2027 |
845 |
20270 |
1267 |
30405 |
1690 |
40540 |
2535 |
60810 |
5070 |
121620 |
|
Охлаждающая вода, м3 |
3,8 |
1,6 |
38 |
2,4 |
57 |
3,2 |
76 |
4,8 |
114 |
9,6 |
228 |
|
Эпюрационная
колонна |
|||||||||||
|
Эпюрат, дал |
303 |
126 |
3030 |
189 |
4545 |
252 |
6060 |
378 |
9090 |
756 |
18180 |
|
Головная фракция, дал |
2,6 |
1,1 |
26 |
1,6 |
39 |
2,2 |
52 |
3,3 |
78 |
6,5 |
156 |
|
Греющий пар, кг |
1067 |
445 |
10670 |
668 |
16005 |
887 |
21340 |
1334 |
32010 |
2675 |
64020 |
|
Охлаждающая вода, м3 |
10,2 |
4,3 |
102 |
6,4 |
153 |
8,6 |
204 |
12,9 |
306 |
25,8 |
612 |
|
Ректификационная
колонна |
|||||||||||
|
Спирт ректификованныйвысшей
очистки, дал |
101,8 |
42,4 |
1018 |
63,6 |
1527 |
84,7 |
2036 |
127,2 |
3054 |
254,3 |
6108 |
|
Спирт непастеризованный,
дал |
1,6 |
0,7 |
16 |
1,0 |
24 |
1,3 |
32 |
2,0 |
48 |
4,0 |
96 |
|
Сивушный спирт, дал |
1,8 |
0,8 |
18 |
1,1 |
27 |
1,5 |
36 |
2,3 |
54 |
4,5 |
108 |
|
Сивушное масло, дал |
0,4 |
0,2 |
4,0 |
0,25 |
6,0 |
0,3 |
8,0 |
0,5 |
12 |
1,0 |
24 |
|
Лютерная вода, м3 |
3,9 |
1,6 |
39 |
2,4 |
58 |
3,2 |
78 |
4,8 |
116 |
9,6 |
232 |
|
Греющий пар, кг |
1956 |
815 |
19560 |
1222 |
29340 |
1630 |
39120 |
2444 |
58680 |
4888 |
117360 |
|
Охлаждающая вода, м3 |
17,5 |
7,3 |
175 |
11,0 |
263 |
14,6 |
350 |
21,8 |
525 |
43,8 |
1050 |
|
Колонна
окончательной очистки |
|||||||||||
|
Спирт ректификованныи высшей
очистки, дал |
100,2 |
42 |
1002 |
63 |
1503 |
84 |
2004 |
125 |
3006 |
250 |
6012 |
|
Спирт непастеризованный,
дал |
1,6 |
0,7 |
16 |
1.0 |
24 |
1,3 |
32 |
2,0 |
48 |
4,0 |
96 |
|
Греющий пар, кг |
685 |
286 |
6850 |
428 |
10275 |
572 |
13700 |
855 |
20550 |
1710 |
41100 |
|
Охлаждающая вода,
м3 |
6,2 |
2,6 |
62 |
3,9 |
93 |
5,2 |
124 |
7,8 |
186 |
15,5 |
372 |
|
Сивушная,
колонна |
|||||||||||
|
Масло сивушное (концентрат),
дал |
0,4 |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
0,5 |
12 |
1,0 |
24 |
|
Головной погон из конденсатора
и дефлегматора, дал |
4,4 |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
5,5 |
132 |
11 |
264 |
|
Вода на внутриколонную обработку
сивушного масла, дал |
7,1 |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
8,9 |
213 |
17,8 |
426 |
|
Лютерная вода, м3 |
0,6 |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
0,8 |
18 |
1,5 |
36 |
|
Греющий пар, кг |
498 |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
623 |
14940 |
1246 |
29880 |
|
Охлаждающая вода, м3 |
5,0 |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
6,3 |
150 |
12,5 |
300 |