Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Оборудование, аппараты и приборы микробиологических производств. Учебное пособие

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

07.09.2026

Размер:

2 Мб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 78 / 98 9 > Следующая >>>

дефлегматором, теплообменником и др. В многоколонных агрегатах каждая колонна делит смесь на две фракции, число колонн должно быть на одну единицу меньше числа компонентов в смеси. На заводах применяют непрерывнодействующие агрегаты со значительно более сложными схемами, построение которых зависит от свойств исходных смесей, объема производства и требований к продуктам перегонки. Колонные аппараты бывают насадочные и тарельчатые. На гидролизных заводах применяют преимущественно тарельчатые колонны колпачкового типа. Тарелка колпачкового типа простейшей конструкции представляет собой горизонтально расположенный диск, который имеет горловину, обращенную вверх, называемую воротником или паровым патрубком. Над горловиной укреплен колпак, диаметр которого больше, чем диаметр воротника. Колпак установлен так, чтобы между стенками горловины и колпаком, а также между кромками колпака и плоскостью тарелки имелись зазоры. Кроме колпака, на тарелке имеется так называемый переливной стакан. Часть стакана приподнята над плоскостью тарелки на высоту несколько меньшую, чем высота воротника. Вторая часть стакана опущена под плоскость тарелки на нижележащую тарелку, не достигая ее, образуя, зазор между кромками стакана и плоскостью этой же нижележащей тарелки.

Процесс ректификации в колонне с колпачковыми тарелками протекает по следующей схеме. Жидкость в кубовой части колонны кипит, подогреваемая теплотой конденсации глухого или острого пара. Из этой жидкости с низкой концентрацией легколетучего компонента образуется пар с более высокой концентрацией легколетучего компонента, близкой к равновесной концентрации. Образовавшийся пар поднимается вверх, встречает на пути первую вышележащую тарелку, проходит через ее воротник, встречает колпак, продвигается вниз по кольцевому зазору, образованному стенками воротника и колпака, и затем пробулькивает через слой жидкости, заполняющей тарелку до уровня переливного стакана. Пары, пробулькивая через жидкость, конденсируются в ней и за счет теплоты конденсации образуют новые пары, более богатые легколетучим компонентом. Пробулькивание паров через жидкость, или, как его называют, барботирование, происходит вследствие разности давлений под тарелкой и над ней. Величина разности давлений складывается из гидростатического давления слоя жидкости на тарелке и местных сопротивлений прохождению пара, которые создают воротник и колпак. Конденсация пара при баработировании происходит вследствие меньшей температуры кипения

жидкости на тарелке в сравнении с температурой кипения жидкости в кипятильной (кубовой) части. Образовавшиеся пары на паровой тарелке с концентрацией легколетучего компонента, близкой к равновесной, поднимаются на вышележащую вторую тарелку и далее процесс повторяется столько раз, сколько тарелок в колонне. Навстречу парам сверху вниз стекает жидкость, в укрепляющей части – смесь, подлежащая разделению и флегма из укрепляющей колонны. Жидкость течет по поверхности тарелки, снимает периметр колпака и контактирует с барботируемым паром. Далее жидкость переливается через периметр кромок внутрь стакана и по его внутренним стенкам спускается на нижележащую тарелку, обедненная легколетучим компонентом. Таким образом, на каждой тарелке происходит конденсация и образование новых паров и осуществляется массообмен между паровой и жидкой фазой. В результате из верхней части колонны уходят пары с наибольшей концентрацией легколетучего компоненте, а жидкость удаляется внизу из кубовой части колонны, почти лишенная этого компонента.

Исчерпываемая или питающая жидкость подается на верхнюю тарелку исчерпывающей части колонн. Эту тарелку называют питательной.

Унос жидкости паром. При барботаже поток пара механически

увлекает с собой частицы жидкости и переносит их с нижележащих тарелок колонны на вышележащие. Унос жидкости понижает концентрацию легко летучего компонента на тарелках и тем самым нарушает режим работы аппарата. Унос жидкости бывает трех видов:

1) в виде пены, свойственной колоннам с малым расстоянием

между тарелками;

2) в виде тумана и очень мелких капель, которые образуются

при барботаже;

3) в виде крупных капель – брызг, которые подбрасываются

с поверхности жидкости, кипящей на тарелке.

Наиболее отрицательно влияет на работу колонны третий вид уноса. Образование и унос брызг возникают в местах повышенной интенсивности барботажа. Это происходит в результате накопления на тарелках в зоне барботажа плотных осадков, а также перекосов колпаков, тарелок или совместно тех и других. Во всех случаях пары устремляются и барботируют через участки с наименьшим сопротивлением. Здесь пары не успевают полностью конденсироваться, частично проскакивают через слой жидкости и отрывают от нее крупные частицы в виде брызг. Некоторые брызги по инерции попадают

на внутреннюю поверхность колпаков вышележащих тарелок и затем стекают на тарелку. Также отрицательно влияет на работу колонны унос жидкости пеной с нижележащих тарелок на вышележащие. Унос пены происходит в результате засорения переливного стакана и связанного с этим значительного повышения уровня жидкости на тарелке. Это явление может также наблюдаться при переработке бражки с повышенной кислотностью. Из приведенного следует, что в действительности процесс ректификации протекает в очень сложных условиях. На тарелках никогда не достигается равновесное состояние между фазами – пары увлекают капельки жидкости с нижележащих тарелок на вышележащие, часть паров конденсируется на пути продвижения с нижележащих тарелок на вышележащие вследствие тепловых потерь стенками колонны. Все эти явления зависят от множества различных факторов, главные из них следующие:

1) характеристика питающей смеси, т. е. состав, концентрация,

вязкость и плотность компонентов, кислотность и т. д.;

2) условия контакта жидкой и парообразной фазы, т. е. скорость

движения фаз, глубина барботирования, степень перемешивания и т. п.;

3) конструкция аппарата, т. е. конфигурация колпачков и сливных

стаканов, взаимное расположение их, размеры вырезов на колпаках, расстояние между тарелками и т. п.;

4) состояние аппарата, т. е. сохранение горизонтальности таре-

лок, кромок колпаков и переливных стаканов, а также загрязнение тарелок и их деталей.

Для достижения высоких показателей работы колонных аппаратов монтаж и обслуживание их должны проводиться с особой тщательностью и при строгом соблюдении предписанных правил. Нельзя работать со сниженной производительностью, так как это приводит к ухудшению перемешивания жидкости барботирующим паром и плохому обновлению жидкости в различных частях тарелок. По этим же причинам нельзя допускать загрязнения тарелок осадками и смолистыми отложениями. Нельзя допускать значительной перегрузки колонны, так как в этом случае не успевают вывариться легколетучие компоненты, и, кроме того, наблюдается повышенный унос капель жидкости с нижележащих тарелок на вышележащие, вырастает уровень жидкости на тарелках и увеличивается давление в колонне.

Для каждой колонны должны быть установлены режим и показатели работы, которые обеспечивают переработку наибольшего количества смеси при наименьших затратах греющего пара, охлаждающей воды и потерях продукта.

При правильно составленном и строго соблюдаемом режиме эксплуатации непрерывно-действующего колонного аппарата с колпачковыми тарелками можно почти полностью разделить смеси и получить компоненты высокой чистоты.

Роль дефлегматора. Уже было указано, что многократная кон-

денсация паров в ректификационной колонне достигается орошением флегмой, которая является частью погона. Отношение количества флегмы к количеству отбираемого дистиллята называется флегмовым числом. Если, например, в дефлегматоре образуется 1 000 кг/ч конденсата, из которого 800 кг/ч возвращается в колонну в качестве флегмы, а 200 кг/ч уходит как продукт, то флегмовое число будет 800 : 200 = 4. Известно, что при одинаковом числе тарелок в колонне с повышением флегмового числа будет полнее исчерпывание и выше концентрация легколетучего компонента в дистилляте.

Значение флегмового числа можно также формулировать следующим образом: чем больше флегмовое число, тем меньше необходимо тарелок в колонне для достижения эффективного разделения смеси. Однако увеличение флегмового числа ведет к увеличению расхода греющего пара и охлаждающей воды и поэтому устанавливать величину флегмового числа надо на основании экономических расчетов.

Следует учитывать, что дефлегматор обладает укрепляющим действием и тем самым как бы дополняет колонну тарелками. Пары в дефлегматоре укрепляются вследствие частичной избирательной конденсации труднолетучего компонента, а также вследствие контакта между поднимающимися парами и стекающим конденсатом. Наибольший укрепляющий эффект наблюдается у горизонтальных кожухотрубных дефлегматоров. Можно считать, что каждые 10–15 м2 поверхности конденсации горизонтального дефлегматора эквивалентны одной тарелке.

Колонные аппараты. Общая характеристика. На гидролиз-

ных заводах колонные аппараты можно разделить по назначению на бражные, спиртовые, метанольные, эпюрационные и окончательные. Такое деление и наименование колонн – условно, однако оно укоренилось среди работников отрасли. Бражная колонна предназначена для извлечения из бражки легколетучих компонентов. Иногда эти колонны называют исчерпывающими. Спиртовая колонна предназначена для укрепления спирта и выделения головных и хвостовых фракций; эпюрационная – для выделения головных примесей из дистиллята бражной колонны до передачи его в спиртовую колонну; метанольная – для выделения и очистки метанола; окончательная колонна – для очистки этилового спирта от легколетучих примесей.

На заводах применяют колонны, изготовленные из чугуна, красной меди и кислотостойкой стали. Бражка и погоны гидролизных заводов содержат свободные органические летучие кислоты и поэтому обладают агрессивными свойствами. Даже при обычной температуре указанные среды постепенно разрушают стенки стальных трубопроводов. С повышением температуры разрушение происходит сильней.

Раньше и теперь колонны изготовляют главным образом литые из чугуна с тарелками колпачкового типа. Для уменьшения коррозии и увеличения срока работы все детали отливают из чугуна, содержащего около 0,5 % меди и 0,75 % марганца. Присутствие меди и марганца даже в таких малых количествах обеспечивает нужную химическую стойкость, а также повышает плотность и непроницаемость деталей.

В начальный период эксплуатации колонных аппаратов их поверхности, соприкасающиеся с жидкостями и парами, все же корродируют. Однако в дальнейшем в результате растворения железа на поверхности чугунных деталей остается плотный кислотостойкий слой углерода, который предохраняет их от быстрого разрушения. Поэтому надо стремиться сохранять этот слой при чистке, переборке и ремонте колонн. Колонны из красной меди и кислотостойкой стали с колпачковыми и сетчатыми тарелками устанавливали в силу особенностей поставки. Они являются не характерными для гидролизного производства. Чугунные колонны гидролизных заводов независимо от назначений имеют одинаковые конструкции и отличаются друг от друга размерами деталей и числом тарелок.

Брагоперегонная колонна. На гидролизных заводах в послед-

ние два десятилетия применяют главным образом брагоперегонные колонны диаметром 2 и 2,6 м с колпачковыми тарелками. Колонны работают под избыточным давлением 0,03 МПа. Обогревают колонны острым паром с давлением от 0,2 до 0,25 мПа. Колонны предназначены для исчерпывания спирта из бражки с начальной концентрацией около 1,5 % массы до остаточной в барде не более 0,02 % массы. Остаток бражки после исчерпывания легколетучих называют бардой. Одновременно в брагоперегонной колонне концентрируют спиртовый погон до 20–25 % массы.

Брагоперегонная, или, как ее часто называют, бражная, колонна представляет цилиндрический вертикальный аппарат (рис. 3.5), состоящий из отдельных звеньев – царг, каждое высотой 500 или 600 мм, скрепленных болтовыми фланцевыми соединениями. Для герметичности фланцевого соединения применяют прокладку из плотного картона. Внутри между царгами установлены колпачковые тарелки.

В каждой царге имеются два или четыре люка прямоугольного сечения, расположенные диаметрально противоположно друг другу. Люки плотно закрываются крышками при помощи болтов.

Рис. 3.5. Брагоперегонная колонна

Некоторые крышки имеют смотровые круглые окна из термостойкого стекла для наблюдения за состоянием деталей и процесса перегонки. Как правило, люки имеют достаточные размеры для производства работ, связанных с чисткой колонны. Все царги имеют по два прилива, чтобы при необходимости можно было сделать бобышку для присоединения ответного фланца. Самая нижняя царга колонны – выпарной куб и поэтому называется кубовой, выварной или кипятильной царгой.

Около днища размещены паровые барботеры. Барботер диаметром 150–250 мм предназначен для впуска основного количества греющего пара для перегонки, а барботер диаметром 50 мм служит для разогрева колонны в период пуска. В кубовой царге имеются: лаз, штуцер для выпуска барды, расположенный на высоте 700 мм от днища, штуцера для впуска пара, для опорожнения и для присоединения указателей уровня и давления. На кубовую устанавливают «холостую» царгу без тарелок, предназначенную для создания необходимого объема над поверхностью испарения, чтобы предотвратить переброс жидкости на первую вышерасположенную тарелку. Эта царга имеет штуцера для присоединения автоматического регулятора подачи пара и прибора для контроля за содержанием спирта в барде. Все вышележащие царги исчерпывающей колонны имеют по одной тарелке.

Исчерпывающая часть колонны содержит 22–24 кипятильные тарелки. В царге над питательной тарелкой предусмотрены штуцера для впуска бражки и присоединения прибора для измерения температуры.

Укрепляющая часть колонны состоит из пяти царг, в которых установлены четыре кипятильные тарелки (см. рис. 3.5). Царги укрепляющей части колонны, так же как и исчерпывающей, имеют люки, а самая верхняя – штуцера для впуска флегмы и для присоединения прибора для измерения температуры. Колонна заканчивается выпуклой крышкой со штуцером в центре для выпуска паров в дефлегматор.

Раньше в бражных колоннах применяли тарелки с секторными паровыми патрубками и колпаками. Между патрубками на тарелке были ребра, которые направляли поток жидкости вокруг колпаков. Поток организовано омывал периметр всех колпаков и таким образом обеспечивался хороший контакт между паром и жидкостью.

Теперь наиболее распространены тарелки с круглыми паровыми воротниками и колпаками. На каждой тарелке диаметром 2 000 мм расположены в шахматном порядке 10 колпаков и две переливные трубы диаметром 250 мм. Кромки колпаков имеют зубцы шириной

10 мм и высотой 15 мм. Укреплены колпаки над плоскостью тарелки

на 30 мм.

Переливная труба выступает над тарелкой на 60 мм, и спускается на нижележащую тарелку, не достигая ее на 30 мм. Часто переливную трубу делают составной из двух частей. Одна часть выступает над тарелкой, а вторая опускается под тарелку. Обе части трубы вставляют сверху в отверстие тарелки и прикрепляют к ней болтами.

Разъемное устройство переливной трубы дает возможность вынимать ее для чистки или замены новой без разборки колонны. Выступающая над тарелкой часть переливной трубы расширена до 300 мм для увеличения периметра слива. Нижняя часть трубы имеет вырез высотой 30 мм, обращенный в противоположную сторону от колпаков тарелки, на которую опускается переливная труба.

Вырез в трубе обеспечивает беспрепятственное вытекание жидкости из трубы на тарелку и исключает проскакивание пара непосредственно из-под колпака в трубу.

Для крепления внутренних деталей колонны применяют шпильки, болты, гайки и шайбы из кислотостойких материалов: алюминиевых сплавов, латуни или кислотоупорной стали.

Некоторые конструктивные элементы бражной колонны обладают особенностями, которые обусловлены возможностью кристаллизации гипса на внутренних поверхностях аппарата. Чтобы облегчить чистку колонн предусмотрены увеличенные расстояния между тарелками, необходимое количество люков нужных размеров, а также разборные переливные стаканы.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ

Назначение бродильного отделения спиртового производства.

Классификация, конструкция и принцип работы бродильного

чана.

Ферментатор, его назначение, конструкция и принцип работы.

Оборудование для выделения и концентрирования продуктов

микробного синтеза.

Флотатор: назначение, конструкция и принцип работы.

Жидкостные сепараторы: классификация, назначение, конст-

рукция и принцип работы.

Оборудование ректификационной установки. Конструкция

и принцип работы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Данное пособие ознакомит студентов с основными вопросами разделов курсов «Оборудование, аппараты и приборы микробиологических производств», «Проектирование и оборудование предприятий биотехнологии» и «Проектирование и оборудование предприятий химической переработки древесины»; позволит грамотно решать возникающие инженерные задачи; обобщит имеющиеся данные по конструкциям машин и аппаратов.

Содержание пособия позволяет изучить технологию микробиологических производств

, на примере гидролизного производства и понять основные направления дальнейшего совершенствования технологии и индустриализации производства.

Материалы данного пособия могут быть использованы студентами при выполнении разделов курсовых проектов и квалификационных работ, а также в дальнейшем в производственной деятельности.

Материал учебного пособия основан на обобщении практического опыта и современных действующих

нормативных документов.

Учебное пособие предназначено для организации самостоятельной работы студентов при овладении дисциплиной.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. ПБ 03-576-03. Правила устройства и безопасной эксплуатации

сосудов, работающих под давлением : серия 03, выпуск 24 / Колл. авт. – М. : ГУП «Научно-технический центр по безопасности в промышленности Госгортехнадзора России», 2003. – 192 с.

2. Оборудование предприятий биотехнологических производств :

учебное пособие для студентов специальностей 240406, 240401, 240901, 260601 и 050501 очной, очной сокращенной, заочной и заочной сокращенной форм

обучения / В. Г. Васютин [и др.] ; СибГТУ. – Красноярск, 2010. –

168 с.

3. Оборудование биохимических процессов и реакторы : пособие для

студентов 240406, 240401, 240901, 260601 и 050501 очной, очной сокращенной, заочной и заочной сокращенной форм обучения / Ю. Д. Алашкевич

[и др.]. – Новосибирск : Партнеры Сибири, 2007. – 191 с.

4. Оборудование лесохимических производств : учеб. пособие для

студ. спец. 260300, 170500, 170600, 0305 всех форм

обучения / В. Г. Васю-

тин [и др.] ; СибГТУ. – Красноярск, 2004. – 65 с.

5. Оборудование гидролизного отделения биохимических заводов :

учеб. пособие для студ. спец. 260300, 170500, 030500 всех форм обучения / В. Г. Васютин [и др.] ; СибГТУ. – Красноярск, 2000. – 76 с.

6. Пленочные биореакторы / Н. А. Войнов [и др.]. – Красноярск :

Боргес, 2001. – 252 с.

7. Процессы и аппараты лесохимических и гидролизных

производств : учеб. пособие / Л. И. Селянина [и др.]. – СПб. : Изд. С.-Петерб. ун-та, 1994. – 208 с.

8. Касаткин, А. Г. Основные процессы и аппараты химической тех-

нологии : учеб. для вузов. 9-е изд. / А. Г. Касаткин. – М.: ООО ТИД «Альянс»,

2004. – 753 с.

9. Павлов, К. Ф. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов

химической технологии : учеб. пособие / К. Ф. Павлов [и др.] ; под ред. П. Г. Романкова. 10-е перераб. и доп. – М. : Альянс, 2007. – 576 с.

10. Соколов, В. Н. Аппаратура микробиологической промышленно-

сти / В. Н Соколов, М. А. Яблокова. – Л. : Машиностроение, 1988. – 278 с.

11. Мартыненко, К. Д. Технологическое оборудование гидролизного

производства / К. Д. Мартыненко, В. А. Ефимов. – М. : Лесн. пром-ть,

1973. – 344 с.

12. Бортников, И. И.

Машины и аппараты микробиологических про-

изводств / И. И. Бортников, А. М. Борисенко. – Минск : Высш. шк., 1982. –

288 с.

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 78 / 98 9 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]