Производство этилового спирта марки «Экстра» из крахмалистого сырья

 

 

3.2 Расчет материального  баланса брагоректификации

Рис. 3.2.1. Схема-граф материальных потоков производства этилового спирта

 

Исходные данные для расчёта:

 

1. Масштаб расчёта –  1000 кг/сут   спирта «Экстра»

2. Состав конечного продукта: этиловый  спирт – Xспирт =  94,13 % масс.

    Плотность 100% этилового  спирта ρусл.спирт = 0,7893 кг/л

3. Нормированный выход продукта  по всем стадиям: ηΣ = 0,997 ( 99,70 % ).

4. Массовая доля этилового  спирта в бражке Xбраж = 8,30 % масс.

5. Определение расхода ключевого  продукта ( бражка ).

 

    Расход бражки Gбраж:

 

Gбраж = Gспирт *Xспирт / Хбраж = 1000 * 0,9413 / 0,083 = 11340,96 кг/сут

 

Расчёт МБ по узлам (стадиям производства):

 

По всем узлам процесса брагоректификации химических превращений не происходит.

 

Узел 1. Перегонка бражки

 

Дополнительные исходные данные:

 

Массовая доля этилового спирта в бражке Xбраж = 8,30 %

Массовая доля этилового спирта в бражном дистилляте Xбр.дист. = 47,18 %

Массовая доля этилового спирта в эпюрированном вводно-спиртовом паре Xэп. в.с. пар = 10 %

Энтальпия водяного пара i`` = 2676 кДж/кг

Энтальпия эпюрированного пара i``э = 2540 кДж/кг

Выход эпюрированного водно-спиртового пара Pэ = 0,8 кг/л

 

ЗАГРУЖЕНО:

Бражка ……………………………………………………Gбраж = 11340,96 кг/сут

 

Итого загружено в 1 узле:

G1загруж = Gбраж = 11340,96 кг/сут

 

ПОЛУЧЕНО:

Количество эпюрированного водно-спиртового пара Gэп.в.с.пар:

Gэп.в.с.пар = Vусл.сп.* Pэ * i`` / i``э = (1000*0,9413/0,7893) * 0,8 * 2676 / 2540 = 1005,14 кг/сут

Количество бражного дистиллята Gбр.дист.:

Gбр.дист = ( Gбраж* Xбраж - Gэп.в.с.пар * Xэп. в.с. пар ) / Xбр.дист. =

= ( 11340,96 * 0,083 – 1005,14 * 0,1 ) / 0,4718 = 1782,09 кг/ч

Оставшаяся часть бражки, освобождённая от спирта и примесей представляет из себя барду. Количество барды Gбарды:

Gбард  = Gбраж – ( Gэп.в.с.пар + Gбр.дист ) =

= 11340,96 – ( 1005,14 + 1782,09 ) = 8553,79 кг/ч

Итого получено в 1 узле:

G1получ = Gэп.в.с.пар + Gбр.дист + Gбард =

= 1005,14 + 1782,09 + 8553,79 = 11340,96 кг/ч

Таблица 3.5

Материальный баланс перегонки бражки

 

Загружено			Получено
Сырье и полупродукты	%	Расход, кг/ч	Продукты, отходы, потери	%	Расход, кг/ч
1. Бражка		11340,96	1. Эпюрированный водно-спиртовый  пар   2. Бражный дистиллят   3. Барда		1005,14     1782,09   8553,79
Итого:		11340,96	Итого:		11340,96

 

Узел 2. Эпюрация

 

Дополнительные исходные данные:

 

Массовая концентрация спирта в эпюрате Хэпюрат = 15 %;

Процент отбора непастеризованного спирта из ректификационной колонны Kнепаст = 1,5 %;

Массовая концентрация этанола в непастеризованном спирте Хнепаст = 95,3 %;

Процент отбора головной фракции Кголов = 3 %;

Массовая концентрация спирта в головной фракции Хголовн = 88,29 %;

Процент отбора сивушного масла из эпюрационной колонны Ксив = 3 %;

Массовая концентрация спирта в сивушном масле Хсив = 65 %.

 

ЗАГРУЖЕНО:

Эпюрированный водно-спиртовый пар из узла 1 Gэп.в.с.пар = 1005,14 кг/ч.

Бражный дистиллят из узла 1 Gбр.дист = 1782,09 кг/сут.

Количество непастеризованного спирта из ректификационной колонны Gнепаст:

Gнепаст = Gусл.сп.  * Kнепаст / Хнепаст =

= (1000*0,9413) * 1,5 / 95,3 = 14,82 кг/ч

Спирт, выделенный из фракции головной (узел 4) Gсп. из фр гол = 31,01 кг/сут

Головной погон из сивушной колонны (узел 5) Gсп из сив. кол. = 50,01 кг/сут

Общая загружаемая масса:

G∑ = Gэп.в.с.пар + Gбр.дист + Gнепаст + Gсп. из фр гол + Gсп из сив. кол.  =

= 1005,14 + 1782,09 + 14,82 + 31,01 + 50,01 = 2883,07 кг/сут

Количество спирта в загружаемой массе:

Gсп = (Gэп.в.с.пар * Xэп. в.с. пар + Gбр.дист * Xбр.дист. + Gнепаст * Хнепаст) / 100% =

= ( 1005,14 * 10 + 1782,09 * 47,18 + 14,82 * 95,3 ) / 100 = 955,43 кг/сут

Массовая концентрация спирта в колонне:

Xэп. колл = (955,43 / 2883,07 ) * 100% = 33,14 %

Найдем количество лютерной воды, которую необходимо добавить для получения массовой концентрации спирта в эпюрате Хэпюрат = 15 %:

Gлют.вод = Gсп / Хэпюрат – G∑ = 955,43/0,15 – 2883,07 = 3486,46 кг/сут

Итого загружено в 2 узле:

G2загруж = Gэп.в.с.пар + Gбр.дист + Gнепаст + Gсп. из фр гол + Gсп из сив. кол. + Gлют.вод =

= 1005,43 + 1782,09 + 14,82 + 31,01 + 50,01  + 3486,46 = 6369,82 кг/сут

ПОЛУЧЕНО:

Количество фракции головного спирта Gгол :

Gгол = Gусл.сп * Кголов / Хголовн =

= (1000*0,9413) * 3 / 88,29 = 31,98 кг/сут

Количество фракции сивушных масел Gсив :

Gсив = Gусл.сп.  * Ксив / Хсив =

=(1000*0,9413)   * 3 / 65 = 43,44 кг/сут

Количество эпюрата Gэпюрат :

Gэпюрат = G2загруж – (Gгол + Gсив ) = 6369,82 – ( 31,98 + 43,44 ) = 6294,40 кг/сут

Итого получено в 2 узле:

G2получ = Gгол + Gсив + Gэпюрат = 31,98 + 43,44 + 6294,40 = 6369,82 кг/сут

Таблица 3.6

Материальный баланс эпюрации

 

Загружено			Получено
Сырье и полупродукты	%	Расход, кг/сут	Продукты, отходы, потери	%	Расход, кг/сут
1. Эпюриро-ванный водно-спиртовый пар   2. Бражный дистиллят   3.Непастеризо-ванный спирт   4. Спирт из фракции  головной   5. Головной погон из  сивушной колонны   6. Лютерная вода		1005,14         1782,09     14,82       31,01         50,01   3486,46	1. Фракция головного спирта   2. Фракция сивушных масел   3. Эпюрат		31,98     43,44   6369,82
Итого:		6369,82	Итого:		7066,71

 

 

Узел 3. Ректификация

 

Дополнительные исходные данные:

 

Нормативный выход ректификованного спирта к условному Yрект = 96 %;

Массовая концентрация этилового спирта в колонне Xрект = 88,5 %;

Процент отбора сивушного масла из эпюрационной колонны Ксив = 3,5 %;

Массовая концентрация спирта в сивушном масле Хсив = 40 %.

 

ЗАГРУЖЕНО:

Эпюрат из узла 2 Gэпюрат = 6369,82 кг/сут.

 

Итого загружено в 3 узле:

G3загруж = Gэпюрат = 6369,82 кг/сут

 

ПОЛУЧЕНО:

Количество ректификованного спирта Gрект :

Gрект = Gусл.спирт * Yрект / Xрект = 1000*0,9413 * 96 / 88,5 = 1021,07 кг/сут

Количество фракции сивушных масел Gсив :

Gсив = Gусл.сп.  * Ксив / Хсив = 1000 * 0,9413 * 3,5 / 40 = 82,36 кг/сут

Непастеризованный спирт Gнепаст = 14,82 кг/сут. Рассчитано в узле 2.

Количество образующейся лютерной воды Gлют вод:

Gлют вод = G3загруж – ( Gрект + Gсив + Gнепаст ) =

= 6369,82 – (1021,07 + 82,36 + 14,82 ) = 5251,57 кг/сут

Итого получено в 3 узле:

G3получ = Gрект + Gсив + Gнепаст + Gлют вод =

= 1021,07 + 82,36 + 14,82 + 5251,57 = 6369,82 кг/сут

 

Таблица 3.7

Материальный баланс ректификации

 

Загружено			Получено
Сырье и полупродукты	%	Расход, кг/сут	Продукты, отходы, потери	%	Расход, кг/сут
1. Эпюрат		6369,82	1. Ректификованный спирт   2. Фракция сивушных масел   3. Непастеризованный спирт   4. Лютерная вода		1021,07     82,36     14,82     5251,57
Итого:		6369,82	Итого:		6369,82

Узел 4. Разгонка головной фракции

 

Дополнительные исходные данные:

 

Нормативный выход головных примесей к условному спирту Yрект = 0,1 %;

Концентрация головных примесей в концентрате Fгол = 95,9 %.

 

ЗАГРУЖЕНО:

Фракция головная из узла 2 Gгол = 31,98 кг/сут.

 

Итого загружено в 4 узле:

G4загруж = Gгол = 31,98 кг/сут

ПОЛУЧЕНО:

Количество концентрата головных примесей Gконц гол :

Gконц гол = Gусл.сп.  * Yрект / Fгол = 1000 * 0,9413 * 0,1 / 95,9 = 0,97 кг/сут

Количество спирта, выделенного из фракции головной Gсп. гол.:

Gсп. гол = Gгол – Gконц гол = 31,98 – 0,97 = 31,01 кг/сут

Итого получено в 4 узле:

G4получ = Gконц гол + Gсп. гол = 0,97 + 31,01 = 31,98 кг/сут

 

Таблица 3.8

Материальный баланс разгонки головной фракции

 

Загружено			Получено
Сырье и полупродукты	%	Расход, кг/сут	Продукты, отходы, потери	%	Расход, кг/сут
1. Фракция головная		31,98	1. Концентрат головных примесей   2. Спирт из фракции головной		0,97     31,01
Итого:		31,98	Итого:		31,98

 

 

Узел 5. Концентрирование сивушного масла

 

Дополнительные исходные данные:

 

Нормативный выход сивушных масел к условному спирту Yсив = 0,3 %;

Концентрация сивушных масел в концентрате Fсив = 83,0 %;

Гидромодуль разбавления сивушных масел A = 2.

 

ЗАГРУЖЕНО:

Погон компонентов сивушного масла из эпюрационной колонны ( узел 2 ):

Gсив. эпюр = 43,44 кг/сут.

 

Погон паров сивушного масла из ректификационной колонны ( узел 3 ):

Gсив. рект = 82,36 кг/сут.

 

Количество лютерной воды Gлют. вод:

Gлют. вод = A * ( Gсив. рект + Gсив. эпюр ) = 2 * ( 82,36 + 43,44 ) = 251,60 кг/сут

 

Итого загружено в 5 узле:

G5загруж = Gсив. рект + Gсив. эпюр + Gлют. вод  = 82,36 + 43,44 + 251,60 = 377,40 кг/сут

 

ПОЛУЧЕНО:

Количество концентрата сивушных масел Gконц сив :

Gконц сив = Gусл.сп.  * Yсив / Fсив = 1000 * 0,9413 * 0,3 / 83,0 = 3,40 кг/сут

Головной погон из делителя потока флегмы и конденсатора колонны Gгп :

Gгп= 14,7 *  Gконц сив = 14,7 *  3,40 = 50,01 кг/сут

Лютерная вода Gл.в.:

Gл.в. = G5загруж - Gконц сив - Gгп = 377,40 – 3,40 – 50,01 = 323,99 кг/сут

Итого получено в 5 узле:

G5получ = Gконц сив + Gгп + Gл.в. = 3,40 + 50,01 + 323,99 = 377,40 кг/сут

 

 

 

Таблица 3.9

Материальный баланс концентрирования сивушных масел

 

Загружено			Получено
Сырье и полупродукты	%	Расход, кг/сут	Продукты, отходы, потери	%	Расход, кг/сут
1. Погон компонентов сивушного  масла из узла 2   2. Погон паров сивушного масла из узла 3   3. Лютерная вода		43,44         82,36       251,60	1. Концентрат сивушных масел   2. Головной погон   3. Лютерная вода		3,40     50,01   323,99
Итого:		377,40	Итого:		377,40

 

Узел 6. Деметанолизация спирта

 

Дополнительные исходные данные:

Процент отбора метанольной фракции Кмет = 2,14 %;

Концентрация спирта в метанольной фракции Хмет = 95,9 %.

 

ЗАГРУЖЕНО:

Ректификованный спирт из узла 3 Gрект = 1021,07 кг/сут.

Итого загружено в 6 узле:

G6загруж = Gрект = 1021,07 кг/сут

 

ПОЛУЧЕНО:

Количество метанольной фракции Gмет:

Gмет = Gусл.сп. * Кмет / Хмет = 1000 * 0,9413 * 2,14 / 95,9 = 21,07 кг/сут

Количество спирта ректификованного улучшенного качества «Экстра»    Gрект ук :

Gрект ук = Gрект - Gмет = 1021,07 – 21,07 = 1000,00 кг/сут

Итого получено в 6 узле:

G6получ = Gмет + Gрект ук = 21,07 + 1000,00= 1021,07 кг/сут

 

 

Таблица 3.10

Материальный баланс деметанолизации спирта

 

Загружено			Получено
Сырье и полупродукты	%	Расход, кг/сут	Продукты, отходы, потери	%	Расход, кг/сут
1. Ректифико-ванный спирт		1021,07	1. Метанольная фракция   2. Ректификованный спирт улучшенного качества «Экстра»		21,07     1000,00
Итого:		1021,07	Итого:		1021,07