320 Периодически действующие ректификационные аппараты
Т а б л и ц а 74
Тепловой баланс кубового аппарата
|
|
|
<3 |
|
fVj » |
|
|
|
|
С*. |
|
^ о. |
|
|
|
|
ISJ |
|
|
|
Продукты |
|
|
О |
<3га |
Расчет |
|
|
|
* с |
|
|
|
а <3 |
о |
* Я |
|
|
|
|
а |
|
|
|
|
и =; |
|
|
|
|
О * |
|
|
|
|
|
|
п |
р И X о д |
|
С ы р е ц ........................ |
• |
. • |
0,9 |
79,3 |
|
9900-0,9-10 |
Оборотные продукты . . |
0,7 |
20 |
— |
480-0,7-20 |
Жидкая ф л е г м а ................ |
|
0,87 |
78,3 |
— |
25800-0,87-78,3 |
Греющий |
п а р .................... |
|
— |
106,56 |
641,2 |
G-641,2 |
|
В с е г о ........................ |
|
|
|
|
|
|
|
|
Р а с х о д |
|
Спирт 1 сорта(пары ). . . |
|
78,3 |
342 |
8875-342 |
Оборотные продукты (па- |
0,89 |
78,6 |
315 |
480-315 |
р ы ) .................................... |
|
|
Эфиры и |
альдегиды |
(па- |
0,89 |
78,8 |
315 |
195-315 |
р ы ) .................................... |
|
|
Сивушное масло (пары) . |
0,9 |
79,3 |
339 |
41,7-339 |
|
|
|
1 |
101,8* |
— |
788,3-101,8 |
Пары, образующие флег- |
— |
78,3 |
342 |
25800-342 |
« У ........................................ |
|
|
|
|
|
|
|
|
Конденсат: |
|
|
|
|
|
уходящий с кубовой |
1 |
101,8 |
|
775-101,8-1 |
водой ........................ |
|
|
вода, |
уходящая через |
|
|
|
|
конденсационный |
1 |
90** |
|
G-90 |
г о р ш о к .................... |
|
— |
В с е г о ........................
Итого в ккал(сутки
89100
6700
1760000
G-641,2
1855800+ + G-641.2
3040000
151000
61500
14100
80000
8825000
79000
G-90
1225 0500+ т с j *90
*Давление в кубе принято равным 1,1 ата.
**Средняя температура конденсата принята равной 90°.
Принимаем потери тепла в окружающее пространство равным 2,5°/о’от полезно затраченного тепла.
Тогда (12250600— 1855800) 1,025=0(641,2 — 90).
Отсюда находим суточный расход пара
„10394800-1,025
О = ------- |
ОО-----1)2-------- |
= 19200 кг/сутки, |
|
|
или 19,2 кг пара на 1 дкл абсолютного спирта.
Тепловой расчет кубового аппарата |
321 |
Определение основных размеров кубового аппарата
Для определения основных размеров куба периодически дей ствующего аппарата необходимо задаться продолжительностью одного цикла. Чем большей будет выбрана продолжительность цикла, тем больше будет объем куба, так как он должен вмес тить навалку, соответствующую производительности аппарата за время, равное продолжительности цикла. Так, в нашем при мере, если взять продолж'итель'ность, равную 2 суткам, то куб должен вместить (10380X2) кг навалки. С точки зрения орга низации работы наиболее удобным будет принять продолжи тельность цикла равной 24 часам. В этом случае куб должен вмещать навалку, соответствующую суточной производительно- , сти. При определении размеров куба принимают, что его полез ный объем составляет 0,8 от полного объема цилиндрической части. Отношение высоты Н к диаметру D для куба принима ется равным 1 : 1,1.
П р и м е р 13. Определить объем и размеры куба для аппарата произво дительностью 1000 дкл безводного спирта в сутки. Выход продуктов принять по примеру 12. Объем навалки будет равен объему сырца и оборотных сортов. Он равен
|
|
9900 |
|
480 |
= 12,4 мз. |
|
|
|
|
0,8405 + |
|
|
|
|
|
|
0,824 |
|
|
|
|
Объем цилиндрической части при коэффициенте использования 0,8 будет |
равен 12,4 : 0,8=15,5 лг3. |
|
|
/5=2,7 м. |
|
|
|
г |
Примем Н : D— 1. Тогда #=2,7, |
|
|
|
|
Высоту конической переходной части куба принимаем равной 0,4 м. Тог |
да общая высота куба будет равной 2,7+0,4=3,1 м. |
|
|
|
К о л о н н а . |
Количество тарелок |
принимается |
Т а б л и ц а |
75 |
в соответствии с принятым флегмовым числом. |
В |
Выбор числа тарелок |
табл. 75 приведены рекомендуемые числа тарелок |
в зависимости от среднего флегмового числа. |
|
ректификационного |
На основании этой таблицы выбираем |
число |
аппарата периодиче |
тарелок. Расстояние между тарелками принимает |
ского действия |
при |
ся от 140 до 220 мм. Рекомендуется |
170 мм, так |
стандартном |
ректифи |
как при этом расстоянии скорость |
в |
свободном |
кате |
|
|
сечении по уравнению (83) |
будет |
|
равна • (г= |
|
|
|
=25 мм) =0,4 м/сек. Скорость в отверстиях сит |
Среднее флег- |
Число |
принимается равной 4+5,5 м/сек. |
|
|
колонны |
мовое число |
тарелок |
П р и м е р |
14. Определить |
диаметр |
|
|
|
в соответствии с заданием |
примера |
12. |
Расчет |
2,5 |
52 |
нужно вести для -максимальной скорости |
I |
сгонки. |
Такой период будет во время |
отбора |
сорта. |
2,7 |
46 |
Если принять, что время отбора I -сорта |
|
состав |
3 |
42 |
ляет 70% от всей продолжительности огоики, |
то |
-максимальное часовое -количество паров |
|
дистил |
4 |
38 |
лята и флегмы, которое поднимается в колонне, |
|
|
|
будет р-авно |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
„8875-(1 + 2,7)
° = |
Ш Г 7 ------ |
= 1 9 5 ° K214- |
322 Периодически действующие ректификационные аппараты
Объем этих паров при давлении 1 ата (10330 кг/м2)\ температуре 78,3°
икрепости 95,18% вес. найдем по уравнению PV = GRT. Здесь V в м31ч.
22.4-10330
Газовая постоянная R = ---- 273Л4----- ’
где М—средний молекулярный вес паров. При крепости 95,18% вес.
95,18-46 + 4,82-18 |
19. |
М — |
44,5 и R = |
100 |
|
|
Отсюда, в нашем примере |
|
|
1950-19 (273+78,3) |
|
|
=0,354 м31сек. |
3600-10330 |
|
Найдем диаметр колонны при |
скорости паров 0,4 |
м3/сек из уравнения |
0,354 = |
3,14 D2 |
|
0,4; |
|
D ss 1,07 м я 1070 мм.
Определение поверхности нагревательных элементов дефлегматора и холодильника
Для определения поверхности нагрева кубовых кипятильни ков или змеевиков необходимо определить их максимальную тепловую нагрузку. Периодом максимальной нагрузки будет, как сказано выше, период отбора I сорта. В этом периоде испаряе^Рся максимальное количество паров, которые образуются в кубе. Выше, в примере 14, было показано, как определяется мак симальное часовое количество паров, поднимающихся в колон не. Это пары, образующиеся за счет тепла, переданного через поверхность кипятильников куба. Поэтому, если мы определим скрытую температуру испарения этих паров, то получим макси мальную тепловую нагрузку кубовых кипятильников.
П р и |
м е р |
15. Определить поверхность нагрева нагревательных элемен |
тов куба |
для |
аппарата суточной производительностью 1000 дкл безводного' |
спирта. Все необходимые данные взяты из предыдущих примеров. Максимальная тепловая нагрузка будет равна
1950-231,5 = 450000 ккал!ч,
где 231,5—скрытая теплота испарения ректификата.
Коэффициент теплопередачи для кипящей жидкости в кубе найдем на уравнения:
К = |
1 |
гскал1м*-ч-град. |
1/сц + |
S/X + l/<Xj |
считал для кипящей навалки сн= 2000 ккал1м2 . ч-град, а2 для конденси рующегося пара 10000 ккал/м2 • ч • град, 6=0,003 м и К для стали 40
ккал/м • ч ■град, имеем К= 1470 ккал1м2• ч • град.
Нормы производительности кубовых аппаратов |
323 |
Приняв давление греющего пара равным 1,3 ата, имеем температуру его равной 106,56° С. Температуру кипящей жидкости возьмем для наиболее иеилагоприятного момента — конца сгонки 1 сорта, когда крепость спирта в кубе невелика. Примем ее разной к концу сгонки I сорта 10% об. Тогда температура кипения будет 92,6°С. Разность температур будет 106,7—92,6= 14,1°.
Поверхность нагрева
|
450000 |
|
22 м2. |
|
14,1-1470 |
же |
Поверхность охлаждения дефлегматора и холодильника находится так |
для периода наибольшей его тепловой нагрузки, т. е. для периода отбо |
ра |
спирта I сорта. Способ определения максимальной часовой нагрузки ясен |
из предыдущего. |
за |
Если обозначить количество паров флегмы, поступающих в дефлегматор |
один цикл, через Ф, а продолжительность отбора I сорта принять равной |
и,в от всей продолжительности цикла, то
Ф г
<2д = 24-0,8 ккал/ч,
где г—скрытая теплота конденсации флегмы.
Аналогично для холодильника
Qx = |
D r + D ( tB - t K) |
-------- 2И0 7-------- ккал/ч, |
где: D— количество ректификата за цикл; |
to — температура пара, |
поступающего в холодильник, равная температу |
ре кипения ректификата;
tK—конечная температура ректификата.
Имея значения Qg и Qx , находим поверхности теплопередачи дефлегма тора и холодильника.
§ 7. НОРМЫ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ КУБОВЫХ
РЕКТИФИКАЦИОННЫХ АППАРАТОВ
Расчет производительности ректификационных аппаратов периодического действия производится по следующим форму лам [6].
Суточная производительность кубового ректификационного аппарата, работающего по способу непрерывных наполнений, для зерно-картофельного спирта-сырца
М = 1,1 (KF ± 1,5 п) КгК3 дкл/сутки. |
(109) |
Для паточного спирта-сырца |
|
М. = (KF ± 1,5л) KiK2 дкл/сутки, |
(110) |
где: п — недостаток или избыток числа тарелок против |
числа |
42; |
|
3 2 4 |
Периодически |
действующие |
ректификационные |
аппараты |
|
F—площадь поперечного сечения колонны в м2-, |
|
К—величина съема спирта с 1 м2 колонны |
(в дкл абсо |
|
лютного спирта в час) |
берется в зависимости от типа |
|
тарелок и сечения колонны. |
|
|
|
|
Значение коэффициента К находим по табл. |
76. |
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а |
76 |
|
|
|
Значения К |
|
|
|
|
Снтчатые тарелки |
|
Колпачковые |
тарелки |
|
F колонны |
значение |
К |
F колонны |
значение К |
|
|
В М* |
|
В Л1а |
|
|
|
|
|
|
|
|
До |
0,35 |
90 |
|
До |
0,35 |
80 |
|
. |
0,50 |
85 |
|
. |
0,50 |
75 |
|
. |
0,70 |
80 |
|
, |
0,70 |
70 |
|
, |
0,90 |
75 |
|
, |
0,90 |
65 |
|
. |
1,25 |
|
|
|
|
|
|
|
и выше |
70 |
|
. |
1,25 |
60 |
|
К\—•коэффициент, зависящий от размеров поверхности тепло |
|
обмена дефлегматора, |
приходящейся на 1 дкл производи |
|
тельности аппарата в час. |
|
|
|
|
Значение коэффициента К\ находится из табл. 77. |
|
|
|
Значения |
Т а б л и ц а |
77 |
|
|
|
|
|
|
|
Поверхность |
к, |
Поверхность деф |
|
к, |
|
дефлегматора |
|
легматора в м2 |
|
|
в м1 на дкл/ч |
|
|
на |
дкл(ч |
|
|
|
0,3 и ниже |
0,5 |
0,6 |
|
1,0 |
|
0,4 |
|
0,66 |
0,65 |
|
1,04 |
|
0,45 |
0,75 |
0,7 |
|
1,08 |
|
0,5 |
|
0,833 |
0,75 |
|
1,12 |
|
0,55 |
0,92 |
0,9 и выше |
1,18 |
—число часов отбора I сорта ректификованного спирта в течение суток, принимается по табл. 78.
В первой графе табл. 78 указана продолжительность одного цикла. К.п.д. — коэффициент полезного действия, то есть доля,
Нормы производительности кубовых аппаратов |
325 |
|
Значения |
Т а б л и ц а |
78 |
|
Kt |
|
Число часов, |
|
|
|
затраченное |
К. п. д. аппарата |
к* |
|
на перегонку |
|
навалки |
|
|
|
20 |
0,625 |
15 |
|
25 |
0,65 |
15,6 |
|
30 |
0,68 |
16,3 |
|
35 |
0,71 |
17 |
|
40 |
0,75 |
18 |
|
которую составляет продолжительность отбора I сорта от об щей продолжительности цикла.
П р и м е р 16. Сечение колонны Е=1,1 ж2. Колонна имеет 46 ситчатых тарелок. Поверхность дефлегматора 50 ж2, продолжительность цикла 30 ча сов. К.п.д. равен 0,68. Определить производительность для паточного сырца Сначала найдем ориентировочно часовую производительность аппарата.
Она будет равна
KF + (46 — 42) 1,5 = 70-1,1 + 4 -1 ,5 = 83 йлтл/ч.
Теперь вычислим поверхность дефлегматора, приходящуюся на 1 дкл/п.
Она равна 50 : 83=0,6. |
|
|
|
|
|
|
|
|
Отсюда /Ci= 1. Находим М. |
|
|
дкл/сутки. |
|
|
|
|
|
М = (70 • 1,1+ 4 • 1,5) 16,3= 1350 |
|
|
|
|
|
|
|
|
ЛИТЕРАТУРА |
|
|
|
|
1. |
В. |
Н. |
С т а б н и к о в, |
В. |
Д. П о п о в, |
Ф. |
А. Р е д ь к о , |
Процессы и |
аппараты пищевых производств, Пищепромиздат, 1959. |
|
|
2. |
А. |
А. |
К и р о в , |
Аппараты для ректификации спирта, Пищепромиздат, |
1940. |
Г. |
Ф е р т м а н, |
А. |
П о к р о в с к и й , Т. |
В и ш н е в с к а я , |
«Сппртово- |
3. |
дочная промышленность», 1940, № 10—11. |
«Спиртовая промышленность», |
4. |
В. |
П. |
Г р я з н о в , |
Б. |
И. |
С о к о л о в , |
1957, № 2. |
П. |
Г р я з н о в , |
А. |
П. |
П а х а л о в, |
Г. |
В. Р ж е ч и ц к а я, |
«Спир- |
5. |
В. |
•товая промышленность», 1959, № 6. |
|
|
|
|
6. Инструкция по определению и учету производственных мощностей ли |
керо-водочных заводов, |
утвержденная Госпланом СССР 28 ноября |
1959 г. |
Г Л А В А XII
РЕКТИФИКАЦИОННЫЕ АППАРАТЫ НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ
Ректификационные аппараты непрерывного действия пред ставляют собой наиболее совершенный тип ректификационного аппарата. В этих аппаратах процесс получения из спирта-сыр ца стандартного ректификата или спирта высшей очистки, удовлетворяющих требованиям ГОСТа, проводится непрерывно. Кроме того, в них также непрерывно отбирают эфиро-альдегид ную фракцию и сивушное масло.
Известен ряд схем непрерывно действующих ректификаци онных аппаратов, отличающихся числом колонн и последова тельностью отбора компонентов сырца.
На заводах Советского Союза получил распространение на иболее целесообразный тип аппарата, в котором из сырца сна чала выделяют более летучие компоненты, образующие эфиро альдегидную фракцию. Освобожденный от основной массы эфи ров и альдегидов сырец поступает на дальнейшую обработку для выделения стандартного спирта-ректификата.
Первый процесс — освобождение от легколетучих компонен тов—протекает в особой колонне, получившей название эфиро альдегидной (эпюрационной).
Второй процесс протекает во второй колонне — ректифика ционной. В этой же колонне происходит непрерывное выделе ние сивушных масел и окончательное выделение головных при месей.
Таким образом, для выделения этилового спирта из такой сложной смеси, какой является спирт-сырец, требуется только две колонны. Аппараты этого типа получили название двухко лонных аппаратов.
§ 1. ДВУХКОЛОННЫЙ АППАРАТ ,
На рис. 146 приведена схема двухколонного аппарата. Изо браженный на схеме аппарат имеет две колонны: эпюрационную 7 и ректификационную 10.
Спирт-сырец из напорного резервуара 1 через регулятор напора 2 поступает в подогреватель 3, где подогревается за
328 Ректификационные аппараты непрерывного действия
счет охлаждения лютерной воды, отходящей из колонны 10. Подогретый сырец поступает через смеситель 19 в эпюрационнуго колонну 7. Смеситель служит для разбавления сырца, ес
ли это |
требуется, водой, поступающей из напорного резерву |
ара 6. |
Эпюрационная колонна состоит из двух частей: нижней, |
лежащей ниже входа сырца, и верхней. Эпюрационная колонна имеет горизонтальный трубчатый дефлегматор 8 с водяным ох лаждением и вертикальный трубчатый конденсатор 9. В этой колонне выделяются головные продукты, которые1поступают в фонарь 24, а отсюда—в сборник. Освобожденный от большей части головных примесей сырец (эпюрат) направляется снизу эпюрационной колонны в ректификационную колонну 10.
Ректификационная колонна имеет дефлегматор И и конден сатор 12. Спирт-ректификат отбирается в ней с одной из верх них тарелок (4-й или 5-й сверху) в жидком виде. Он направ ляется на холодильник спирта-ректификата 16, а отсюда—на . фонарь 22 и контрольный снаряд. Головные продукты, выделен ные из эпюрата, концентрируются в ректификационной колонне и отводятся из конденсатора 12 в эпюрационную колонну. Этот продукт носит название непастеризованного, или нестандартно го, спирта. Часть его присоединяется к флегме, поступающей в ректификационную колонну на дефлегматор.
Пары сивушного масла через сепаратор 25 поступают в хо лодильник 17, где они конденсируются. Далее конденсат посту пает в маслоотделитель 20 через смеситель 21, куда добавляет ся вода, необходимая для выделения масла. Выделившееся мас ло направляется в сборник, а водно-спиртовой раствор возвра щается в колону через подогреватель 13. В ректификационной колонне отбираются также промежуточные продукты (крепкий сивушный спирт), которые направляются через холодильник 17 на фонарь 23. Греющий пар поступает через паровой регуля тор 14 в нижнюю часть ректификационной колонны. Эпюра ционная колонна обогревается паром, поступающим из кубовой части ректификационной колонны, благодаря чему аппарат име ет только один паровой регулятор. Некондеисирующиеся газы из конденсаторов через сепаратор 33 направляются в конденса тор, установленный в баке холодной воды. В конденсаторе кон денсируются спиртовые пары, унесенные газами, а газы выбра сываются в атмосферу. Для предохранения аппаратуры от сжа тия устанавливаются вакуум-прерыватели 29, 30, 31. Для кон троля количества продуктов устанавливаются ротаметры 15, а для контроля потерь спирта в лютере—пробный холодильник
18.
Охлаждающая вода поступает из бака холодной воды и проходит последовательно через холодильник 16, конденсаторы и дефлегматоры.
Другие типы аппаратов непрерывного действия |
329 |
§ 2. ДРУГИЕ ТИПЫ РЕКТИФИКАЦИОННЫХ АППАРАТОВ НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ
Кроме двухколонных ректификационных аппаратов, имеют ся многоколонные, в которых установлены дополнительные ко лонны для очистки ректификата от головной и хвостовой фрак ций. Известно большое количество различных типов многоко лонных ректификационных аппаратов.
Остановимся на четырехколонном аппарате с дополнитель ной сивушной колонной (рис. 147). Аппарат этот имеет четыре колонны: эпюрационную 4, ректификационную, разделенную на две части, выварную 7 и концентрационную 8, сивушную 12.
Концентрационная колонна 8 в нижней части имеет так на зываемый аккумулятор 9. Он представляет собой резервуар, содержащий водно-спиртовой раствор. Наличие большого за паса жидкости в аккумуляторе ведет к тому, что колебания в притоке эпюрата и в его крепости не отражаются на работе ректификационной колонны.
Работа аппарата протекает следующим образом. Спиртсырец через фильтр 1 поступает в регулятор уровня 2, откуда идет в подогреватель сырца 3. Сырец подогревают горячей лютерной водой, выходящей из выварной части ректификационной колонны. Подогретый сырец направляют в альдегидную колон ну 4. Поступающий в эту колонну сырец разбавляют лютерной водой, которую насосы 32 подают в бак 21.
Из альдегидной колонны пары, содержащие головные про дукты, попадают в дефлегматор 5 и конденсатор 6. Часть кон денсата возвращается в колонну в качестве флегмы. Другую часть направляют в секционный холодильник 15, откуда головныепродукты идут в фонарь 25. Эпюрат из нижней части аль дегидной колонны поступает на верхнюю тарелку выварной колонны. Альдегидная колонна обогревается паром, подачу ко торого регулируют регулятором 27.
Лютерная вода из выварной колонны стекает в нагреватель сырца 3. Стандартный спирт в жидком виде отбирают с верх них тарелок ректификационного аппарата. Затем он поступает в холодильник 15, а оттуда — в фонарь 24.
Ректификационная колонна имеет дефлегматор 10 и конден сатор 11. Часть конденсата из конденсатора 11, содержащая головные продукты, возвращается в эпюрационную колонну.
Хвостовые и промежуточные примеси из .ректификационной колонны в жидком виде проходят через фона-рь 19 в дополни тельную -сивушную колонну 12. Назначение этой колонны заклю чается в концентрации хвостовых .примесей и отделении их от промежуточных.
