2.3.19. 0Безметаноливание спирта (поз. 44).
Очистка этилового спирта от метанола и других головных примесей производится на метанольной колонне.
Обогрев метанольной колонны производится "глухим" паром посредством трубчатого выносного подогревателя. Поднимающиеся вверх по колонне спиртовые пары обогащаются метанолом и другими легколетучими примесями, которые не отделились на эпюрационной и спиртовой колоннах. С верхней тарелки пары метанольной фракции, содержащие метанол и головные примеси, поступают в дефлегматор (поз. 37), откуда в виде флегмы возвращаются в колонну на орошение. При увеличении содержания эфиров и альдегидов в метанольной фракции производится отбор фракции из последней секции дефлегматора через смотровой фонарь на эфирную колонну. Газы и воздух после последней секции дефлегматора через верхнюю часть смотрового фонаря (поз. 46) и огнепреградитель отводятся в атмосферу. Дефлегматор охлаждается холодной водой.
Метанол с верхних тарелок колонны через трубчатый холодильник и эпруветку проходит через контрольный снаряд (поз. 47) и самотеком направляется в сборник.
Спирт этиловый из кубовой части метанольной колонны поступает через гидрозатвор на охлаждение в холодильник и через фильтр и эпруветку направляется на контрольный снаряд для замера его количества и далее - в мерники сливного отделения и насосом - на склад.
2.3.20. Укрепление эфиро-альдегидной фракции.
Эфиро-альдегидная фракция после эпюрационной (поз. 39), метанольной колонн (поз. 44) направляется на эфирную колонну (поз. 40), предназначенную для укрепления эфиро-альдегидной фракции и извлечения спирта из нее.
В кубовую часть колонны подается острый пар, который, поднимаясь вверх обогащается легколетучими примесями. С верхней тарелки эфирной колонны пары эфиро-альдегидной фракции поступают на дефлегматор, в виде флегмы возвращается снова в колонну на орошение. Несконденсировавшиеся пары после дефлегматора направляются в конденсатор и после охлаждения и конденсации жидкости направляется через смотровой фонарь (поз. 46), ротаметр, контрольный снаряд (поз. 47) в сборник в дрожжевой цех на всас насоса по перекачке питательной среды для выращивания дрожжей.
Лютер, освобожденный от эфиров и альдегидов, но содержащий значительное количество спирта (40 – 60%), из нижней части колонны через гидрозатвор и холодильник направляется в сборник бражки для извлечения спирта.
Газы и воздух после конденсатора через смотровой фонарь огнепреградитель удаляются в атмосферу.
2.4. Материальные и тепловые расчеты технологического процесса
2.4.1. Гидролизное отделение.
Исходные данные:
Число рабочих дней в году 345
Состав сырья ,%:
а)хвойной древесины 70
б)лиственной древесины 30
3)Выход РВ от абсолютно сухого сырья ,%:
а)хвойной древесины 48
б)лиственной древесины 46
4)Расход серной кислоты на гидролиз кг/т а.с. сырья
а)хвойной древесины 75.5
б)лиственной древесины 80.5
5)Загрузка абсолютно сухой древесины на 1м3
вместимости гидролизаппарата , кг/м3 145
6)Влажность древесины %:
а)хвойной древесины 50
б)лиственной древесины 45
7)Температура древесины, град. +5
Температура оборотной воды в баке, град. 60
Количества жидкости в гидролизаппарате к концу прогрева,
т на т а. с. сырья 4.5
10)Температура массы к концу прогрева, град. 160
11)Средняя температура варочной кислоты при перколяции, град 180
12)Гидромодуль выдачи гидролизата 17
13)Выход абсолютно сухого лигнина ,% 35
14)Влажность лигнина после выстрела ,% 65
15)Тепловые потери:
а)во время прогрева ,% 10
б)при перколяции кДж/т гидролизата 20950
в)при испарении , % 5
16)Давление греющего насыщенного пара , МПа 1.4
17)Давление по ступеням испарения ,МПа :
I 0.5
II 0.28
III 0.12
Расчетная мощность Бобруйского гидролизного завода по производству спирта этилового ректификованного технического составляет 900000 далл в год. Так как выход спирта из1 тонны абсолютно сухой древесины равен 16 далл , то необходимое количество т абс. сухой древесины расчитывается:
900000/16=56250, (2.1)
Содержание влаги в древесине тыс. т:
5
6.25*47.5:100
=50.625
(2.2)
1 - 47.5:100
где 47.5 - средняя влажность древесины, %
Количество влажной древесины , тыс. т
50.625 + 56.25= 106.825 (2.3)
Расход пара на подъем давления и количество варочной кислоты, подаваемой на загрузку, определяется из уравнений материального и теплового балансов:
а)уравнение материального баланса
50.625 + Х + У = 4.5*56.25 (2.4)
б)уравнение теплового баланса
1.1(1000*56.25*1.43(160 - 5) + 50.625*1000(676.7 - 20.95) + (676.7 - 335.2)Х)=
=У(2794.7 - 676.7) (2.5)
где Х - количество варочной кислоты на загрузку, т;
У - количество пара, конденсирующегося при прогреве, т ;
- удельная теплоемкость древесины, кДж/(кг*К);
- удельная энтальпия жидкости при температуре 160 град., кДж/кг;
- удельная энтальпия насыщенного пара при давлении 1.4 МПа, кДж/кг;
- удельная энтальпия воды при температуре +5град., кДж/кг;
- удельная энтальпия воды, подаваемой на загрузку после решоферов III ступени при температуре 80град. , кДж/кг;
- теплоемкость воды , кДж/(кг*К);
- коэффициент, учитывающий 10% потерь тепла в окружающую среду.
Решая совместно уравнение а) и б), получим
Х = 182.3
У = 20.17
Расход пара на прогрев несколько больше , чем количество сконденсировавшегося пара, так как часть пара расходуется на сдувку воздуха. Практически этот расход принимается равным 0.05 т на 1т а.с. древесины. Кроме того, часть пара займет свободный объем в гидролизаппарате;
0.05*56.25 = 2.81 (2.6)
Полный объем гидролизаппарата, м3;
56.25:0.145 = 387.93 (2.7)
Объем, занимаемый абсолютно сухой древесиной, м3;
56.25:1.5 = 37.5 (2.8)
Свободный объем гидролизаппарата, м3;
- 37.5 - 4.5*56.25 = 97.3 (2.9)
Масса 1 м3 пара при температуре 160 град. равна 3.2 кг, следовательно масса пара в свободном состоянии равна, кг;
3.2*97.3 = 311.38 (2.10)
Расход пара на прогрев составит, т;
0.05*56.25 + 0.31138*56.25 + 20.17 = 40.48 (2.11)
Масса содержимого гидролизаппарата перед началом варки составит, т;
4.5*56.25 + 56.25 + 0.311 = 309.686 (2.12)
Теплосодержание массы перед началом перколяции равно, кДж;
4.5*676.7*56250 + 56250*1.43*160 + 311.38*2794.7 = 185029901.2 (2.13)
Количество гидролизата, выдаваемое за время перколяции, равно, т;
56.25*17 = 956.25 (2.14)
Количество варочной кислоты, подаваемое за перколяцию, определяют из уравнения материального баланса:
+ Х = 956.25 + У + Z (2.15)
где Х - количество варочной кислоты, подаваемой на перколяцию, т;
У - масса влажного лигнина перед выгрузкой, т;
Z - масса пара в свободном объеме гидролизаппарата перед выгрузкой.
Определяем У и Z.
Масса влажного лигнина, т;
56.25*35:100 = 19.69 (2.16)
Влажность лигнина составляет 75%, следовательно,
У = 19.69*1:0.25 = 78.75 (2.17)
Для расчета Z определяется свободный объем гидролизаппарата перед выгрузкой. Объем, занимаемый веществом лигнина, составит, м3;
19.69:1.5 = 13.13 (2.18)
Объем, занимаемый влагой лигнина, равен ее массе , то есть , м3;
- 19.69 = 59.06 (2.19)
Свободный объем составит , м3;
- 13.13 - 59.06 = 315.74 (2.20)
Тогда Z равен;
Z = 4.56*315.74 = 1439.77 (2.21)
Подставляя найденные значения У и Z в уравнение (2.15), получим :
Х = 726.75
Средняя энтальпия гидролизата определяется из уравнения теплового баланса перколяции:
Qн + 726.75*1000*763.8 = 956.25*i + Qk + Q (2.22)
где - Qн - начальная удельная энтальпия массы, равная 3289.15 кДж/кг;
i - неизвестная удельная энтальпия гидролизата ;
- удельная энтальпия варочной кислоты при 180 град., кДж/кг;
Qk - конечная энтальпия массы, кДж/кг;
Q - потери тепла в окружающую среду, кДж/кг;
Qk = 19.69*1.43*1000*174.5 + 59.06*734.45 + 1.44*2777.97 = 52290177 кДж
где - 1.43 - теплоемкость лигнина, кДж/(кг*К);
- температура массы при давлении 0.8 МПа, град.;
2777.97 - удельная энтальпия при давлении 0.8 МПа, кДж/кг;
734.45 - удельная энтальпия жидкости при температуре 174.5 град., кДж/кг;
Потери тепла при перколяции составят, кДж;
956250*20.95 = 20033437.5 (2.23)
Из уравнения (2.22) , получим:
i = 698350.8
Этой величине энтальпии соответствует температура 167 град.
Расчет процесса испарения гидролизата производится исходя из данных таблицы 2.4.1.
Таблица 2.4.1