Техническая характеристика одноколонной брагоперегонной установки

Производительность при переработке

бражки крепостью 7,5 об. %, дал/сут 500

Режим работы бражной колонны:

избыточное давление, МПа до 0,05

средняя температура, °С 100

Общее число тарелок: 27

в том числе в укрепляющей части

многоколпачковые 7

ситчатые 2

в истощающей части одноколпачковые 18

Диаметр колонны (внутренний), мм 700

Высота колонны, мм 8240

Масса, кг 9566

Горизонтальный дефлегматор (рис. 21.6) состоит из двух барабанов. Он имеет две трубчатые многоходовые поверхности охлаждения. В одной из них по трубам протекает бражка, в другой – охлаждающая вода. Бражка и вода делают в дефлегматоре несколько ходов, что обеспечивается соответствующим расположением перегородок в распределительных коробках.

Для направления потока пара в межтрубном пространстве дефлегматора установлены поперечные перегородки. Бражные трубы дефлегматоров изготовляют из меди, водяные трубы – из стали. Дефлегматор испытывают гидравлическим давлением 0,4 МПа для трубного пространства и 0,15 МПа для межтрубного пространства. Корпус дефлегматора, коробки, крышки, решетки, фланцы, патрубки и трубы водяной секции изготовляются из углеродной стали; трубы бражной секции – из меди; обечайки, фланцы, днище и решетки – из стали.

Рис. 21.5. Одноколонный брагоперегонный аппарат

Рис. 21.6. Двухбарабанный горизонтальный дефлегматор

Техническая характеристика дефлегматора двухбарабанного горизонтального

Диаметр (внутренний) барабана, мм 600

Длина, мм 3465

Общая площадь поверхности теплообмена, м² 32

Масса, кг 495

Комбинированный холодильник (рис. 21.7) для конденсации и охлаждения спирта-сырца в верхней части имеет прямые медные трубы, по которым движется вода, а в нижней части холодильника установлены медные змеевики. Вода поступает сначала в нижнюю часть холодильника и омывает наружную поверхность змеевиков, затем она направляется в трубное пространство верхней части. Трубы змеевиков имеют малое сечение, поэтому скорость конденсата в них и коэффициент теплопередачи значительны.

Техническая характеристика комбинированного холодильника для спирта-сырца

Диаметр (внутренний), мм 600

Высота, мм 3806

Площадь поверхности охлаждения, м²:

трубной части 20

змеевиковой части 5

Масса, кг 1037

Инженерные расчеты. Исходными данными для расчета брагоперегонных аппаратов являются производительность аппарата, содержание спирта в бражке (крепость) и спирте-сырце. Для расчета этих показателей вначале требуется определить число тарелок в аппарате, диаметр и высоту колонн, диаметр штуцеров для ввода пара, бражки, для отвода паров спирта-сырца и барды.

После выбора типа тарелки определяют предельно допустимую скорость пара или газа v_пр, (м/с) по уравнению

Рис. 21.7. Комбинированный холодильник

для спирта-сырца

.

где _ж, _г – соответственно плотность жидкости и газа, кг/м³.

Скорость газа (пара) в свободном сечении колонны принимается равной (0,8…0,9) v_пр.

Минимальное расстояние между тарелками, обеспечивающее необходимый гидравлический затвор, определяется соотношением

,

где h_д – высота столба жидкости в сливном патрубке, необходимая для создания скорости жидкости, м; h_з – высота столба жидкости в сливном патрубке, обеспечивающая гидравлический затвор, м; h_о – расстояние от тарелки до нижнего края сливного патрубка, м.

Высота столба жидкости в сливном патрубке

,

где v_с – скорость жидкости в сливном патрубке, принимаемая обычно в пределах 0,02…0,06 м/с; ₁ – коэффициент сопротивления выхода; ₂ – коэффициент, выражающий сопротивление сливного патрубка.

В свою очередь

,

где  – коэффициент гидравлического сопротивления; l_с – рабочая длина сливного патрубка (h_д + h_з), м; d_с – диаметр сливного патрубка, м.

Высота h_з уравновешивает перепад давления между тарелками. Следовательно,

,

где _п – плотность пены в сливном патрубке, приближенно равная 0,5 _ж.

Сопротивление ситчатой тарелки р (Па) может быть определено по уравнению

,

где – сопротивление «сухой» тарелки; – перепад давления, необходимый для преодоления сил поверхностного натяжения; – сопротивление столба жидкости в тарелке.

Величина определяется по величине поверхностного натяжения жидкости

,

где  – поверхностное натяжение на границе фаз, Н/м; d₀ – диаметр отверстия в тарелке, м.

Сопротивления и могут быть вычислены по уравнениям

; ,

где v₀ – скорость газового (парового) потока в отверстиях тарелки, м/с; k = 0,5 – отношение плотности пены на тарелке к плотности жидкости; h – высота сливного порога, м; h – высота слоя небарботируемой жидкости у сливного порога, м;

,

где L – массовый расход жидкости, кг/ч;  – коэффициент расхода жидкости через сливную перегородку ( = 6400...10 000); b – ширина сливной перегородки, м.

Гидравлическое сопротивление колпачковой тарелки определяется из равенства

,

где – потери давления газового (парового) потока при проходе через колпачок, Па; – потери давления при проходе газа (пара) через прорези, Па; – сопротивление столба жидкости на тарелке, Па.

Сопротивление колпачка с достаточной точностью можно определить, суммируя потери давления при преодолении местных сопротивлений, обусловленных сужением газовой струи и ее поворотами внутри колпачка. Минимальные гидравлические сопротивления обычно соответствуют равенству скоростей газового потока во всех сечениях колпачка

,

где d_п – диаметр патрубка, м; d_к – диаметр колпачка, м; h_к – высота расположения колпачка над патрубком, м.

Лучшие гидротермические характеристики имеют колпачки, у которых диаметр равен 40…60 мм и площадь всех сечений паровых патрубков составляет 10…15 % площади поперечного сечения колонны.

Сопротивление колпачка может быть вычислено по формуле

,

где v – скорость газа (пара) в патрубке, м/с; – сумма всех сопротивлений.

Сопротивление прорезей можно найти по уравнению

,

где _пр = 1,5 – коэффициент местного сопротивления при проходе газа через прорезь; v_пр – скорость газа (пара) в прорези, м/с; р_ – сопротивление, обусловленное силами поверхностного натяжения, Па.

В данном случае

,

где d_г – гидравлический диаметр открытого отверстия прорези.

Сопротивление столба жидкости на колпачковой тарелке определяется по тому же уравнению, что и на ситчатой.

Мерой оценки эффективности реальной (действительной) тарелки является ее коэффициент полезного действия (КПД). В практике определяют КПД не отдельной тарелки, а средний КПД тарелок всей колонны (или значительного ее участка), который равен отношению числа теоретических тарелок n, необходимых для осуществления заданного разделения смеси, к числу реальных тарелок N, необходимых для той же цели

.

КПД тарелок зависит от их конструкции, диаметра колонны, межтарелочного расстояния, скорости пара, нагрузки колонны, физических свойств разделяемой смеси и др. ( = 0,4…0,6).

Содди заметил гелий только потому, что он его искал. Бронштейн Матвей Петрович (1906–1938), физик