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

■При этом допущении:

(80-28) - (80-70)

(80-28) ~ '

’g (80-70)

Для определения К воспользуемся эмпирической формулой, предложен­ ной для конденсаторов с горизонтальными трубками:

кка л/м '-ч,

где: В—равно 610 для стальных труб и 700 для медных;

Длина всех трубок в бражной части будет найдена из уравнения:

Подставляя найденные и выбранные величины, получим:

3,2 3,14-0,038».0,1

откуда пяа8.

Коэффициент теплопередачи подсчитаем по уравнению:

l/»i+ 1/<*j + 8/1.

Здесь 6=0,025 м, /.=50 ккал/м . ч , град.

Найдем сначала число Re:

wd-j _ 0,1-0,38-994

5200.

6 = n g ~ 74,1-10-6-9,81

Значения физических величин взяты для средней температуры воды 35°. Таким образом, мы имеем в водяных трубах дефлегматора переходный ре­ жим.

Найдем значение а из уравнения:

Nu = 0,023 Re0'8 Рг°>4-

Значение а умножим на поправочный коэффициент, который находим из уравнения:

600000

/ =

Re1-8 ’

Число Рг для воды при температуре 35° С находим по табл. I. Прило­ жения: оно равно 5,4.

Отсюда

0,53

52000,8•5 ,40,4•0,023,

0,038

где 0,53 ккал/м ■ч • град—теплопроводность воды при 35°.

Отсюда а=1200 ккал/м2 ■ч • град.

Поправочный коэффициент:

600000

0,83.

•/Г“ ~~ 52001,8

Отсюда

а] = 1060 ккал/м2-ч- град.

Коэффициент теплоотдачи от конденсирующихся водно-спиртовых пароз найдем по номограмме, составленной И. М. Ройтером [8, 9, 10]. Примем тем­ пературу стенки, обращенной к пару, равной 70° С. Разность температур между паром и стенкой будет 80—70=il0°C.

Температуру пленки конденсата примем равной

80+70

= 75°.

2

Наружный диаметр трубок 43 мм, &.td II 4,3 • 10 = 43 см' град. По номограмме находим аг=2300 ккал/м2. ч , град (рис. 125). Теперь найдем К:

232 Дефлегматоры, их теория и расчет

«ч

о ккал/м? час град dai нй!

Содержание спирта о % од

Рис. 125. Номограмма для определения коэффициента тепло­ отдачи при конденсации паров. Для вертикальных труб

Находим общую длину труб, охлаждаемых водой, из уравнения:

F = it dcpLf

3,2

трубу, в водяной — 16 труб. Располагаем их в двух барабанах: в нижнем 23 оражных трубы, в верхнем 18 и 16 водяных в верхней части барабана.

Общая длина дефлегматора составит 2,5+0,2.2=2,9 м. Здесь 0,2 — высо­ та распределительной камеры. Она принята равной 0,2 м из конструктивных соображений:

расстояние между трубками принимаем равным .1,2 dr , где dH—наруж­ ный диаметр трубы. Расстояние от центра крайних труб до кожуха прини­ мается 0,75-Н d,i . Диаметр штуцера для водно-спиртовых паров рассчиты­ вается по скорости, равной 15—25 м/сек.

Скорость бражки в трубопроводах и штуцерах берется равной 0,5— 1 м/сек, а воды 1—2 м/сек.

§ 5. МОДЕЛИРОВАНИЕ ДЕФЛЕГМАТОРОВ

Процессы, протекающие в дефлегматоре, мало 'изучены. Так: как проведение опытов на заводских аппаратах затруднитель­ но, то представляет большой интерес решение задачи о их мо­ делировании.

Как в отношении испытания колонн на модели, так и в отно­ шении испытания дефлегматоров можно сказать, что задача эта еще не вполне разрешена. И. М. Ройтер в 1948 г. впервые предпринял попытку проанализировать вопрос о моделирова­ нии дефлегматоров [Ш].

Вдефлегматоре одновременно протекают четыре процесса:

1)движение пара и жидкости; 2) теплопередача; 3) изменение концентраций вещества; 4) частичное изменение агрегатного со­ стояния вещества.

Проанализировав эти процессы с точки зрения подобия, можно сформулировать условия подобия.

Для случая, когда в модели и образце мы работаем с од­ ним и тем же продуктом, помимо геометрического подобия, по­ добия граничных условий и подобия полей физических констант, должно быть соблюдено равенство ряда критериев, а именно:

которые определяют гидродинамическое подобие и

который определяет подобие процесса теплопередачи при из­ менении апрегатного состояния 'веществ. Кроме того, должно быть соблюдено равенство флегмовых чисел (v).

В приведенных выше формулах:

w — скорость в м/сек-,

g — ускорение силы тяжести в м/сек2-, I и d — линейные размеры в м\

v — кинематический коэффициент вязкости в м2/сек\ г — скрытая теплота конденсации в ккал/кг\ с — теплоемкость в ккал/кг • град-,

t — температура в °С .

При разрешении вопроса о том, осуществимы ли эти условия подобия, следует иметь в виду следующее.

Сравнительно легко осуществляется равенство условий

Трудности встречаются при выполнении условий равенства критериев Re и Ga. 'Второе из этих условий неосуществимо при использовании в модели той же системы, что и в образце. При­ менение же другой системы приводит к усложнению опыта.

В результате рассмотрения вопроса сделано заключение о необходимости использовать метод приближенного моделирова­ ния.

Этот путь приводит к созданию модели с отказам от полного геометрического подобия и равенства критериев Re я Ga, но при непременном соблюдении приближенного равенства этих критериев в модели и образце, а также подобия полей темпера­ тур и концентрации.

Практически была осуществлена модель вертикального труб­ чатого дефлегматора, сконструированная в виде пучка труб из такого же материала, с таким же диаметром и так же взаимно расположенных, как в производственном образце. «Так как,— пишет Ройтер,— количество протекающих в дефлегматоре про­ дуктов при одинаковом тепловом режиме пропорционально по­

верхности теплопередачи, то нетрудно заметить, что при одина­ ковом геометрическом сечении пучка труб скорость продуктов будет прямо пропорциональна длине трубок.

Следовательно, длительность протекания процессов в моде­ ли и в образце будет одинаковой, а вследствие этого установит­ ся подобие полей температур и концентраций по всей высоте моделей».

Испытание модели при сравнении ее работы с работой про­ изводственных аппаратов показало, что в общем цель, постав­ ленная исследованием, была достигнута: модель давала при­ мерно те же результаты, что и образец. Это относилось как к теплопередаче, так и к укреплению паров спиртом.

Проведенные исследования наметили правильный путь мо­ делирования дефлегматоров. Идя по этому пути, необходимо изучить существующие типы дефлегматоров и произвести их фи­

7.Ш. Мари й е, Перегонка и ректификация в спиртовой промышлен­ ности, Снабтехиздат, 1934.

8.И. М. Ройтер, Труды КТИППа им. А. И. Микояна, вып. 12, 1952.

9.И. М. Ройтер, Труды КТИППа им. А. И. Микояна, вып. 21, 1959.

ГЛ А В А IX

ТЕ О Р Е Т И Ч Е С К И Е О С Н О ВЫ Р Е К Т И Ф И К А Ц И И С П И РТ А

§1. ПРИМЕСИ СПИРТА И ИХ КЛАССИФИКАЦИЯ

Спирт-сырец, получаемый после перегон™ браж™, содержит многочисленные примеси, различные по химической природе.

Обычное содержание примесей при 'работе на картофеле не превышает 0,5% по несу этилового спирта. (В сырце обнаружено до 50 различных веществ. По химическому характеру они могут быть в основном разделены на четыре большие группы: спир­

следние делятся на три группы: головные, хвостовые и проме­ жуточные примеси.

Деление это условно; так как характер примесей может ме­ няться в зависимости от условий работы.

Г о л о в н ы м и п р и м е с я м и называют те, которые бо­ лее летучи, чем этиловый спирт. Температура их кипения ниже, чем температура 'кипения этилового спирта. К ним относятся ук­

Часть хвостовых примесей нерастворима в воде и имеет масля­ нистый вид. Поэтому хвостовые продукты получили наимено­ вание сивушного масла.

В табл. 46 приведены данные о составе двух образцов си­ вушных масел.

Кроме того, в состав сивушного масла входят в незначи­ тельных количествах октиловый и нониловый спирты и другие продукты.

Из данных табл. 46 видно, что основными составными частя­ ми хвостовых продуктов являются амиловые, изобутиловый и пропиловый спирты. Из амиловых спиртов преобладает изоамиловый. Кроме того, в сивушном масле содержится оптически деятельный амиловый спирт — вторичный бутилкарбинол.

Промежуточные продукты представляют собой группу при­ месей, которые в зависимости от условий перегонки ведут себя

то как головные, то как хвостовые примеси. В эту группу вхо­ дят изомасляноэтиловый и изозалерианоэтиловый эфиры.

В табл. 47 приведены некоторые из примесей, классифициро­ ванные по химической природе, с указанием их молекулярного веса и температуры кипения.

Есть указания да то, что кроме этих примесей, в сырце были обнаружены сероводород, меркоптаны, пиридин, тримегилпира31ин, тетраметилпиразин, диэтилпиразин и некоторые другие ве­ щества.

Характер примесей, содержащихся в опирте-сьгрце, и их ко­ личество зависят: 1) от .вида сырья и его качества; 2) от спосо­ ба работы, принятого па заводе; и 3) от оборудования, на ко­ тором производится работа.'

Примеси возникают в основном в процессе брожения. Одна­ ко на их образование в процессе брожения могут оказать су­ щественное влияние предшествующие брожению технологиче­ ские операции, в частности режим водно-тепловой обработки сырья.

Примеси возникают также и при перегонке. Примеси, возни­ кающие при брожении, очень разнообразны. Количество и со­ став их могут сильно изменяться в зависимости от условий, при которых проводится брожение; степени аэрации, расы дрожжей,