При максимальній швидкості обертання барабану потрібна площа фільтрування

F = = 0,52 м².

При мінімальній швидкості обертання барабану потрібна площа фільтрування

F = = 1,296 м²

Повна поверхня барабану повинна бути (0,521,296)360/144 = 1,33,24 м². В той же час обраний апарат має поверхню 10 м², яку можна вважати завеликою. Найменший з даної серії апаратів є БГР-3-1,75, який має поверхню 3 м² і приблизно таку ж швидкість обертання.

Продуктивність вакуум-насосу повинна бути (0,52) (0,521,296) = 0,252,6 м³/хв. Обираємо насос ВВН-1,5.

Максимальна годинна продуктивність по фільтрату 3353/(937*11,5) = 0,31 м³/год. За умови встановлення двох ресиверів, які будуть перемикати кожні 2 години, об’єм кожного з ресиверів повинен бути (0,31*2)/0,8 = 0,775 м³. Приймемо стандартний об’єм 0,8 м³.

Буферний бункер для зневодненої біомаси (поз. 11).

Об’єм зневодненої біомаси знайдемо по різниці об’ємів вихідної суспензії, взятої на фільтрування, і фільтрату: 6,11 – 3353/937 = 2,53 м³. При коефіцієнті заповнення 0,8 об’єм бункера повинен становити 2,53/0,8 = 3,2 м³ (стандартна ємність).

Екстрактор (поз. 12).

Об’єм суміші при другій екстракції, коли об’єм осаду більше, ніж вихідний (див. розрахунок поз.14), становить 3,8 + 14020/790 = 21,55 м³. При коефіцієнті заповнення 0,8-0,9 об’єм екстрактора повинен бути 23,9-26,9 м³ (25 м³ – стандарт).

Вакуум-фільтр (поз. 13).

За цикл при кожній з двох екстракцій з подальшим фільтруванням утворюється 5613 кг вологого осаду і 27100/2 = 13550 кг екстракту (70%-й розчин метанолу). Коефіцієнт m₀ становить 5613/20,27 = 277 кг/м³. При часі фільтрування 1060 с (див. поз. 10) з 1 м² одержують V м³ фільтрату. В’язкість фільтрату приймемо близькою до в’язкості метанолу (0,6^.10^-3 Па^.с)

1060 = . Звідси V = 0,0030,0073 м³/(м^2.с).

Густина екстракту приблизно дорівнює густині метанолу (790 кг/м³). За один цикл фільтрування, який триває 5 годин, одержуємо 13550/790 = 17,15 м³ фільтрату.

Необхідна поверхня фільтрування при максимальній швидкості обертання барабану:

F = = 3,2 м²

При мінімальній швидкості обертання потрібна площа фільтрування:

F = = 7,8 м²

Повна площа барабану повинна становити (3,27,8)360/144 = 819,5 м².

Отже, обираємо апарат БГР-10-2,6, який повинен працювати при швидкості обертання барабану, близької до максимальної.

Для створення вакууму потрібно встановити вакуум-насос, який має продуктивність 3,2(0,52) = 1,66,4 м³/хв. Встановлюємо насос типорозміру ВВН-3.

Бункер для осаду (поз.14).

Після фільтрування першої порції екстракту утворюється 5613 кг вологого осаду, який містить 1987 кг кізельгуру. Решта – зневоднена АСБ (800 кг), багаточисельні розчинні речовини в невеликій кількості, а також майже нерозбавлений метанол. Приблизно густина цього осаду дорівнює  = [1987*2650 + 800*1100 + 790(5613 – 1987 – 800)]/5613 = 1490 кг/м³. Отже, об’єм осаду становить 5613/1490 = 3,8 м³. Беремо стандартну ємність типу ВКП об’ємом 5 м³.

Змішувач екстрактів (поз.15).

Всього за цикл утворюється 27100 кг екстракту. При його густині 853 кг/м³ об’єм екстракту становить 27100/853 = 31,77 м³. З запасом обираємо стандартну ємність типу ВЕЕ, споряджену електроперемішувальним пристроєм, об’ємом 40 м³.

Буферна ємність (поз.16).

За суттю ця ємність ідентична змішувачу екстрактів поз.15. В схемі вони по черзі будуть виконувати і функцію змішувача, і функцію ресиверів для вакуум-фільтра поз.13.

Вакуум-випарний апарат (поз.17).

Масштаб виробництва є достатньо невеликим, тому можна використати роторний вакуум-випарювальний апарат. Оскільки ступінь упарювання 50, то потрібно застосувати багатоступеневий роторний випарник.

Витрата метанольної пари-конденсату G_п = 26558/(11,5*3600) = 0,64 кг/с. Вміст води в екстракті і парі незначний, тому будемо вважати, що відгін складається тільки з метанолу.

Об” ємна витрата пари при вакуумі 200 мм рт. ст. (Р = 26664 Па), температурі 30С (Т = 303К) і при мол. масі метанолу 32 буде становити V_п = = 1,89 м³/с.

Швидкість руху пари в роторних апаратах не повинна перевищувати 1020 м/с (приймемо 15 м/с). Тоді площа перерізу апарату у верхній частині повинна бути не менше 1,89/15 = 0,126 м², а діаметр, відповідно, не менше 0,4 м.

Приймемо, що тиск пари, яку подають в сорочку апарата становить 0,3МПа (температура конденсації 132С, теплота конденсації 2171 кДж/кг)

Корисна різниця температури пари і метанолу в апараті дорівнює 132 – 30 = 102С

Теплове навантаження Q = 0,64*1184 = 757,8 кВт (де 1184 – теплота випаровування метилового спирту, кДж/кг).

Без розрахунку орієнтовно приймемо, що коефіцієнт теплопередачі становить 800 Вт/(м^2.К).

Потрібна площа випаровування

F = = 9,3 м²

Обираємо триступеневий випарник ИРС-12, який має діаметр першого ступеню 1000 мм і площу теплообміну 12 м².

Орієнтовний розрахунок і вибір конденсатора і холодильної машини.

В якості конденсатора оберемо кожухотрубний трубчатий теплообмінник, в міжтрубний простір якого подають метанольну пару. На виході з нього одержують метанол з температурою 5С. В трубний простір подають охолоджений у фреоновій машині розсіл. На вході в конденсатор температура розсолу -34С, а на виході - 9С.

Середня різниця температур

холодоносій

-34 -9

метанол

5 30

39 39

t_сер = 39С

З орієнтовним поправленням на відхилення від протитоку t_сер = 39*0,7 = 27,3С

Без розрахунку приймемо, що коефіцієнт теплопередачі К = 1000 Вт/(м^2.К).

Теплове навантаження на конденсатор становить Q = 757,8 + 0,64*1,38(30 – 5) = 779,9 кВт.

Поверхня теплообміну конденсатора повинна бути

F = = 28,6 м².

Найбільша холодопродуктивність фреонової машини з температурними границями теплоносія -34С…-9С 194 кВт. Отже, потрібно паралельно встановити 779,9/194 = 4 машини МКТ-220-2-2. З економічної та організаційної точки зору це не може вважатись доцільним.

Проблему можна вирішити декількома способами.

1). Стадію 6 потрібно розділити на дві: на першій стадії (6а), яка триває 14 годин, екстракт упарюють на 60%, а на другій (6б) за 11,5 годин процес завершують і проводять фільтрування концентрату.

2). Використати більш потужне агрегатне холодильне обладнання, яке складається з окремих частин і не поставляється в комплекті.

3). Перенести операцію фільтрування концентрату в стадію 7, а час стадії 6 (14 годин) повністю використати на упарювання; при цьому можна застосувати найбільш потужну машину МКТ350-2-1, яка має холодопродуктивність 674 кВт, а температурні межі холодоносія -12С…+10С

Останній варіант є найбільш доцільним, тим більше, що стадія 7 є недовантаженою. Оскільки операцію фільтрування потрібно розглядати як періодичну з одноразовим завантаженням, тому між стадією 6 та 7 потрібно встановити буфер.

Новий варіант розбивки стадій 6 та 7 на операції: