Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

книги из ГПНТБ / Стабников В.Н. Перегонка и ректификация спирта

.pdf

Скачиваний:

133

Добавлен:

30.10.2023

Размер:

20.38 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 2021 / 5121 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 > Следующая >>>

200 Брагоперегонные аппараты

Периметр слива находим по эмпирическому правилу: на каждые 100 дкл бражки в час должно быть 80 мм периметра слива. В нашем случае через стакан сливается 5170 л, или 517 дкл.

Отсюда периметр сливного стакана равен:
517
100 •80 = 410 мм, или 0,41		м.
Теперь по формуле (8 6 )) находим:
5,17	з	0,008 м, или 8 мм.
3600-1,8-0,41	=	0,008 м, или 8 мм.
3600-1,8-0,41

Высота сливного стакана /г4 будет равна Л2— 8 .и.ч=67,5—8=60 мм. Стакан по конструктивным соображениям выполняют овальной формы.

Расстояние между хвостом стакана и			нижней тарелкой	принимаем рав
ным 35 мм. Глубина погружения стакана			в флегму будет	равна 67,5—35=
= 32,5 .и.и.		(см. рис. 114) берут не	менее h\.
Величины Si	и 6 2
П р и м е р	6 .	Определить основные размеры многоколпачковой тарелки
для спиртовой части колонны рассмотренного в примерах				4	и 5 аппарата.
На рис. 115 изображена схематически тарелка колонны, а на рис. 116—
схема отдельного колпачка.			из конструктивных		соображений
Так как	диаметр спиртовой колонны

берется равным Диаметру бражной колонны, то скорость паров в ее свобод ном сечении будет меньше, чем в бражной колонне. Найдем эту скорость.

Объем		паров	равен		1190	м31ч, диаметр
колонны 0,94 .и:
w =		1190	тс 0,94s					м /сек•
		3600			= 0,475

Для		этой	скорости			по	уравнению
(83)	при глубине			барботажа			37,5 мм.
найдем,		что	расстояние			между		тарел
ками	равно ~ 2 0 0			.ч.и.
Площадь			сечения		горловин			примем

равной 1 2 % от площади всего сечения колонны. Тогда скорость пара в гор ловинах будет равна 4,00 м/сек.

Общая		площадь		горловшн будет
равна
Рис. 115. Схема многоколпачковой	it0,94a
тарел!ки.	it0,94a			= 0,83	мК
' /	= —		- 0,12	= 0,83	мК
Примем диаметр горловины й2 равным	60	мм.	Тогда	число	колпачков
будет равно:

0,83-4

29.

3,14-0,Об2

Принимая диаметральную систему слива (рис. .115), располагаем кол пачки в шахматном порядке. Сливные перегородки располагаем так, что площадь каждого сегмента будет равна ~ ! 0 % от общей площади сечения колонны. В этом случае центральный угол а будет равным 93°. Найдем раз

Расчет брагоперегонных аппаратов

201

меры элементов отдельного колпачка (рис. 116). Обозначим: площадь паровой горловины

Si =	я d\
Si =	- л1;
	4

площадь прохода между верхом горловины и колпачком

.У У У ч У Ч У ч Ч Ч Ч Ч У У У У Ч У Ч Ч Ч Ч Ч У Ч У Л Ч У ч ’.

■с

	Рис. 116. Схема колпачка:
площадь кольца между боковыми стенками
	s3 = 7 " [ 4 - № + 2В>)] *;
площадь	прорезов колпачка — S4=hbZM2, где h — высота, Ь — ширина проре
зов, a Z	их количество.

Колпачок конструируется исходя из условия:

Si= Sy— Sz= .

На основании этих соотношений можно написать

icdS

-—Я dvjbi,

или, подставляя значения di в мм, имеем:

3,14-602

= 3,14-60 hlt

отсюда /zi=15 мм.

Величина внутреннего диаметра колпачка находится из уравнения:

* 4		я (da + 2 6J*
4	4	4
Принимая 6 i= l,5 мм, имеем d2 = 8 6		мм.

202	Брагоперегонные аппараты
Принимая 82 = 1,5 лш,	находим,	что 'наружный диаметр d,, = 8 7 + 1,5 • 2=90 мм.
Периметр колпачка будет		равен лД„ = 3,14 • 90=282 мм. Выооту проре

зей примем равной 20 мм. .Ширину прорези Ь берем равной 3 мм. Площадь

одной прорези	равна	3X20=60 мм2. Общая		площадь	прорезей	равна
xd>3 3 ,1 4 -602				2820:60=47.
—— = ---------- =2820 мм2. Число прорезей равно
На периметре колпачка они занимают 47X3=441 мм.					мм. Или,	иначе,
Таким образом, на		долю зубьев	остается 282—141 = 141
ширина зуба также равна 3 мм.			расположены несколько выше			уровня
Прорези, как	видно	из рис. 116,

тарелки, на величину тройной толщины материала горловины и колпака, т. е.

на 1,5X 3=4,5 ммя*5 мм.

Колпаки расположены в шахматном порядке в пять рядов, как это по казано на рис. 115. Расстояние между осями колпачков принимается равным 130 мм. Тогда расстояние между колпачками равно 40 мм. Длина сливной перегородки, согласно рис. 115, равна 640 мм. Угол а приблизительно равен 90°. Находим высоту жидкости над сливной перегородкой по уравнению (86). Количество стекающей жидкости согласно примеру 5, приблизительно равно

800кг/ч, или около 800 л/ч, или 0,00045 м3/сек. Отсюда

0,00045	2
Д Л =	= 0,0054 м,
1,8-0,64

или 5,4 .1|Л1=а5 мм.

Согласно принятому, глубина барботажа равна 37,5 мм.

Если принять, что прорези колпачков открыты на 2/3 нх высоты, то глу бина жидкости на тарелке равна:

•20 + 37,5,' 50 мм.

Высота сливной перегородки 50— 5 мм= 45 мм.

Высоту перегородки в приемной части принимаем равной 50 мм.

Для стока флегмы устанавливаем сливной стакан. Высоту выступа его

над плоскостью тарелки принимаем 5		мм. Диаметр определяем, задавшись
скоростью жидкости в нем, равной 0,1 м/сек:
d = 1 /	/"4-0,00045	=0,08 м, или 80 мм.
	-----
У	0 , 1 - 3 , 1 4

Для удобства слива берем два стакана с d= 60 мм. Расстояние хвоста стакана от поверхности тарелки берем равным 25 мм.

Высоту горловины принимаем на 10 мм больше высоты сливной пере

городки, т. е. 45+40=55 мм. Общая			высота	колпачка	(рис. 116)		равна
^2 + ^ 1 + 6 2 = 5 5 + 1 5 +1,5=71,5		мм.
П р и м е р 7.	Определим	основные	размеры ситчатой тарелки для усло
вий предыдущего	примера. Схема ситчатой тарелки представлена					на	рис.	117.
•Принимая высоту барботажа 37,5			мм и пользуясь формулой			(83),		най
дем величину диаметра тарелок такой			же, как и в предыдущем				примере.
Расстояние между тарелками берем то же, что и в примере 6.
Примем диаметр отверстия равным 4 мм,				скорость	пара в	отверстиях
w принимаем равной 5 м/сек. Общая площадь отверстий составляет								: w,
где V— часовой объем пара, проходящий через отверстия.

Особенности расчета двухколонных аппаратов

203

1190	: 5=0,065 м2. Живое сечение тарелки равно /: F, где F— площадь сече
3600
ния колонны.

			F =	■кР2		_	3,14-0.942		0,695 м2
	L	0,065			4			4
	L	0,065		«	9,35 И.
	F	0,695		«	9,35 И.
	F	0,695
Длину сливной перегородки, как и в пре
дыдущем	примере,		принимаем			равной		0,64 м.
Примем	центральный			угол а = 90°.				Тогда
площадь дв,ух сегментов, не имеющих отвер
стий, равна
Л = 2					— Sina)
где R— радиус		тарелки, а—центральный угол
(см. рис. 117).
Отсюда имеем:
Л Чт».472(1,57 — 1) =0,125 м2
Отсюда	площадь,		занятая			отверстиями,
0,695—0,125=0,570			м2. Число отверстий:
0,065 : fо, где /0 — площадь					одного		отверстия.		Рис. 117. Схема ситчатой
		и 4*							Рис. 117. Схема ситчатой
		и 4*	мм = 12,5			мм3.			тарелки.
	/0 = ------		мм = 12,5			мм3.

Число отверстий я=65000:12,5 лш2=5200.

На каждое отверстие приходится часть площади тарелок, занятой отвер стиями:

570000:5200 я 110 мм2 =

Если отверстия расположены так, что центры их лежат в вершинах рав носторонних треугольников, то шаг может быть найден по уравнению:

< = 1 ,0 7 V h = 1 ,0 7 /Т Т 0 и 1 1 мм.

Высота жидкости над сливной перегородкой находится по уравнению

(86)равной 5 мм. Следовательно, высота сливной перегородки равна 37,5—

—5=32,5 мм. Высота приемной сливной перегородки принимается на 5 мм выше, т. е. 37,5 мм. Расстояние между хвостом стакана и плоскостью тарел

ки принимаем равным 20 мм. Размеры сливных стаканов определяются так же, как в предыдущем примере.

§ 3. ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА ДВУХКОЛОННЫХ АППАРАТОВ

JB двухколонных брагоперегонных аппаратах барда имеет более высокую концентрацию сухих веществ, чем в одноколон ных, вследствие того, что флегма, поступающая из дефлегмато ра спиртовой колонны, вываривается отдельно, образуя лютер

(см. рис. 102).

204	Брагоперегонные аппараты

Аппарат имеет 3 'колонны: одну укрепляющую и две исто щающие. При этом стоящая отдельно бражная (истощающая) колонна снабжает паром вторую колонну, состоящую из спир товой и лютерной частей.

Выведем уравнения рабочих линий колонны этого аппара та |[8].

Для бражной колонны при работе с глухим обогревом, что также способствует повышению концентрации сухих веществ, мы можем написать:

	F = G + R,
где: F—количество	стекающей бражки;
G—количество поднимающихся в колонне паров;
R = F —G—количество	остатка.

Все эти величины взяты в кмолях.

Если бражка вводится	при температуре кипения, то F=M,
в случае недогрева F > М	на величину веса того пара, который

конденсируется на питающей тарелке для доведения бражки до кипения.

Напишем также уравнение	баланса	спирта:
Fx = GX-\- Rxp
Отсюда
Fx— Rxg		(87)
Х =	G	(87)
	G
Если xR — величина малая, то
Х = * —	х.	(88)
G		'

Эти уравнения рабочей линии справедливы для случая обо грева глухим паром. При обогреве открытым паром R = F и уравнение рабочей линии приобретает вид:

Х =	Fx — Fxp F	(89)
	------ q — — —Q- (x Xp ).

При xR — 0 оно также принимает вид уравнения (88). Ко личество водно-спиртовых паров, переходящих из бражной ко лонны во вторую колонну, равно G. Если бражка поступает при температуре кипения и если на питающей тарелке дос тигается равновесие, то количество паров может быть найдено из соотношения:

Хб

Особенности расчета двухколонных аппаратов

205

где: хе — содержание спирта в бражке, а Х б — в парах. Хб = = f(x 6) и находится по таблице равновесия. Если же бражка недогрета, то концентрация спирта на питающей тарелке (х'б ) «а-


ходится обычным способом, как это		описано в § 2. При	этом
и величина Хб — f( х'б )	находится также по таблице равно
весия. Очевидно, в этом	случае количество паров будет		мень
шим, чем в случае, когда бражка догрета до кипения.
Однако практически	равновесие на тарелках не достигает
ся и количество GH>G , вычисленного		по приведенным	выше
формулам. Ga=GKo, где Ко—коэффициент избытка пара.
Количество греющего пара, поступающего в колонну,			если
не учитывать потерь, будет равно GA		кмоль.

Для построения рабочей линии спиртовой колонны необхо димо знать ее флегмовое число.

Если принять, что на тарелке, на которую поступает пар, жидкая -фаза находится с ним в равновесии, то по таблице равновесия найдем содержание опирта в этой жидкости (х'п). Минимальное значение флегмового числа найдем из уравнения

(41):

_	Хр—Хп
^ м н н	X ___ у
	**п

Здесь X,г — содержание спирта в парах, пришедших из браж кой колонны, -a xD— содержание алкоголя в сырце.

Задаваясь отношением	vA: v MUH=K, находим уд— действи
тельное флегмовое число.	рабочую линию спиртовой колонны
Зная хя и уд, построим	рабочую линию спиртовой колонны

тем же способом, как мы строили рабочую линию спиртовой колонны одноколонного аппарата (§ 2).

Построение рабочей линии лютерной колонны проводим по уравнению (89):

•X = - ^ ( x - x R ).

Здесь F—vD, где D—количество дистиллята. Что касается количества поднимающегося в колонне пара G, то оно нахо дится из теплового баланса аппарата.

Рабочую линию нижней колонны можно построить и другим путем. Мы знаем (глава III, § 3), что при питании колонны па ром рабочие линии нижней и верхней колонн пересекаются на горизонтали, проведенной через точку пересечения диагонали графика и перпендикуляра, восстановленного из точки хп- Точка х Попределяет содержание спирта на питающей тарелке. Отсюда вытекает построение, изображенное на рис. 148. При построении

206		Брагоперегонные аппараты
принято,	что xR ~ 0.	Отсюда можно	найти		расход пара			G	из
уравнения Х П=		х п (полагая xR = 0):
				G =			- .
			Отношение				находим
		по	графику.				число	таре
			[Практически
		лок в лютернон части колон-'
		ны .берут равным числу таре
		лок бражной колонны. Поэто
		му наклон рабочих линий лю-
		терной колонны берут тот же,
		что и .в бражной, что упро
		щает графический расчет.
		П р и м е р			8 .	Определить		расход
		пара и найти число тарелок двухко
		лонного		аппарата			при следующих
Рис. 118.	Построение рабочих линий. данных-			бражка		поступает с		свдер-
	v	жанием		8 %	вес.	алкоголя		и	7,0 %
		вес. сухих веществ.					8 8 % об. Содер
Температура бражки 70°С. Содержание			спирта в		сырце

жание спирта в барде 0,01% вес. Греющий пар имеет давление 2 ата. Поте

ри спирта 0 ,2 %>	от веса спирта, введенного с бражкой.			бражной		колонны
Определим	концентрацию спирта	на	верхней тарелке
и найдем температуру его кипения.		Для	этого вычислим	теплоту недогрева
на 100 кг бражки.
Найдем теплоемкость бражки по уравнению Знаменского:
Сбр = 1,019 - 0,0095 В = 1,019 — 0,0095-7,5 =					0,95.
	(?„ = 100-0,95 (92,6 — 70) = 2140 к к а л.
Здесь 92,6 — температура кипения бражки, найденная					по табл.	17.
По графику (см. рис. 107) находим концентрацию спирта в бражке, ки
пящей на тарелке питания, равную		10,0% вес., или 4,16%			мол. Пар, иду

щий из бражной колонны, согласно табл. 47, будет содержать cnnpfa 52,2% вес., или 29,92% мол. Определим весовое количество этого пара, переходя щего в лютерную колонну, на 100 кг бражки.

Составим уравнение баланса спирта:
	100-8		8-0,2 _	52,2 G
	100	_	100	100 ’
отсюда 67=15,3 кг.'						на	верхней
В действительности, вследствие недостижения равновесия						на	верхней
тарелке концентрация спирта будет несколько меньше, а					количество		пара —
больше. Примем коэффициент избытка пара равным 1,1,					тогда	6= 15,3-1,1=
=16,83. Содержание спирта в этих парах:
-X,	16,83	=	47И вес.,	или 25,75и	мол.
	16,83

Особенности расчета двухколонных аппаратов

207

Средний молекулярный вес этих паров равен:

	25,75-46,07 + 74,25-18			25,2.
	Мср—	100		25,2.
		100
Количество молей пара, уходящего из бражной колонны, 16,83:25,2=
=0,67.
Учитывая,	что молевой поток	пара	в колонне	остается постоянным,
и не принимая	пока во внимание	потерь,	находим	расход греющего пара в

кг на 100 кг бражки, равный 18-0,67=02 кг. Сюда нужно добавить количе ство греющего пара, расходуемого на догрев бражки и на покрытие теплопотерь. Примем теплопотери равными 200 ккал на 100 кг бражки. Греющий пар при 2 ата имеет теплоту конденсации 527 ккал/кг.

Тогда дополнительный расход пара составит:

2140+200

4,45 кг.

527

Общий расход пара на колонну будет равным 4,45-f-;l2=46,45 кг на 100 кг

16,45

бражки, или в молях——— =0,915. Найдем теперь количество стекающей в

колонне жидкости на 100 кг бражки, равное количеству бражки плюс коли чество 'пара, сконденсировавшегося на верхней тарелке, для догрева браж ки. Средний молекулярный вес бражки равен:

8-46,07 + 92-18

20,3.

100

Количество молей поступающей бражки 100 : 20,3«4,9. Количество'молей пара, пошедшего на догрев бражки, равно

2140

0,226.

527-18

Общий жидкий поток в молях 5,116. Уравнение рабочей линии бражной колонны при обогреве острым паром

G	X + xR .
х = —	X + xR .
В нашем случае
х = 0,915	X +	0,004
5,116
или х = 0,179 X + 0,004;
при X — 0 х = 0,004.
При =25,75 = 0 ,179.25,75+0,004=4,604.
По двум найденным точкам находим положение рабочей				линии			(рис.
119).				Для		верхней
Число тарелок определяется так же, как и в примере 4.				Для		верхней
части колонны, где крепость меняется от		25,75 (в	паровой	фазе)'		до	0,2%
мол. (в жидкой фазе), определение числа		тарелок	проводится		графически
(см. рис. 119). В нижней части, где крепость изменяется от				0,2	до	0,004%
мол.—аналитически, по формуле (45).

208 Брагоперегонные аппараты

Найдя теоретическое число тарелок, для нахождения числа действитель ных тарелок делим его на к.п.д., который следует принять для тарелок двой ного кипячения равным 0,6 (табл. 29).

В приведенном расчете бражкой колонны найдено количество пара, по

ступающего из бражной колонны. Оно равно		0,67 кмоль, или 16,83 кг на
100 кг бражки при крепости 25,75% мол., или 47% вес.
Весовое количество спирта, переходящего из одной исолонны в другую,
равно	16,83-47
равно	-------------=7,9 кг на 100 кг бражки.
	100
Определим минимальное флегмовое число для заданных условий пере
гонки	из уравнения (41):
	X D	п
	и М1Ш = у____ х	•
	Л Л -*П

Рис. 119. Схема наРис. 120. Схема построения рабочих хождения числа таре- ■ линий:

ЛОК бражной колонны. 1—спиртовая колонна;-2—лготерная колонна.

6 6 %	Величину	х п находим, зная, что сырец содержит 8 8 %>				об. спирта;	x D—
6 6 %	мол.; д'п — находим как концентрацию спирта				в жидкой фазе, равновес
ной	с паром,	содержащим А'п = 25,75%		мол. хП= 3,17%.		Отсюда
			6 6 — 25,75
		имин~	2 5 ,7 5 - 3 ,1 7 - 1,78-
	Принимая коэффициент избытка флегмы за 1,5,				получим:
		vg = 1,78-1,5 ~ 2,7,
	Мы можем теперь построить рабочую линию				спиртовой колонны,		так
как нам известно				66
			x D	66
(см.	рис. 1 2 0 ).	х о и В =	о - f 1 =	2,7+1 =	17>8н
(см.	рис. 1 2 0 ).

_Для построения рабочей линии лютерной колонны составим материаль ный и тепловой балансы аппарата, из которых найдем отношение FIG, необ ходимое для построения рабочей линии колонны.

Особенности расчета двухколонных аппаратов	209
Весовое количество сырца D найдем, задавшись потерей спирта	в ко

лонне. Если потери равны ~0,2% от количества спирта, введенного из браж-

нон колонны,

а содержание спирта в сырце равно 83,19% вес.

(8 8 % об.),

то

16,83-47-99,8

100

9,5 кг.

100-100

83,19

Материальный баланс

(в кг) приведен в табл.

39.

Т а б л и ц а

Приход

Расход

Продукт

Вес в кг

Продукт

Вес в кг

Пары из бражной ко

16,83

Сырец ............................

9,5

лонны ........................

Пар, образующий флег

Греющий п а р ................

2,7 -9,5=

му ................................

Флегма ............................

2 ,7 -9,5=

Лютер ............................

=25,6

= 2 5 ,6

Уравнение

материального баланса:

16,83 -f- R -f- 25,6 =

9 ,5

*j- 2 5 ,6 -{- R,

Р + 7,33 =

На основе

материального баланса

составим тепловой баланс (табл. 40).

Т а б л и ц а 40

Приход

Расход

Статья

Результаты

Статья

Результаты

подсчета

Тепло,

приносимое

1. Тепло, уходящее с

водно-спиртовым па

парами сырца

ром

Qi = D iD =9,5-323,6

3080

Qi = 16,83-467

7850

(/ по табл. 18)

Тепло,

приходящее

2. Тепло,

уходящее

с греющим

паром

646,9Р

парами, образую

Q ,,=A „=P646,9

щими флегму

8270

Qb—vD iD =25,6-323,6

3. Тепло с возвращаю

3. Тепло,

уходящее

щейся

колонну

лютером

жидкой флегмой

Qg= R c%

=(/4-7,33) 103

103Я+760

Q3=vD ca *„5=25,6 -0,92-

•79,2

1860

Температура лютера

Принято,

что флег

103°, с^=1

ккал/кгград

ма поступает

при

4. Потери

в окружаю

температуре кипе

2 0 0

ния сырца.

по

щее пространство

Теплоемкость

Q7= 2 0 0 к к а л на 10 0 кг

табл.

бражки

14 Зак. 307

<<< < Предыдущая 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 2021 / 5121 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ