Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский Государственный Лесотехнический Университет им. С.М.Кирова»

Институт химической переработки биомассы дерева и техносферной безопасности

Кафедра технологии лесохимических продуктов, химии древесины и биотехнологии

Практическая работа «Расчет материального баланса гидролизно-этанольного производства»

По дисциплине:

«Технология гидролизных и микробиологических производств»

Выполнила: студентка 4 курса

Логвина И.Г

з/о напр. подготовки 18.03.01

Группа: зХПб-ХТ-17-1, ИХПБДиТБ

Зачётная книжка № 217208

Вариант № 9

Дата: ____________

Подпись:__________

Старший преподаватель: Бахтиярова Анна Валерьевна

Санкт-Петербург

2021 год

Исходные данные для проектирования (Вариант 9)

1.Годовая производственная мощность предприятия по этанолу (в пересчете на абс. алкоголь) G, млн. дал…………………………………………….…………...1,5

2.Число рабочих дней в году N……………………………………………..345 3.Соотношение технологической щепы и опилок

в составе сырья по массе Рщ: Ро, отн. Ед…………………………………....0,5/0,5

4.Соотношение хвойной и лиственной древесины

в составе сырья по массе Рх : Рл,отн. Ед……………………… ……..……..0,8:0,2

5.Влажность древесины (относительная), %

хвойной w_x……………………………………………………………....….50 лиственной w_л……………..…………………………………………………...45

6.Номинальная вместимость гидролизаппарата V’, м³………………………..80 7.Рабочая вместимость гидролизаппарата V, м³……………………………….64 8.Плотность загрузки сырья (в пересчете на а.с.д.) q, т/м³…………………..0,143

9.Гидромодуль подачи варочной кислоты на загрузку m₃, отн.ед……..……..2,5 10.Расход H2SO4 на нейтрализацию зольных элементов, % от а.с.д.:

хвойной Rk(x)…………………………………………………………..…..0,3 лиственной Rk(x)......................................................…..........................……....0,5

11.Выход абс. сухого лигнина в % от массы а.с.д.:

хвойной Zлг(х)……………………………………………………….….….38 лиственной Zлг(л)…………………………………………… ……..………….32

12.Влажность технического лигнина wлг, %.......................................................62 13.Выход общих РВ в % то а.с.д. DРВ(Д)………………………………………..42 14.Массовая доля ферментируемых (сбраживаемых) РВ

От общих РВ, DPB(Ф), отн. Ед………………………………….....…… ..… ...0,71

15.Выход этанола из 100 кг сбраживаемых РВ Gэ(рв), л………………………..57

Гидролизное отделение

При материальных и тепловых расчетах гидролизного отделения использованы параметры режима перколяционного гидролиза хвойной древесины в гидролизаппаратах номинальной вместимостью 50 м 3 (табл. 3).

Таблица 3

Баланс процесса гидролиза («варки»):

1.Количество (масса) загружаемого в гидролизаппарат сырья (в пересчете на а.с.д.), Р’:

P’= =64×0,143 = 9,15 т.

2.Средняя влажность сырья, w_д:

Wд= =0,8×50+0,2×45=49 %

3.Количество влаги в загружаемом сырье, W’д:

W'д= = = 8,79 т.

4.Количество варочной кислоты на загрузку, R_вк(3):

R_вк(3)=P’*m₃=9,15×2,5 = 22,88 т.

5.Средняя температура содержимого гидролизаппарата после загрузки, Т:

Т= = =49,23 ⁰С

6.Количество тепла (Qд) для нагрева сырья (в пересчете на абсолютно сухое) от Т (температура после загрузки) до Тпр=170⁰С (в конце прогрева):

Qд=Р’cд×(Тпр-Т)=9,15×10³×1,55×(170-49,23) = 1713,18 ×10³ кДж

7. Количество тепла (Qв) для нагрева влаги сырья и загруженной варочной кислоты от Т до Тпр:

Qв=(W’д+R_вк(3)) ×(iв(пр)-iв)=(8,79+22,88)10³ (720-205)= 16311,65×10³ кДж

8.Расход греющего пара на прогрев содержимого гидролизаппарата I’пр: I’пр= = = 9,61 ×10³ кг (9,61 т.)

9.Количество воды в гидролизаппарате после загрузки и прогрева, Wпр:

Wпр=W’д+R_вк(3)+I’пр = 8,79 + 22,88 + 9,61 = 41,288 т.

10.Количество активной серной кислоты после загрузки и прогрева (при ее концентрации Ск=0,5%), Rк(пр):

R_к(пр)= = = 0,206 т.

11.Количество серной кислоты, нейтрализованное зольными элементами сырья при загрузке и прогреве, Rк(н):

Rк(н) = = =0,031 т.

12. Общий расход серной кислоты на загрузку, Rк(3):

R_к(3)=Rк(пр)+Rк(н) = 0,206 + 0,031 = 0,238 т.

13. Концентрация H2SO4 в варочной кислоте, подаваемой на загрузку, Ск(₃): Ск(₃)= ( Rк(3):Wпр) ×100 = (0,24 : 41,29 )×100 = 0,575 %

14. Количество гидролизата, отбираемого при перколяции, Dг(ПК):

Dг(пк) = Р’×mnk = 9,15 * 8,5= 77,79 т.

15. Количество гидролизата, отбираемого при промывке, Dг(пм):

Dr(пм) = Р’×mпм = 9,15 × 2,0 = 18,3 т.

16. Количество гидролизата, отбираемого при отжиме, Dг(от):

Dr(от) = Р’×m_от = 9,15 × 1,5 = 13,73 т.

17. Общее количество отбираемого гидролизата, D’r:

D’r = Dr(пk) +Dr(пм) + Dг(от) = 77,79 + 18,3 + 13,73 = 109,82 т.

18.Выход технического лигнина(а.с.), Z’лг:

Z’лг = = = 3,37 т.

19. Влага в техническом лигнине, W’лг:

W’лг = Z’лг×wлг:100 = = 2,09 т.

20. Количество влажного лигнина, выгружаемого в циклон, Z’лг(в):

Z’лг(в) = Z’лг+W’лг = 3,37 + 2,09 = 5, 46 т.

21. Из баланса находим суммарный расход варочной кислоты на перколяцию и воды на промывку (включая конденсат греющего пара),

W=Rвк(пк)+Wпк+Iпк

Р’+W’д+R’вк(3)+I’пр+Rвк(пк)+W’пм+Iпк=D’r+Z’лг(в);

W=D’r+Z’лг(в)-P’-W’д-R’вк(з)-I’пр=109,82 + 5,46-9,15-8,79- 22,9- 9,61= 64,84 т.

22. Расход пара на нагрев воды, подаваемой на перколяцию и промывку ( с 140 до 190 0С),

I’пп : I’пп=(W-I’пп)(iв(пм)-iв(1)):(iп-iв(пм))(1-zn);

I’пп×(iп-iв(пм))(1-zn)=Wiв(пм)-I’nn×iв(пм)-W×iв(1)+I’пп×iв(1);

I’nn= = = 7, 049т.

где iв(пм)-удельная энтальпия воды, подаваемой в гидролизаппарат при температуре 1900С, кДж/кг;

iв(1)- удельная энтальпия воды после решофера Iступени (средняя температура 1400С), кДж/кг; zn-тепловые потери, отн.ед.

23. Общий расход пара на варку, I’:

I’ = I’нр + I’nn = 9,62 + 7,049 = 16,66 т.

24. Расход технической воды на перколяцию и промывку, W’nn:

W’nn = Rвк(пк)+Wпм = W - I’пп =64,84- 7,049 = 57,79т.

25. Расход H2SO4на перколяцию и промывку, Rk(nk):

Rk(nk) = = = 0,23т.

26. Общий расход H2SO4 на «варку» ( в пересчете на моногидрат), R’k:

R’k = Rk(3)+Rk(nk) = 0,238 + 0,23 = 0,47 т.

27. Расход серной кислоты с массовой долей моногидрата 93%, R’тк:

R’тк = R’k:0,93 = 0,47 / 0,93 = 0,507 т.

28. Выход (съем) общих РВ с «варки», D’рв:

D’рв = = = 3,84 т. ( 3844 кг)

29. Выход общих РВ из 1 м3 рабочей вместимости гидролиз аппарата, Dрв(1):

Dрв(1) = D’рв:V = 3844 / 64 = 60,06 кг/м³

30. Удельный расход сырья (а.с.) на 1т общих РВ, Р1:

Р₁ = Р’:D’_PB = 9,15 / 3,84 = 2,381 т.

Расчет баланса процесса гидролиза
показатели, обозначение	приход,т	показатели, обозначение	расход, т
сырье (а.с.д.) Р'	9,15	Гидролизат при перколяции Dг(nk)	77,79
Влага сырья W'д	8,79	Гидролизат при промывке Dг(пм)	18,3
Варочная кислота на загрузку Rвк(3)	22,88	Гидролизат при отжиме Dг(от)	13,73
Пар на прогрев I'пр	9,61	Лигнин Z'лг	3,37
Вода на перколяцию и промывку W'nn	57,79	Влага лигнина W'лг	2,09
Пар на перколяцию и промывку I'nn	7,049	-	-
Итого	115,28	Итого	115,28