непрерывного действия.
Материальный баланс ректификационного аппарата составлен на основании Производственного Технологического Регламента (ПТР). Все примеси спирта сырца при этом прибавляют к абсолютному алкоголю, что необходимо иметь в виду при дальнейших расчетах. Показатели примесей (теплоемкость, удельный вес, теплота испарения) находят так же, как для этилового спирта (по таблицам, данным в Приложении). Это вносит некоторую неточность, но незначительную, так как количество примесей невелико. Примеси вместе с этиловым спиртом называются алкоголем.
Согласно ПТР принимаем, что потери при ректификации составляют 0,6 % к весу абсолютного алкоголя, вводимого с сырцом.
Количество абсолютного алкоголя, отходящего с головными продуктами из эпюрационной колонны, принимаем равным 3% от всего введенного в аппарат алкоголя. Количество алкоголя, отводимого с промежуточными продуктами из ректификационной колонны, составляет 1%. С сивушным маслом уходит 0,4% алкоголя к весу алкоголя введенного в аппарат.
На основании этих данных, а также некоторых других нормативов можно составить материальный и тепловой баланс ректификационного аппарата производительностью 3000 дал абсолютного спирта в сутки.
Спирт-ректификат имеет крепость 96% об.; сырец 88% об.
Эпюрационная колонна вместе с конденсатором и дефлегматором рассматривается как замкнутая система (пунктир на рис. III-76). При составлении материального баланса мы не рассматриваем процессы, происходящие в этой системе, а рассчитываем только вес входящих и уходящих продуктов и их теплосодержание. На рис. III-76 (по результатам подсчета) изображены в масштабе приходящие и уходящие потоки тепла.
Определим весовое количество сырца, поступающего в аппарат в час. Весовая производительность аппарата по абсолютному спирту за час при удельном весе спирта 0,8 кг/л составляет
3000 * 10 * 0,8 / 24 = 1000 кг/час.
С головными примесями из эпюрационной колонны уходит алкоголя
1000 * 3% / 100% = 30 кг/час
С промежуточными продуктами алкоголя уходит
1000 *
1% /
100% = 10 кг/час
С сивушными маслами алкоголя уходит
1000 *
0,3 / 100% = 3
кг/час
Общее количество алкоголя в сырце без учета потерь составит
1000 + 30 + 10 + 3 = 1043 кг/час
Количество алкоголя в сырце, вводимом за час, с учетом потерь составит
1043 * 100 / 100 - 0,6 = 1049,3 кг/час
где 0,6 - потери алкоголя в % вес.
Составим таблицы теплового и материального баланса эпюрационной колонны. При составлении материального баланса принимаем:
1) сырец разбавляется до крепости 35% вес. алкоголя;
2) в эпюрационную колонну возвращается 3% нестандартного спирта (к весу абсолютного алкоголя в ректификате) (см. таблицу III-14).
При составлении теплового баланса принимаем, что охлаждающая вода поступает в конденсатор при t = 20 гр. Цельсия и уходит из дефлегматора при t = 60 гр. Цельсия (табл. III-15).
Крепость эпюрата составит (см. табл. III-14)
1049,3
* 100 / 3540,65 = 29,6 вес.
Температура кипения при этой крепости 84,8 гр. Цельсия
Таблица III-14
Материальный
баланс эпюрационной колонны
|
Наименование
продукта |
Содержание |
||
|
Всего |
Алкоголя |
Воды |
|
|
Спирт-сырец крепостью 40,54
% вес Вода
для разбавления сырца до крепости 35% вес Нестандартный
спирт из Конденсатора
Рект. Колонны -3% от веса абс. Алкоголя в ректификате при крепости его 93,89%
вес. Греющий
пар, открытый- 4 кг на 1 Дал абс. Алкоголя поступающего в эпюрационную
колонну Охлаждающая
вода в дефлегматор и в конденсатор |
Приход в кг/час 6351,46 2574,88 3776,58 1005,34 2574,88*100/35 -6351,46=1005,34 1000 * 3 / 100 = 30 30*100/93,89=31,95 1,95
1311,29 ---- 4*(2574,88+30)/10*0,7946=1311,29 W ---- W |
||
|
Всего Отводится
головных продуктов при крепости 92% вес. Эпюрат
в Рект. Колонну Охлаждающая
вода из дефлегматора и конденсатора |
8700,04 + W 2604,88 6826,22 + W Расход в кг/час 30 * 100 / 92 = 32,6 30 32,6 - 30 = 2,6 8700,04 -32,6 = 8667,44 2604,88 - 30 = 2474,88 8667,44 - 2474,88 = 6192,56 W ---- W |
||
На основании материального баланса
составляем тепловой баланс эпюрационной колонны (табл. III-
15).
Составим уравнение теплового баланса (см.
табл. III- 15):
1 331 179,0 + 20W = 808 280,67 + 60W.
Отсюда
расход воды на конденсатор и дефлегматор
W =
1 331 179,0 - 808 280,67
/ 60 - 20 =
13072,46 кг/час.
В конденсаторе и дефлегматоре отводится 1
331 179,0 - 808 280,67 = 522 898,33 ккал/час тепла.
Принимаем, что в дефлегматоре отводится
75% от этого количества, т.е. 182895,30 ккал/час, а в конденсаторе около
60965,10 ккал/час.
Полученные результаты расчета позволяют
также определить количество тепла, поступающего из колонны в дефлегматор и
конденсатор, и количество тепла, возвращаемого обратно в колонну из
дефлегматора с жидкой флегмой. Из колонны уходят в дефлегматор и конденсатор
пары. Допустим, что эти пары, конденсируясь в дефлегматоре и конденсаторе,
отдают только свою теплоту конденсации и возвращаются в колонну при температуре
конденсации. Примем что крепость паров 92% вес, тогда полное теплосодержание
паров составит 293 ккал/час.
Таблица III - 15
Тепловой баланс эпюрационной колонны
|
Наименование продукта |
Теплоемкость
в ккал/кг гр Цельсия |
Температура
в гр Цельсия |
Теплосодержание
в ккал/кг |
Расчет |
Итого
в ккал/час |
|
Спирт-сырец крепостью 40,54 % вес (жидкость ) ………. Вода,
разбавляющая сырец Нестандартный
спирт из Конденсатора
Рект. Колонны -3% от веса абс. Алкоголя в ректификате при крепости его 93,89%
вес. Греющий
пар, открытый- 4 кг на 1 Дал абс. Алкоголя поступающего в эпюрационную
колонну. P=1,3 ата Охлаждающая
вода в дефлегматор и в конденсатор |
Приход 1,04 75
63,5
6351,46*63,5=403317,71 1,0 80 -- 1005,34*80 = 80427,2 0,67 30 20,0 31,95*20 = 6635 - -- 641,2 1311,29*641,2=840799,1 1 20 20 W20 W20 |
||||
|
Всего Эпюрат
в Рект. Колонну Отводится
головных продуктов при крепости 92% вес.(жидкие) Потери
в окружающее пространство Охлаждающая
вода из дефлегматора и конденсатора |
1
331 179,0+20W Расход 1,05 84,70 89 8700,04*89=774 303,56 0,65 33 21,4 32,6*21,4 = 697,64 --- -- -- 2,5% от 33279,47
1331179,0 1 60 60 W60 W60 |
||||
Всего
808 280,67+60W
Количество тепла, возвращаемого в
колонну с жидкой флегмой, составит
1 331 179,0 - 808 280,67 / 230 * (293 - 230) =
143 228,673 ккал/час
Это тепло, будет таким образом,
"оборотным". Оно уходит из колонны с парами и возвращается с
жидкостью.
Тепло жидкой флегмы распределяется так же, как и тепло,
отдаваемое парами: из дефлегматора возвращается 75% этого тепла
(________ккал/час); остальное количество тепла (__________ ккал/час)
возвращается из конденсатора (см. рис III-76).
Материальный баланс
ректификационной колонны
Из ректификационной колонны отбирают сивушное масло и промежуточные продукты (крепкий сивушный спирт). Сивушные масла отбирают в виде паров при крепости их 50% вес. Содержание сивушных масел составляет при этом около 40% вес. от общего количества летучих компонентов, или
50 * 40 / 100 = 20% к весу всех паров.
Ранее было найдено, что количество
алкоголя, уходящего с сивушными маслами, составляет 1,32 кг/час. Следовательно, количество пара, в состав
которого входит сивушное масло, будет равно
3 * 100 / 20 = 15 кг/час.
В этом паре будет содержаться
15 * 50 / 100 = 7,5 кг алкоголя и 7,5 кг воды.
В маслопромывателе сивушное масло
промывают водой, затем масло поступает в склад при крепости 86% вес. Промывные воды возвращаются в колонну с
крепостью 20% вес. При этих показателях весовое количество сивушных масел, отводимых в склад, составит
3 * 100 / 86 = 3,4 кг/час.
Так как количество паров в состав которых входит сивушное масло, равно 15 кг/час, то обратно в колонну возвратиться 15 - 3,4 = 11,6 кг/час жидкости с содержанием алкоголя 7,5 - 3 = 4,5 кг.
Общее количество жидкости, возвращенное в колонну, составит
3,4 * 100 / 20 = 17 кг/час
Следовательно, количество добавляемой в маслопромыватель воды составит
17 - 11,6
= 5,4 кг/час.
Промежуточные продукты отводят из колонны также в виде паров. Содержание алкоголя в них (смотри выше) составляет 10 кг/час. Крепость паров, из которых отбирают промежуточные продукты, составляет 80% вес. Общее количество паров, отводимых из колонны, равно
10 * 100 / 80 = 12,5 кг/час.
Материальный баланс ректификационной колонны приведен в таблице III - 16. Принятые ранее потери алкоголя отнесены полностью к ректификационной колонне.
Таблица III - 16.
|
Наименование |
Крепость в % вес |
Содержание в кг/час |
|||
|
Алкоголя |
Воды |
Всего |
|||
|
Приход в кг/час |
|||||
|
Эпюрат
из эпюрационной колонны |
29,5 |
8667,44 |
21391,67 |
30059,11 |
|
|
Флегма
и ректификат из дефлегматора и конденсатора (жидкость) |
93,89 |
(Ф+Д)*93,89/100 |
(Ф+Д)*(100-93,89)/100 |
(v+1)*Д= (3,5+1)*Д= 4,5*Д |
|
|
Греющий
пар |
------ |
|
Gn |
Gn |
|
|
Всего |
|
|
|
||
|
Расход в кг/час |
|||||
|
Спирт-ректификат (жидкость) |
93,89 |
1000 |
65 |
1065 |
|
|
Пары
сивушного масла |
50 |
15 |
15 |
30 |
|
|
Пары
промежуточных продуктов |
80 |
10 |
2,5 |
12,5 |
|
|
Пары,
образующие нестандартный спирт, направляемый в эпюрационную Колонну |
93,89 |
30 |
1,95 |
31,95 |
|
|
Лютерная
вода (без
конденсата пара) |
------ |
|
|
|
|
|
Потери
спирта - 0,6% к весу алкоголя в сырце |
------ |
|
|
|
|
|
Пары
флегмы и ректификата в дефлегматор |
93,89 |
|
|
|
|
|
Конденсат
греющего пара |
____ |
|
|
|
|
|
Всего |
|
|
|
|
|
При составлении балансов рассматривается только одна колонна, конденсатор и дефлегматор исключены (смотри рисунок III - 76).
Для ректификационной колонны флегмовое число принято равным 3,5 , количество флегмы равно v*Д. За дисцилят в данном случае следует принять сумму ректификата и нестандартного спирта, поступающего из конденсатора ректификационной колонны в альдегидную:
Д = 1065 + 31,95 = 1096,95.
Следовательно, Ф = 1096,95 * 3,5 = 3839,325 кг/час при крепости 93,89% вес.
В таблице материального баланса ректификационной колонны остается невыясненным только весовое количество пара Gn. Для определения весового количества пара Gn необходимо составить тепловой баланс ректификационной колонны (таблица III - 17).
|
Наименование продукта |
Теплоемкоть в ккал/кг * гр. С |
Температура в гр. С |
Теплосодержание в ккал/кг * i |
Расчет |
Итого в Ккал/час |
|
Приход |
|||||
|
Эпюрат |
1,05 |
84,7 |
89 |
30059,11 * 89 |
2675260,79 |
|
Флегма
и ректификат из дефлегматора и конденсатора в жидком виде |
0,8 |
76,8 |
63 |
(3839,325+1065)*63 |
308972,475 |
|
Греющий
пар |
----- |
----- |
641,2 |
Gn * 641,2 |
Gn * 641,2 |
|
Возвращающаяся
из маслопромывателя водно-спиртовая жидкость |
1,05 |
80 |
84 |
17 * 84 |
1428 |
|
Всего
2985661,265 + Gn * 641,2 |
|||||
|
Расход |
|||||
|
Спирт-ректификат
(жидкость) |
|
|
|
|
|
|
Пары
сивушного масла |
|
|
|
|
|
|
Пары
промежуточных продуктов |
|
|
|
|
|
|
Пары
нестандартного спирта |
|
|
|
|
|
|
Лютерная
вода (без конденсата) |
|
|
|
|
|
|
Флегма
и ректификат в парах, уходящих в дефлегматор |
|
|
|
|
|
|
Потери
в окружающее пространство |
|
|
|
|
|
|
Конденсат
греющего пара |
|
|
|
|
|
|
Всего |
|
|
|
|
|
Приравнивая приход и расход тепла, получим (Смотри таблицу III - 17)