Проект цеха по получению сухой послеспиртовой барды на спиртовом заводе

Введение

     Барда - основной  отход производства этилового  спирта. В настоящее время на  большинстве спиртовых заводов  мира барду тем или иным  образом перерабатывают, в основном  с получением кормовых добавок.  Использовать в качестве кормовых  добавок послеспиртовую барду невыгодно: большое содержание жидкости и довольно низкое – ценных веществ делает транспортировку этого отхода нерентабельной.

      В то  же время, барду нельзя просто  сбрасывать без очистки в водоемы,  поскольку это приводит к их эвтрофикации. Однако переработка барды, для слива в водоем увеличивает себестоимость продукции.

      На сегодняшний день в спиртовой промышленности сложилась достаточно сложная экологическая ситуация с утилизацией основного отхода производства – послеспиртовой барды.

    Выход барды составляет 1100…1200% от объема произведенного спирта. Таким образом, на заводе производительностью 6 000 дал спирта в сутки выход сырой барды составляет 660…720 м3. В ней  содержится 7,5…8,5% сухих веществ, из которых 26…30% протеина, который через 2…3 суток после получения барды и выброса ее на поля фильтрации, начинает разлагаться с выделением опасных и ядовитых веществ.

   Но, учитывая физико-химический состав сырой барды, ее можно отнести к ценным белковым продуктам питания для с/х животных. 
     В наше время самым эффективным способом утилизации послеспиртовой барды является ее высушивание с дальнейшим гранулированием. Это позволяет значительно улучшить экологическую ситуацию вокруг завода, а кроме того повысить эффективность спиртового производства – выручка от реализации сухой гранулированной барды позволяет покрыть 30…40% производственных затрат и снизить себестоимость спирта на 20…30%. 

    Сухая барда более пригодна к длительному хранению, кроме того, ее можно использовать для изготовления комбикормов. Таким продуктом является сухая гранулированная барда, известная во всем мире как DDGS (Distillers Dried Grainwith Solubles). Этот продукт является ценным белковым кормом и достаточно высоко котируется на мировом рынке.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Выбор и обоснование  технологической схемы

 

    Предлагаемые технологии переработки барды можно условно разделить на четыре основные технологические схемы:

1) Схемы с выпарными станциями с получением WDG, DDG, CDS, DDS, WDGS, DDGS;

2) Схемы с аэробной микробиологической переработкой жидкой фазы с получением кормовых дрожжей;

3) Схемы с метантанками с получением биогаза.

4) Комбинированные схемы. В их основу положены известные и уже успешно зарекомендовавшие себя технологические приемы - разделение жидкой и твердой фазы на центрифугах, выращивание кормовых дрожжей на субстрате, сушка продукции.

В данном курсовом проекте реализована  схема с выпарными станциями с получением DDGS. В результате реализации данной схемы, предприятие получит 1 продукт: сухую послеспиртовую барду. Сухая барда более пригодна к длительному хранению, кроме того, ее можно использовать для изготовления комбикормов.

 

Рис.1

1. разделение растворимой и нерастворимой части барды на декантерной центрифуге на фугат и кек. К основным преимуществам данных центрифуг относятся:

• Легко монтируется. Требует  малого пространства.

• Закрытый процесс –  нет запахов, нет ядовитых испарений.

• Низкая влажность кека.

 

 

 

 

 

• Автоматическая регулировка  в соответствии с изменениями  расхода и концентрации шлама. Контроль за качеством кека и фугата.

• Простота сервисного обслуживания. Нет необходимости в частых профилактических работах.

• Промывка водой только при остановке

• Малый занимаемый объем при той же производительности (в 10 раз компактнее камерного фильтра)

2) Упаривание фугата до содержания сухих веществ 30-35% в 3-хкорпусной ВВУ. Достоинством такой установки является то, что образующийся в первом корпусе вторичный пар используется в качестве греющего пара во втором корпусе, а вторичный пар второго корпуса используется в качестве греющего пара в третьем корпусе (это экономично).

3) Полученный после выпаривания  концентрат смешивается с кеком в шнековом смесителе. Достоинства такого смесителя: а) высокая надежность и производительность; б) простая конструкция и установка; в) безопасность и простота обслуживания.

4) Сушку полученной смеси осуществляют в сушилке барабанного типа. Достоинства таких сушилок следующие:

- высокое качество сушки  за счет интенсивного перемешивания  материала;

- возможность сушить высоковлажный, засоренный материал;

- простота монтажа (для  запуска в работе не требуется  капитальных сооружений);

- надежность работы (исключает  образование застойных зон);

- большая экономичность,  по сравнению с шахтными сушилками;

- большая производительность.

   Полученная сухая барда (белково-углеводная кормовая добавка в рационы сельскохозяйственных животных и птицы) охлаждается и в сыпучем состоянии отправляется потребителям (при необходимости упаковывается). 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Описание технологической  схемы

 

     Технологическая  схема получения сухой послеспиртовой барды на спиртовом заводе представлена на рис.2.

     Технологический процесс получения послеспиртовой барды включает следующие стадии.

    Сырая барда из сборника 1 подается на декантерную центрифугу 2, где разделяется с получением кека влажностью 60-65 % и фугата.

    Фугат частично используется в основном производстве, а большая часть его упаривается в 3-хкорпусной выпарной установке 3 до концентрации сухих веществ 30-35 %. На упаривание расходуется 2,8 т/ч греющего пара. Конденсат выпарной установки имеет высокий уровень загрязненности (1500-3000 мг О₂/л по ХПК) и требует отдельной очистки, что не заложено в технологии.

    Концентрат после упаривания смешивается с кеком в шнековом смесителе 6. Полученая смесь направляется в барабанную сушилку 7, где высушивается до содержания сухих веществ 87-90%. На сушку расходуется 3,0 т/ч пара (горячего воздуха с температурой 90-100°С.

    Далее сухая  послеспиртовая барда (влажность менее 10%) с помощью шлюзового затвора конического циклона 8 и непосредственно из барабанной сушилки поступает в сборник сухой барды 9. В циклоне оседают унесенные из сушилки газами частицы барды, которые по течке направляются в сборник, а очищенные газы уходят в атмосферу.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Выбор и расчет основного технологического оборудования

4.1 Декантерная центрифуга (поз. 2) 

Возможно использование  декантерных центрифуг серии  СНNX производства «Альфа-Лаваль» или D42C-D китайского производства. 
   Декантерные  центрифуги  «Альфа Лаваль» обеспечивают высокую производительность процесса сепарации, надежны в работе, могут работать в непрерывном режиме, имеют низкое отношение капитальных затрат к производительности и эксплутационным расходам. Они могут работать со средами, содержащими сухие вещества в весовом отношении от 0,5 до 50% и при значительных колебаниях в подаче сырья. 
   Центрифуги производства КНР, в принципе, не отличаются по характеристикам от «европейских», но несколько дешевле. 

Выбираем D42C-D китайского производства

Габаритные размеры 3480 910 1360 мм

Эквивалентная поверхность  осаждения 3,68 м²

Максимальная скорость вращения барабана 3250 об/мин

Диаметр барабана 430 мм

Максимальное ускорение 2540g

Производительность по барде  до 18 м³/ч.

Так как требуемая производительность по барде 18260 кг/ч или 18 м³/ч, то потребуется только 1 установка.

4.2 Вакуум-выпарная установка (поз. 5)

На упаривание поступает  12689 кг/ч фугата. Необходимо испарить 10955 кг/ч влаги.

Выбираем трубчатую пленочную  с ниспадающей пленкой вакуум – выпарную установку с производительностью по испаряемой влаге 20 т/ч. Испаритель: диаметр =1500 мм, высота = 9800 мм, F = 660 м²; сепаратор: диаметр =1600 мм, высота = 3600 мм, V = 7 м³; конденсатор (поз. 8): диаметр = 1000 мм, высота = 3600 мм, F = 160 м³ [2].

 

4.3 Подробный расчет  барабанной сушилки

 

4.3.1. Расчет основных параметров дымовых газов

Определение теплотворной способности топлива

 

Состав донецкого угля марки Т [3]: W^p=5%; A^c=17%; C^г=89,5%; S^г=3,4%; H^г=4,2%;

O^г=1,4%. Индексы р, с, г означают соответственно: рабочее топливо, сухая и горючая смесь.

 

 

 

 

 

 

Сделаем пересчет на рабочее  топливо:

 

С^р=89,5*0,79=70,7%

Н^р=4,2*0,79=3,32%

О^р=1,4*0,79=1,11%

Теплота сгорания рабочего топлива определяется по формуле  Менделеева (для твердых и жидких топлив).

 

Q^р_в=81*С^р+300*Н^р+26*(S^p-O^p)=81*70,7+300*3,32+26*(26,7-1,11)=28,3*10⁶Дж/кг топлива = 6764 ккал/кг.

 

Определение минимальной  теоретической массы воздуха  для сгорания 1 кг топлива

 

 

 

 Определение коэффициента избытка воздуха

 

В действительности требуется  для полного сгорания 1 кг топлива  больше воздуха, чем по теории. Из теплового  баланса с учетом температуры  дымовых газов на выходе из топки  получена формула коэффициента избытка  воздуха (для твердых и жидких топлив) [4].

 

 

где η_m=0,8 – кпд топки;

      с_m=1,51*10³ Дж/кг*К = 0,36 ккал/кг*град – удельная теплоемкость топлива;

      t_m=25⁰С – температура топлива перед сжиганием;

      с_дг=1,02*10³ Дж/кг*К = 0,243 ккал/кг*град – удельная теплоемкость дымовых газов (принимаем приближенно равной теплоемкости воздуха при средней температуре дымовых газов) [4];

      t_дг=500⁰С – температура дымовых газов на выходе из топки;

      i_n=595+0,47*500=34,76*10³ Дж/кг = 8,3 ккал/кг – теплосодержание водяных паров при температуре дымовых газов на выходе из топки;

     х₀=2*10^-3 кг/кг сухого воздуха – влагосодержание атмосферного воздуха для зимних условий г. Минска (по диаграмме Рамзина);

     I₀=30,6*10³ Дж/кг сухого воздуха = 7,3 ккал/кг сухого воздуха – энтальпия зимнего атмосферного воздуха, нагретого до температуры помещения, принятой 25⁰С (по диаграмме Рамзина).

Зимняя температура t = -6,8⁰С, относительная влажность φ = 88% для Минска [5].

 

 

Действительная масса  воздуха для сжигания 1 кг топлива:

 кг/кг сухого топлива

 

Определение влагосодержания  и энтальпии дымовых газов

 

Масса водяных паров в  дымовых газах (для твердых и  жидких топлив) определяется по формуле:

 

                            

 

 

Масса сухих газов (для  твердых и жидких топлив):

 

 

 

Влагосодержание дымовых  газов:

 

 

 кг/кг сухого газа.

 

Энтальпия дымовых газов  при t=500⁰С и х₁=9,3*10^-3 кг/кг сухого воздуха равна I₁=570*10³ Дж/кг сухого газа = 136,2 ккал/кг сухого газа (по диаграмме Рамзина).

Параметры дымовых газов  на выходе из топки являются начальными параметрами для расчета сушильного барабана:

х₁=9,3*10^-3 кг/кг сухого газа,

I₁=570*10³ Дж/кг сухого газа,

t₁=500⁰C.

 

4.3.2. Материальный баланс сушки

 

Масса испаряемой влаги в  барабане:

 

 

где G1=8000 кг/ч-производительность по исходному влажному материалу;

      =70%-начальная влажность материала;

      =10%-конечная влажность материала

 

Масса высушенного материала  G2:

 

G2=G1-W

 

G2=4133 – 2755,3=1377,7 кг/ч

 

4.3.3.Выбор основных габаритных размеров барабана

 

Объём сушильного барабана V_б:

 

V_б=W/A

 

где A=50 кг/м^3.ч-напряжённость барабана по влаге [6]

 

V_б=2755,3/50=55,11 м³

 

Диаметр барабана находим  из соотношения:

 

 

где l=5*D-длина барабана

 

 

Принимаем нормализованные  размеры барабана:

D=4 м ; l=20 м

 

 

 

4.3.4.Определение потерь тепла в окружающую среду

 

Норма тепловых потерь с  одного погонного метра цилиндрической поверхности может быть определена по эмпирической формуле:

 

К*Q_п/l=145*D+0.6*t+1.7*D*t

 

где Q_п - тепловые потери с цилиндрической поверхности, Вт;