Сорокопуд А.Ф. Технологическое оборудование. Традиционное и специальное технологическое оборудование предприятий пищевых производств. Часть 2 - файл n1.doc

приобрести
Сорокопуд А.Ф. Технологическое оборудование. Традиционное и специальное технологическое оборудование предприятий пищевых производств. Часть 2
скачать (12027.5 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc12028kb.08.07.2012 17:52скачать

n1.doc

1   2   3   4   5   6   7   8   9

4.5.2. Аппараты для экстракции растительного масла
Процесс экстракции масла с применением растворителя обеспечивает практически полное извлечении масла из подготовленного соответствующим образом масличного материала, чаще всего прошедшего предварительное обезжиривание прессованием. Вследствие достаточно невысоких температур как на стадии экстракции, так и на других стадиях экстракционного производства создаются предпосылки сохранения качества продукта (масла и шрота).

Одним из показателей интенсивности процесса является продолжительность, которая в различных аппаратах колеблется от одного до нескольких часов.

Двухъярусный роторный карусельный экстрактор (рис. 4.53) представляет собой аппарат, состоящий из цилиндрического корпуса 2 и двух вращающихся роторов (верхнего и нижнего 3), имеющих собственные валы 14 и 18. У каждого ротора внешняя 15, 20 и внутренняя 16, 19 обечайки образуют кольцевое пространство, которое разделено вертикальными радиальными перегородками 4, 13 на 18 камер. В поперечном сечении эти перегородки имеют сужающуюся к низу форму, что способствует перегрузке материала на нижний ярус или разгрузочный бункер без зависания в камере. Привод обоих роторов общий, причем вращение они получают через зубчато-цепные передачи 5 и 9, которые, в свою очередь, получают вращение через валы с шарнирами.



Рис. 4.53. Двухъярусный роторный карусельный экстрактор
На обоих ярусах экстрактора по два днища: верхнее 1, 7 – зеерное (щелевое) и нижнее 6, 21 – сплошное, имеющие угол 12° к внешнему периметру экстрактора. На каждом сплошном нижнем днище расположены вертикальные радиальные перегородки, выгораживающие камеры для сбора мисцеллы (мисцеллосборники) и направления ее к рециркуляционным насосам. Загрузка исходного экстрагируемого материала происходит через загрузочный бункер 11 двумя параллельно расположенными шнеками 10 разной длины, что обеспечивает равномерность загрузки камер экстрактора. Загрузочные шнеки имеют индивидуальные приводы.

На вертикальном ярусе материал перемещается радиальными лопатками ротора по неподвижному зеерному днищу и проходит восемь ступеней орошения мисцеллой, подаваемой рециркуляционными насосами через орошающие трубы 12 (разбрыгиватели). Система рециркуляции мисцеллы обеспечивает общее противоточное движение экстрагируемого материала и мисцеллы, т.е. по направлению к месту ввода растет концентрация рециркулируемой мисцеллы.

Совершив практически полный круг по верхнему ярусу, экстрагируемый материал через шахту перегрузки 17 пересыпается из разгружаемой камеры верхнего яруса в загружаемую камеру нижнего яруса. На нижнем ярусе материал также перемещается радиальными лопатками нижнего ротора и проходит еще восемь ступеней орошения мисцеллой понижающейся концентрации. Непосредственно перед выходом из экстрактора материал на последней ступени орошается чистым растворителем и проходит зону стока растворителя. Материал выгружают через разгрузочный шнек 22, который имеет индивидуальный привод.

Чистый растворитель перед подачей в экстрактор подвергают сепарации для отделения воды в водоосадителе и нагревают в теплообменнике до рабочей температуры 50…60°C. Орошение материала как на нижнем, так и на верхнем ярусе производится с помощью рециркуляционных насосов через разбрызгиватели, и смещение разбрызгивателей по отношению к связанным с ними соответствующими мисцеллосборниками способствует общему противоточному движению материала и мисцеллы. Этому же способствует то, что перегородки, разделяющие мисцеллосборники нижнего и верхнего ярусов экстрактора, имеют вырезы, высота которых по отношению к смежным перегородкам обеспечивает противоточный поток по отношению к движению материала.

Для отвода мисцеллы на рециркуляцию из мисцеллосборника обоих ярусов экстрактора имеются соответствующие патрубки. В нижней части экстрактора имеется патрубок, через который мисцелла отводится с нижнего яруса экстрактора и с помощью насоса подается в орошающие трубы верхнего яруса.

В связи с тем, что в загружаемом материале содержится много мелких частиц, которые попадают в фильтрующую часть через слой мисцеллы, выводить ее из экстрактора на данной ступени нецелесообразно. Данная мисцелла из последнего мисцеллосборника подается насосом через разбрызгиватель на материал в третьей по ходу его движения в камере. После фильтрации через слой материала на третьей ступени конечная мисцелла отводится из реактора.

Техническая характеристика: производительность (в зависимости от вида семян и способа подготовки материала) 280…600 т/сутки; масличность 0,5…1%; диаметр внутренний, корпуса – 5400 (6500) мм; ротора – 5000 (6000) мм; высота слоя материала в роторе – 1800 мм; мощность привода, загрузочного шнека – 4,6 кВт, разгрузочного шнека – 6,7 кВт; частота вращения загрузочного шнека – 10…60 (15…67) мин-1, разгрузочного шнека – 10…44 (0…125) мин-1; частота вращения ротора – 20…173 (34,5…208) мин-1; расход пара давлением 0,15 МПа для нагрева мисцеллы – 700 (850) кг/ч.

Расчет производительности. Производительность вертикального шнекового экстрактора П (кг/ч) НД – 1250 определяется по формуле

,

где: k – коэффициент заполнения загрузочной колонны (k = 0,7…0,8); DШ - диаметр шнека, м; S – шаг верхнего приемного витка шнека загрузочной колонны, м; n – частота вращения шнека, мин-1; ? – плотность экстрагируемого материала, кг/м3.

Производительность роторного карусельного экстрактора П (т/сут) определяется по формуле

,

где: n – частота вращения ротора, мин-1; z – число камер ротора, m – масса семян, находящихся в камере, т.

4.5.3. Аппараты для получении экстрактов из животного сырья
Жир экстрагируют (вытапливают) из жиросодержащего сырья различными способами: мокрым (с добавлением 20…50% воды к массе сырья) и сухим (без смешивания жира с водой). Вытопку жира в открытых аппаратах периодического действия проводят в два этапа: на первом – измельченное сырье нагревают до 65…75°C, на втором – до 80…90°C. Высшие сорта говяжьего, свиного и бараньего жира получают при открытой крышке аппарата (при температуре 65…80°C в течение 1,5 ч). Все виды жиров первого сорта, сборный и свиной высшего сорта получают при закрытой крышке (температура 120°C и время 3 ч.).

Аппарат для экстракции желатина (рис. 4.54) состоит из корпуса 1 с паровой рубашкой 2 и перфорированным дном 6, на котором установлен перфорированный стакан 4. Корпус аппарата снабжен штуцером для воды 3 и штуцером для манометра 5.


Рис. 4.54. Аппарат для экстракции желатина
Сырье температурой 18…20°C подают в аппарата в смеси с водой. По окончании подачи сырья воду полностью спускают в канализации и подают воду температурой 70…80°C. В паровую рубашку постепенно пускают пар; pH вывариваемых бульонов для оселина 5,8…6,2, для мягкого коллагеносодержащего сырья 5,8…6,6. В период ведения процесса экстракции (варки) замеряют температуру в различных точках экстрактора. О готовности бульона судят по его способности желатинизироваться и крепости студня. Бульоны сливаются самотеком или их откачивают насосом. При медленном спуске масса сырья в аппарате является своеобразным фильтром и адсорбирует на своей поверхности жир. Оставшееся в аппарате сырье заливают горячей водой для экстракции (варки) второй фракции и т.д. Концентрация последних бульонов обычно не

превышает 2%, при этом желатина в них содержится мало и такие бульоны упаривать невыгодно. Целесообразно направлять их вместо свежей воды для варки фракций в другие варочные аппараты.

Расход горячей воды для заливки сырья 1500…1600 кг на 1т готового желатина.

Аппарат для обезжиривания костей (рис. 4.55) применяют в производстве желатина. Корпус аппарата цилиндрический, в нижней части которого установлено перфорированное днище 8, штуцер для спуска жидкости 9, шлюзовой затвор 6 и разгрузочный люк 7. На крышке аппарата установлен загрузочный люк 1, штуцер для пара 2, перфорированный карман 3 и штуцер для слива жира 4. По обечайке конической части аппарата установлены штуцеры для воды 5 и пара 2.


Рис. 4.55. Аппарат для обезжиривания костей
В аппарат через загрузочный люк 1 загружают предварительно измельченную до 30…40 мм кость, которая обезжиривается при температуре 90…95°C. Через штуцер 5 заливают воду на 150…200 мм выше уровня кости, которую нагревают до кипения острым паром, а нагревание воды поддерживают в течении 4…6 ч. Жир, выделившийся на поверхности жидкости, через перфорированный карман 3 и штуцер 4 непрерывно самотеком сливается в резервуар для приема и обработки. Полученный бульон с концентрацией белковых веществ 2..3% направляют на выработку клея. Для обезжиривания свежих порций кости вместо свежей воды целесообразно использовать вторичные бульоны. Бульон, полученный в первом аппарате, применяют для обезжиривания новой партии кости во втором аппарата, а бульон из второго аппарата – для обезжиривания кости в третьем аппарате. При этом содержание клеевых белковых веществ повышается до 6%, вместо трех бульонов поступает один, в результате чего в 2…2,5 раза уменьшаются затраты воды, пара и электроэнергии на одну единицы массы получаемого клея.

Окончание процесса обезжиривания характеризуется прекращением выделения жира из кости, легкой отделяемостью прирезей мяса от кости.

Костный бульон спускают через штуцер 8 и направляют на сгущение до 25…30%, а обезжиренную кость после охлаждения холодной водой до 50…60°C выгружают через люк 7. Степень обезжиривания кости горячей водой составляет 50…60%, что является недостатком этого метода. Выход жира из тазовой кости 7…9%, лопатки и челюстной кости – 2…3%, ребра – 5…6%. В среднем выход жира при обезжиривании горячей водой составляет около 6% массы кости.

Диффузор типа К7-ФВ1-Г-3 (рис. 4.56) предназначен для обесклеивания костного шрота и представляет собой стальной сварной цилиндр 1 с верхним и нижним днищами, на которых расположены люки загрузки и выгрузки костного шрота. Люки снабжены затворами 2 для открытия и закрытия. Верхний и нижний люки имеют блокировочные устройства 3, предотвращающие подачу пара в диффузор при неплотно закрытых люках.

Раздробленную кость загружают через верхний люк, который герметично закрывают. Затем открывают вентиль подачи пара в диффузор и варят кость согласно технологии. По окончании варки прекращают подачу пара, жир и бульон сливают, выпускают пар, а кость выгружают через нижний разгрузочный люк.

Техническая характеристика диффузоров: производительность по сухому клею – 450…700 кг/смену; вместимость диффузора – 3 или 5,5 м3 (в зависимости от типа); рабочее давление – 0,294 МПа; расход пара – 125…175 или 188…313 кг/с; расход воды – 0,6…07 м3/ч.


Рис. 4.56. Диффузор типа К7-ФВ1-Г-3
Расчет энергозатрат. Концентрирование биологических жидкостей мясного производства (бульонов, желатина и т.п.) производят в экстракторах различных конструкций, отличающихся режимными и конструктивными параметрами.

Для расчета интенсивности теплоотдачи в экстракторах, имеющих различные геометрические размеры корпуса, используется обобщенное уравнение вида
,

где: – критерий Нуссельта; – критерий Рейнольдса центробежный; – критерий Прандтля; z – число лопастей; – геометрический симплекс; ? – коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2·К); ? – толщина пленки продукта, м; ? – теплопроводность продукта, Вт/(м·К); Г - линейная плотность орошения поверхности, кг/(м·с); ? – динамический коэффициент вязкости продукта, Па·с; ? – плотность продукта, кг/м3; dЛ – диаметр лопасти мешалки, м; с – удельная теплоемкость продукта, Дж/(кг·К); d – диаметр рабочей поверхности аппарата, м; ? – зазор между пальцами лопастей и стенкой корпуса, м.

Уравнение рекомендуется для инженерных расчетов в следующих пределах: =600…10500; Pr = 4,5…7,5; линейная скорость концов лопастей ? = 1,1…2,0 м/с; количество лопастей z = 1…4; зазор ? = 0,001…0,004 м.

Контрольные вопросы


  1. В чем заключается сущность процесса экстракции и что является движущей силой диффузионного процесса?

  2. Какие основные требования должны быть выполнены при конструировании диффузионных аппаратов?

  3. Чем диффузионные аппараты отличаются от экстракционных?

  4. По какому принципу работают экстракционные установки для получения спиртовых настоек и морсов?

  5. Каково устройство и принцип действия оборудования рассмотренного в данном разделе?

  6. Чем определяется производительность диффузионных аппаратов?

  7. Какими способами ведется экстракция растительных масел и в чем их особенность?

  8. Что отражает коэффициент молекулярной диффузии?

  9. Что отражает коэффициент конвективной диффузии?

  10. Каков принцип обесклеивания костного шрота в диффузоре?

  11. Чем отличаются расчеты производительности экстракторов для полученя растительного масла?



4.6. Оборудование для процесса ректификации спирта
Изучить самостоятельно [2, с. 987…989]:

  1. Основные понятия и определения.

  2. Научное обеспечение процесса ректификации спирта.

  3. Классификация оборудования.


Полная колонна 1 (рис. 4.57, а) состоит из отгонной (исчерпывающей) и концентрационной частей, в состав которых входит дефлегматор 2 и холодильник дистиллята 3. Греющий пар подводится в нижнюю часть колонны, а вода проходит через дефлегматор и холодильник. Питание в полную колонну вводится в среднюю часть (на верхнюю тарелку отгонной части колонны). Дистиллят отводится из холодильника дистиллята.

Отгонная колонна 1 (неполная) (рис. 4.57, б) имеет только отгонную часть, в ней отсутствует дефлегматор 2, а питание подается на ее верхнюю тарелку. В этой колонне поступающее питание истощается низкокипящим компонентом.

Рис. 4.57. Принципиальные схемы ректификационных колонн:а – полная; б – неполная отгонная; в – неполная концентрационная

Концентрационная колонна 1 (неполная) (рис. 4.57, в) снабжена дефлегматором 2, а питание поступает под нижнюю тарелку в парообразном виде.

В полной ректификационной колонне 1 создается возможность для получения практически в чистом виде обоих компонентов разделяемой бинарной (двухкомпонентной) смеси. В неполной отгонной колонне из нижней части отводится практически чистый труднолетучий компонент, а из верхней – пар, несколько обогащенный легколетучим компонентом. Из верхней части неполной концентрационной колонны отводится практически чистый легколетучий компонент, а из нижней – остаток S, несколько обогащенный труднолетучим компонентом.

Контактное устройство – основной элемент ректификационной колонны, на котором осуществляется процесс массообмена между паром и жидкостью. Интенсивный массообмен на контактном устройстве достигается путем создания развитой поверхности контакта фаз и активной гидродинамической обстановки.

В спиртовой промышленности, как правило, применяют тарельчатые контактные устройства, на которых осуществляется последовательно ступенчатый контакт фаз. Тарелки ректификационных колонн могут быть (рис. 4.58): колпачковыми, сетчатыми (решетчатыми), клапанными, чешуйчатыми, ситчатоклапанными, жалюзийно-клапанными и др. Во всех случаях на тарелке удерживается слой жидкости, через который проходит пар, в результате чего осуществляется массообмен.

Простейшая одноколпачковая тарелка одинарного кипячения используется в бражных колоннах установок малой производительности (для разделения жидкостей со взвешенными частицами или способных выделять осадки). В одноколпачковой тарелке двойного кипячения барботаж происходит из под краев колпачка и воротника. Благодаря этому создаются встречные потоки пара, улучшающие контакт пара и жидкости.

Многоколпачковые (капсульные) тарелки применяют в колоннах для разделения жидкостей, не содержащих взвешенных частиц. Они имеют большой периметр барботажа и более эффективны.Ситчатые (решетчатые) тарелки с отверстиями диаметром 2,5…3,5 мм (для разгонки жидкостей, способных выделять осадки) и 8…12 мм (для разгонки жидкостей со взвешенными частицами).

В провальной тарелке (решетчатого типа) нет сливных стаканов и жидкая фаза сливается через те же отверстия, через которые поступает на тарелку пар. Тарелки изготовляются из стальных или медных листов толщиной 2,5…6 мм. Щели тарелки выполняются штамповкой или фрезеровкой с живым сечением 10…15%. Расстояние между тарелками составляет 300…600 мм. Такие тарелки применяются в бражных колоннах при перегонке паточной и зернокартофельной бражки.



Рис. 4.58. Тарелки ректификационных колонн:

а – одноколпачковая одинарного кипячения; б – одноколпачковая двойного кипячения; в – многоколпачковая; г – ситчатые (решетчатые); д – провальная; е – клапанная; ж – чешуйчатая
В клапанных тарелках распределительным устройством для пара являются клапаны (пластины той или иной формы), которые перекрывают отверстия тарелки и под давлением пара поднимаются, пропуская пар. Предельная высота подъема клапана определяется высотой ограничительного устройства. Клапанные тарелки обладают способностью к самоочищаемости. Они используются в ректификационных и эпюрационных колоннах.

Чешуйчатые тарелки относятся к группе однонаправленных, где пар и жидкость движутся в одном направлении, причем пар способствует движению жидкости. Их целесообразно устанавливать в бражных колоннах, работающих на паточной и зернокартофельной бражке. Чешуйчатые тарелки обеспечивают высокую эффективность и производительность при работе в струйном режиме, когда скорость пара в щелях превышает 12 м/с.

Работу тарелок оценивают по пропускной способности по пару и жидкости, по способности разделять рабочую смесь, по диапазону устойчивой работы, по гидравлическому сопротивлению и др. Пропускная способность по пару и жидкости характеризует производительность колонн (удельный объем конечного продукта с единицы поперечного сечения колонны).

Способность разделять перегоняемую смесь называют эффективностью контактного устройства или колонны в целом. Обычно определяют число теоретических тарелок (ступеней изменения концентраций) или число единиц переноса и по нему оценивают эффективность тарельчатых колонн.

Под теоретической тарелкой понимают такое устройство, которое обеспечивает контакт пара и жидкости, в результате покидающие его потоки, достигают фазового равновесия. Практически на реальных тарелках такое равновесие почти никогда не достигается. Теоретическая тарелка служит эталоном для установления эффективности реальных тарелок.

4.6.1. Брагоперегонные установки
В спиртовой промышленности применяются брагоперегонные установки двух типов – одноколонные и двухколонные (рис. 4.59). В одноколонной установке бражка, предварительно подогретая в дефлегматоре 4, поступает на верхнюю тарелку колонны 1. Нижняя часть колонны называется бражной, куда снизу подводится греющий пар. Из бражной колонны водно-спиртовые пары направляются в нижнюю часть спиртовой колонны 2; здесь пары укрепляются. Из колонны 2 укрепленные пары поступают в межтрубное пространство дефлегматора 4.

Конденсируясь, пары отдают теплоту бражке, протекающей в трубах дефлегматора. Конденсат водно-спиртовых паров возвращается в колонну 2 в виде флегмы. Несконденсировавшиеся пары направляются в холодильник 5, где они конденсируются и образуют спирт-сырец. Спирт-сырец содержит не только воду и спирт, но и другие летучие продукты, входящие в состав бражки.
Рис. 4.59. Принципиальные схемы брагоперегонных установок

В двухколонной установке подогретая в дефлегматоре 4 бражка поступает в бражную колонну 7, где из бражки испаряется спирт. Водно-спиртовые пары через ловушку 6 попадают во вторую колонну. В ловушке отделяется жидкость, увлеченная парами; отсюда она возвращается в колонну 1. Верхняя часть колонны 2 служит для укрепления паров спиртом; нижняя часть колонны 3 предназначена для истощения (вываривания) стекающей флегмы, откуда отводится лютерная вода. Таким образом, в этой установке из бражки и флегмы спирт испаряется раздельно, вследствие чего повышается концентрация сухих веществ в барде.

Гидравлический предохранитель 6 предотвращает образование в колонне вакуума. Жидкость из пробного холодильника поступает в сборник 3.

Колонна изготовляется из меди. При приемке она испытывается под давлением 0,1 МПа.

Техническая характеристика одноколонной брагоперегонной установки: производительность при переработке бражки крепостью 7,5 об.% – 500 дал/сут; избыточное давление – до 0,05 МПа; средняя температура, – 100°C; общее число тарелок – 27; в том числе в укрепляющей части: многоколпачковые – 7; ситчатые – 2; в истощающей части одноколпачковые – 18; диаметр колонны (внутренний) – 700 мм; высота колонны – 8240 мм.

Горизонтальный дефлегматор (рис. 4.60) состоит из двух барабанов 1. Он имеет две трубчатые многоходовые поверхности охлаждения 2. 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.

Рис. 4.60. Двухбарабанный горизонтальный дефлегматор

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.

Техническая характеристика дефлегматора двухбарабанного горизонтального: диаметр (внутренний) барабана – 600 мм; длина – 3465 мм; общая площадь поверхности теплообмена – 32 м2; масса – 495 кг.

Комбинированный холодильник (рис. 4.61) предназначен для конденсации и охлаждения спирта-сырца в верхней части I имеет прямые медные трубы, по которым движется вода; в нижней части холодильника II установлены медные змеевики. Вода поступает сначала в нижнюю часть холодильника и омывает наружную поверхность змеевиков, затем она направляется в межтрубное пространство верхней части. Трубы змеевиков имеют малое сечение, поэтому скорость конденсата в них и коэффициент теплопередачи значительны.


Рис. 4.61. Комбинированный холодильник для спирта-сырца
Техническая характеристика комбинированного холодильника для спирта-сырца: диаметр внутренний – 600 мм; высота – 3806 мм; площадь поверхности охлаждения трубной части – 20 м2, змеевиковой части – 5 м2; масса – 1037 кг.

4.6.2. Брагоректификационные установки непрерывного действия
Брагоректификационные установки предназначены для получения спирта-ректификата непосредственно из бражки. Брагоректификационные установки непрерывного действия являются основным типом оборудования для выделения и очистки спирта на предприятиях спиртовой промышленности. Бражка в этих установках разделяется на спирт-ректификат, эфироальдегидную фракцию, сивушное масло и барду. В них же отбираются промежуточные продукты (сивушные спирты).

Брагоректификационные установки бывают прямого, полупрямого и косвенного действия.


Рис. 4.62. Принципиальная схема брагоректификационной установки прямого действия
В установках прямого действия (рис. 4.62) эпюрации (выделению головных примесей) подвергается бражка. Бражка представляет собой слабоконцентрированный раствор спирта и примесей. При низких концентрациях спирта коэффициенты ректификации примесей имеют большие значения; следовательно, их удаление будет более интенсивным.


Рис. 4.63. Принципиальная схема брагоректификационной установки полупрямого действия
Установка состоит из эпюрационной колонны 3 с концентрационной частью 4 и ректификационной колонны 9, в состав которых входят дефлегматоры 5 и 7, а также конденсаторы 6 и 8. Бражка поступает в бражную колонну 1. Здесь из бражки выделяются этиловый спирт, хвостовые примеси и остатки головных и промежуточных примесей. Основную массу паров из бражной колонны 1 направляют в ректификационную колонну 9. Некоторая часть паров из бражной колонны 1 поступает в эпюрационную колонну 3 для ее обогревания. Для этой цели служит труба 2, снабженная дроссельным клапаном. Количество пара, поступающего в эпюрационную колонну,

регулируется дроссельным клапаном. Хвостовые и промежуточные продукты, а также остатки головных продуктов отбирают в ректификационной колонне. Ректификат отводят в жидком виде с одной из верхних тарелок ректификационной колонны.

В установке полупрямого действия (рис. 4.63) бражка, не подвергаясь предварительной эпюрации, поступает непосредственно в бражную колонну 1. В этой колонне выделяются спирт и все примеси. Пары направляются через ловушку-сепаратор 3 в эпюрационную колонну 2 с концентрационной частью 4, дефлегматором 5 и конденсатором 6, где из них выделяются головные примеси.


Рис. 4.64. Принципиальная схема брагоректификационной установки косвенного действия
Очищенный от головных примесей спирт, содержащий хвостовые и промежуточные примеси (эпюрат), в жидком виде поступает в ректификационную колонну 9, снабженную дефлегматором 8 и конденсатором 7. Отбор спирта-ректификата, сивушного масла и промежуточных продуктов производится так же, как и в аппаратах прямого действия.

В установках косвенного действия (рис. 4.64) водно-спиртовые пары, поднимающиеся из бражной колонны 7, полностью сгущаются в дефлегматоре 2 и конденсаторе 3, после чего в жидком виде поступают на эпюрацию в эпюрационную колонну 4 с дефлегматором 5 и конденсатором 6.

Эпюрат направляется в ректификационную колонну 9, снабженную дефлегматором 8 и конденсатором 7, где выделяются промежуточные продукты, сивушное масло и спирт-ректификат. Данная установка принята как типовая из-за высоких эксплуатационных показателей.

Общий расход теплоты Qобщ (кДж/ч) определяется из теплового баланса ректификационной колонны

,

где: rд – теплота парообразования смеси, кДж/кг (rд = 850 кДж/кг); ск, ср и сд – соответственно удельные теплоемкости кубового остатка, поступающего на ректификацию раствора и дистиллята, кДж/(кг·К) [ск = 4,19 кДж/(кг·К); ср = 4,31 кДж/(кг·К); сд = 3,6 кДж/(кг·К)]; tк, tр и tд – соответственно температуры кипения кубового остатка, поступающего на ректификацию раствора и дистиллята, °C (tк = 95°C; tр = 87°C; tд = 78°C).

Потери теплоты Qп (кДж/ч) принимают в количестве 3…5% общего расхода теплоты

,

Тогда .

Расход греющего пара D (кг/ч) определяют по формуле

,

где: i" и i' – энтальпии греющего пара и конденсата, определяемые по давлению насыщенного водяного пара, кДж/кг (i" = 2730 кДж/кг и i'=558,9 кДж/кг).

4.6.3. Установки для получения абсолютного спирта
Абсолютный спирт вырабатывают в небольших количествах для промышленности органического синтеза и для лабораторных работ. Абсолютный спирт образует устойчивые смеси с бензином и в ряде стран его используют как добавку к моторному топливу.

Спирт можно абсолютировать связыванием воды твердыми или жидкими материалами (например, негашеной известью, глицерином) и ректификацией под вакуумом или в присутствии солей, при этом азеотропная точка смещается в сторону большего содержания спирта. Эти способы получили некоторое распространение в лабораторной практике.


Рис. 4.65. Принципиальная схема установки для получения абсолютного спирта
В промышленности для абсолютирования обычно пользуются методом тройных нераздельно кипящих (азеотропных) смесей. Суть его заключается в следующем. К ректификованному спирту прибавляют бензол. Тройная смесь этанол-вода-бензол образует азеотропную смесь, состоящую из 19,5% (масс.) этанола, 7,4% (масс.) воды и 74,1% (масс.) бензола и кипящую при 64,85°C. Азеотропная смесь ведет себя в колонне как легколетучий компонент (ЛЛК), при охлаждении она разделяется на два слоя: верхний, состоящий в основном из бензола, и нижний – из смеси этанола и воды. При температуре 15°C в верхнем слое содержится (% масс): бензола 85, этилового спирта 13,3 и воды 1,7; в нижнем – спирта 49,7, воды 41,3 и бензола 9.

Абсолютный спирт может быть получен как из ректификованного спирта, так и непосредственно из бражки. В обоих случаях ректификованный спирт и бензол вводят в дегидратационную колонну 1 (рис. 4.65), в которой отгоняется тройная азеотропная смесь, содержащая большее количество воды, чем исходная жидкость. Обезвоженный спирт отводят снизу колонны. Дегидратационная колонна имеет 60…65 многоколпачковых тарелок, в том числе десять в концентрационной части, и закрытый обогрев.

Азеотропная смесь после охлаждения поступает в декантатор 3, где расслаивается: верхний слой возвращается в дегидратационную колонну, а нижний поступает в спиртовую колонну 2. Здесь спирт концентрируется и вместе с бензолом возвращается в дегидратационную колонну, а вода отводится из нижней части. Спиртовая колонна также имеет 60…65 многоколпачковых тарелок, в том числе 40…43 в концентрационной части. В установке постоянно циркулирует определенное количество бензола, который выполняет функцию переносчика воды из дегидратационной колонны в декантатор.

При получении абсолютного спирта непосредственно из бражки установку для абсолютирования связывают в единую систему с брагоректификационной установкой, в которой получают ректификованный спирт и без охлаждения сразу же вводят в дегидратационную колонну.

Расчет производительности и энергозатрат. На выработку 1 дал абсолютного спирта расходуется 15…20 кг пара, около 0,25 м3 воды и 0,01 кг бензола. Потери последнего компенсируются периодическим добавлением его в дегидратационную колонну. Предельно допустимые потери спирта при абсолютировании составляют 1% исходного ректификованного спирта. Производительность П (дал/сут) брагоректификационных установок в соответствии с инструкцией по определению мощностей рассчитывают, исходя из диаметра D (м) спиртовой колонны при выработке спирта высшей очистки:

.

При выработке спирта I сорта производительность установок увеличивается на 15%, а при выработке спирта «Экстра» снижается на 15%. Для расчета мощности по условному спирту-сырцу результат, полученный по вышеприведенной формуле, умножают на коэффициент 1,05, учитывающий спирт в побочных продуктах и потерях при ректификации. Площадь поверхности теплопередачи должна быть S2): при горизонтальных дефлегматорах S ? 0,04 П, при вертикальных S ? 0,028 П.

Для ориентировочных расчетов сечения отдельных колонн можно пользоваться приведенными ниже зависимостями. Для бражных колонн с 22 и более тарелками двойного кипячения:

при межтарелочном расстоянии 340 мм П = 1370D2;

при межтарелочном расстоянии 280 мм П = 1111D2.

Если в бражной колонне 24 и более ситчатых тарелок, установленных на расстоянии 500 мм, П = 2065D2, провальных – П = 2500D2 и чешуйчатых – П = 3000D2. При переработке мелассной бражки с содержанием спирта более 8 об.% производительность бражной колонны увеличивается на 5…10%.

Производительность колонн с многоколпачковыми тарелками ориентировочно может быть определена следующим образом:

эпюрационных П = 2222D2;

спиртовых при расстоянии 1400 мм П = 1500D2,

при 1400…1800 мм П = 140D2,

при 1800…2000 мм П = 1250D2;

окончательной очистки

для мелассных заводов П = 6940D2,

для зернокартофельных П = 3470D2;

сивушных колонн для разгонки головной фракции П = 6940D2.

В спиртовых колоннах целесообразно устанавливать следующее число тарелок:

при D ? 1200 мм 66 (50/16),

при D = 1400…1800 мм 72 (54/18),

при D = 2000 мм 80 (60/18).

В настоящее время производят малогабаритные (высотой 1 м и диаметром 0,12 м) насадочные брагоректификационные установки производительностью 100…500 л/сут (20 теоретических тарелок). На этих установках получают спирт высшей очистки.
Контрольные вопросы

  1. Что такое ректификация спирта и на какие группы (с точки зрения очистки) подразделяются примеси этилового спирта?

  2. Что называется флегмой, флегмовым числом и с какой целью используют дефлегмацию?

  3. Чему посвящены первый и второй законы Коновалова?

  4. Какие смеси подчиняются закону Рауля?

  5. Как классифицируются брагоректификационные аппараты?

  6. Что является основным рабочим элементом ректификационной колонны и какие типы тарелок используются в колонных аппаратах?

  7. По каким параметрам определяется температура кипящей бражки на тарелке кипения?

  8. Каково назначение сепаратора и ловушки для бражной колонны брагоректификационного аппарата косвенного действия?

  9. Можно ли применением перегонки под вакуумом снизить температуру кипения высокотемпературной жидкой смеси?

  10. Как составить уравнения материального баланса для верхней и нижней частей ректификационной колонны непрерывного действия?

  11. Как изменяется число тарелок, расход пара и охлаждающей воды в дефлегматоре с увеличением флегмового числа?

  12. Какие установки более экономичны в тепловом отношении - периодического или непрерывного действия?

  13. Каково устройство и принцип действия оборудования и схем установок рассмотренных в данном разделе?

  14. Каковы расходные характеристики ректификационных утановок?

  15. Чем отличается расчет эпюрационной и ректификационной колонн?

  16. Какова техническая характеристика брагоректификационной установки косвенного действия?

  17. Как рассчитывается производительность брагоректификационной установки?

  18. Как определить энергозатраты на работу брагоректификационной установки?
1   2   3   4   5   6   7   8   9


4.5.2. Аппараты для экстракции растительного масла
Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации