Виробництво етилового спирту із зернової сировини

Втрати спирту в ректифікаційної колоні складають 0,3%, або 6,2-4,0 = 2,2 кг.

Кількість лютерної води (без конденсатора пари) 2898,5 - (820,6 +12,2 +14,4 + 55,6 + 2,2) = 1993,5 кг.

Таблиця 4

МАТЕРІАЛЬНИЙ  БАЛАНС РЕКТИФІКАЦІЙНОЇ  КОЛОНИ

Продукт Кількість, кг У тому числі спирту  води Прихід Епюрат 2898,5 822,3 2076,2 Гріюча  пара   - Р2 Витрата Спирт ректифікований 820,6 772,9 47,7 Непастеризований  спирт 12,2 11,8 0,4 Сивушний  спирт 14,4 11,8 2,6 Погон парів сивушного масла 55,6 23,6 32,0 Лютерна вода (без конденсата пара) 1993,5 - 1993,5 Конденсат пари Р2 - Р2 Втрати 2,2 - 2,2 Разом 2898,5 + Р2 822,3 2076, 2 + Р2

 

Колона остаточного  очищення. У колону надходить 820,6 кг ректифікованого спирту. З колони відбираються ректифікований спирт вищого очищення (808,4 кг) і непастеризований спирт (12,2 кг). 
 
 
 
 
 

Таблиця 5

МАТЕРІАЛЬНИЙ  БАЛАНС КОЛОНИ ОСТАТОЧНОЇ ОЧИЩЕННЯ

Продукт Кількість, кг У тому числі Спирту води Прихід Спирт ректифікований 820,6 772,9 47,7 Витрата Спирт ректифікований ВИЩОЇ ОЧИСТКИ 808,4 761,1 47,3 Непастеризований  спирт 12,2 11,8 0,4 Разом 820,6 772,9 47,7

Сивушна колона. У колону надходить сивушний спирт (14,4 кг), погон конденсату парів сивушного масла (55,6 кг),

Гріюча пара (Р 3, кг) і лютерная вода для внутрішньо колонної обробки сивушного масла.

З колони відводяться  головний погон, відбирається з дільника потоку флегми з конденсатора сивушної колони (34,8 кг),

сивушне масло (2,7 кг) і лютерна вода.

Кількість лютерної води, що направляється в колону, приймаємо рівним подвійному кількістю введеного в колону алкоголю,

тобто (11,8 +23,6) ∙ 2 = 70,8 кг.

На виході з  колони виходить (14,4 + 55,6 + 70,8) - (34,8 + 2,7) = 103,3 кг лютерної води (без урахування конденсату пара).  
 
 
 

Таблиця 6

Матеріальний  баланс сивушної колони

Продукт Кількість, кг У тому числі спирту води Прихід Сивушний  спирт 14,4 11,8 2,6 Погон конденсату парів сивушного масла 55,6 23,6 32,0 Лютерна вода 70,8 - 70,8 Гріюча  пара Р3 - Р3 Витрата Сивушне масло 2,7 2,3 0,4 Головний  погон з дільника потоку флегми і  конденсатора сивушної колони 34,8 33,1 1,7 Лютерна вода (без конденсату пари) 103,3 - 103,3 Конденсат пари Р3 - Р3 Разом 140,8 + Р3 35,4 105,4 + Р3

 
 
 
 
 
 
 
 
 

3.3. Тепловий розрахунок браго ректифікаційної установки

Для розрахунку необхідно знати температуру  кипіння і теплоємність водно-спиртових  розчинів, теплоємністьводяного і водно-спиртового парів. 

Бражні колона. У колону вноситься тепло з бражкою Q _М і з гріючою парою Q _Р1; відводиться тепло пз колони з водно-спиртовими парами Q G ₁ і бардоюQб. Тиск в випарної камері колони приймаємо рівним 119 кПа. Тепловтрати Q п, для ізольованої колони, за даними П. С. Циганкова, складає 420 - 837 кДж на 100 кг бражки. Величину тепловтрат у розрахунку приймаємо рівною 837 кДж на 100 кг бражки.

Кількість тепла, внесеного в колону з бражкою, Q _М = М ∙ з _М ∙ t _М = 12767,0 ∙ 3,85 ∙ 75 = 3691197 кДж,

де М - кількість бражки, кг; з _м - теплоємність бражки, кДж / (кг-К); t _М - температура бражки на вході в колону, ° С.

Кількість тепла, що відводиться з водно-спиртовими парами Q G ₁ = G 1 ∙ i "G1 = 1797,6 ∙ 20250 = 3640184 кДж,

де G 1, - кількість водно-спиртових парів, кг; i "G1 - теплоємністьводно-спиртових парів, кДж / кг.

Кількість тепла, що відводиться з бардою (без обліку конденсату пари), Q б ₁ = Б ∙ с _б ∙ t _б = 10970,0 ∙ 4,06 ∙ 103 = 4592294 кДж,

де Б - кількість барди (без обліку конденсату пари), кг; з _б - теплоємність барди, кДж / (кг-К); t _б - температура барди при робочому тиску в виварной камері колони, ° С.

Тепловтрати в  бражні колоні становлять Q п ₁ = 837 ∙ 12767,6: 100 = 106 992 кДж.

Кількість тепла, внесеного в колону з гріючою  парою при тиску 303 кПа, Q P ₁ = P 1 ∙ i "P ₁ = P 1 ∙ 2724,8 кДж.

Кількість тепла, що відводиться пз колони з конденсатом  гріючої пари, Q p _K 1 = Р 1 ∙ 431,6 кДж.

Рівняння теплового  балансу колони Q м + Q р ₁ = Q G ₁ + Q б ₁ + Q p _До 1 + Q п ₁

Витрата пари в  колоні Р 1 = 4648273: (2724,8 - 431,6) = 2027 кг, або 20,3 кг / дал.

Кількість відходить  з колони барди становить 10970,0 + 2027 = 12997 кг.

Тепло, що відводиться  з бардою, Q б = Q б ₁ + Q p _K 1 = 4592294 + 2027 ∙ 431,6 = 5467103 кДж.

Кількість тепла Q k _1, що виділяється при конденсації водно-спиртових парів у дефлегматоре бражні колони, визначається за рівнянням Q k ₁ = Q G ₁ - Q Д ₁= G 1 ∙ (i 'G ₁ - i G _1), де Q Д ₁ - кількість тепла, що відводиться з дефлегматора, кДж; i G ₁ - теплоємністьконденсату водно-спиртових парів, кДж / кг.

Q k ₁ = 1797,6 ∙ (2025, 0 - 385,9) = 2946496 кДж.

Кількість тепла, що витрачається на підігрів бражки з 28 до 75 ° С, Q 'м = 12767,0 ∙ 3,85 ∙ (75-28) = 2313596 кДж. Інша кількість тепла (Q k ₁ - Q 'м)відводиться охолоджуючої водою.

При початковій температурі води t В.М. = 20 ˚ С і температурі її на виході з водяної секції дефлегматора-підігрівача бражки t в.к. = 60 ° С витрата води W, становить (2946496-2313596) / [(60-20) ∙ 4,19] = 3780 кг, або 0,038 м3/дал. 

Епюраційні колона. В колону вводиться тепло з бражні дистилятом Q д, з непастеризованим спиртом Q н.с. , З головним погоном з сивушної колони Q г.п. , З флегмою з дефлегматора Q ф ₂ і з гріючою паромQ р _2, відводиться тепло з колони зі спиртовими парами в дефлегматор Q G _2, с епюратом Q е, з втратами в навколишнє середовище Q п _2.

Теплоємністьбражного дистиляту приймаємо при температурі, на 2 ° С меншою температури кипіння.

Кількість тепла, внесеного в колону з дистилятом, Q д = D ∙ i д = 1797,6 ∙ 388,8 = 698964 кДж.

Кількість тепла, внесеного в колону з гріючою парою, Q р ₂ = Р 2 ∙ i "2 = 1067 ∙ 2724,8 = 2907315 кДж.

Кількість тепла, внесеного з непастеризованим спиртом, Q н.с. = 24,4 ∙ 20 ∙ 2,60 = 1270 кДж.

Кількість тепла, внесеного з головним погоном  з сивушної колони (при t = 50 ° С), Q г.п. = 34,8 ∙ 50 ∙ 2,80 = 4886 кДж.

Тиск у виварной камері колони р приймаємо рівним 119 кПа. При цьому тиску температура епюрата t е визначається з урахуванням ебуліометріческой поправки: Δ t е = 2,5 р = 0,038 ∙ 119 = 4,5 ° С.

При фортеці  епюрата 28,4% мас. і тиску 119 кПа температура епюрата на виході з колони t е = t к.е. + Δ t = 84,8 + 4,5 = 89,3 ° С.

Кількість тепла, що виводиться з епюратом, qе = Е ∙  Се ∙ t е = 2898,5 ∙ 4,53 ∙ 89,3 = 1176539 кДж,

де Е - кількість  епюрата, кг; Се - теплоємність епюрата, кДж / (кг-К).

Теплові втрати у колоні приймаємо з розрахунку 2,5% від кількості тепла, внесеного з гріючою парою, бражні дистилятом та іншими продуктами: Q п ₂ = (2907315 +1270 +4886 +698964) ∙ 2,5: 100 = 90312 кДж.

Теплове навантаження q на дефлегматор і конденсатор колони становить

q = G 2 ∙ i "G ₂ - G ф ₂ ∙ З Ф ₂ ∙ t ф ₂ = (Qд + Q р ₂ + Q н.с. + Q г.п.) - (qе - Q п ₂₎ = 698 964 +2907315 +1270 +4886 - (1176539 + 90312) = 2345584 кДж, де G 2 - кількість парів, що надходять в дефлегматор, кг;

G ф ₂ - кількість повертається в колону флегми, кг;

i "G _2, З ф _2, t ф ₂ - відповідно теплоємністьпарів (у кДж / кг), теплоємність [в кДж / (кг-К)] і температура (° С) флегми. при фортеці головної фракції Х = 92,41% Маc.

i "G ₂ = 1194 кДж / кг; З ф ₂ = 3,44 кДж / (кг-К); t ф ₂ = 78 ° С.

Кількість флегми визначається за різницею між паровим  потоком, які у дефлегматор, і  величиною відібраної з конденсатора головної фракції G ф ₂ = (G 2 - 21,3) кг.

Вирішуючи рівняння балансу щодо G п ₂ знаходимо кількість парів, що надходять в дефлегматор,

G 2 = (3612434-1266850-21,3 ∙ 3,44 ∙ 78) / (1194-3,44 ∙ 78) = 2527 кг, або 25,3 кг / дал.

Кількість тепла, що буря з парами в дефлегматор, Q G п ₂ = 2527 ∙ 1194 = 3017617 кДж.

Кількість тепла, що відводиться при конденсації  водою, знаходимо по різниці

Q конд 2 = Q G ₂ - (G п ₂ - 2,13) ​​∙ З ф ∙ t ф - 21,3 ∙ 2, 60 ∙ 20 = 2344478 кДж.

Для відводу  даної кількості тепла при t В.М. = 20 ° С і t в.к. = 75 ° С необхідно

W 2 = Q до ₂ / [(t в.к. - t В.М.) Св] = 2344478 / [(75 - 20) ∙ 4,19] = 10170 кг води, або 0,102 м3/дал.

Кількість тепла, що надходить у колону з флегмою,

Qф = 3017617-2344478-1106 = 672033 кДж. 

Ректифікаційна  колона. В колону вводиться тепло з епюратом фа, з гріючою парою Qе, з флегмою Q Ф ₃ відводиться тепло з колони зі спиртними парами та дефлегматор Q G _3, с ректифікованого спирту Q Д _3, с погоном парою сивушного масла Q с.м. , З сивушним спиртом

Q с.с. , З лютерної водою Q 'Д _3, з втратами в навколишнє середовище Q п _3. Флегмовое число колони приймаємо рівним V = 4,5.

Кількість дистиляту, що відбирається з ректифікаційної колони, дорівнює сумі ректифікованого спирту D 3, що направляється в колону остаточного очищення, і непастеризованого спирту Dз = Dз + С н.с. = 820,6 +12,2 = 832,8 кг.

Кількість спиртових  парів, що надходять в дефлегматор, Gз = Dз (V +1) = 832,8 ∙ 5,5 = 4580,4 кг.

Кількість флегми, що повертається в колону, Ф 3 = Gз - CН = 4580,4 - 12,2 = 4568,2 кг.