Оценка влияния технологических факторов на работу перегонной установки непрерывного действия Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

663.551.24.001.573

ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА РАБОТУ ПЕРЕГОННОЙ УСТАНОВКИ НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ

ІІ.П. РЯПЧЕНКО, П.П. ЛЮБЧР.НКОГ? - спирта н потоке флегмы меньше, чем в потоке

Кубанский государственный технологический университет “сх°ЯНОЙ СМЄСИ, питающая ЖИДКОСТЬ ПОСЛЄ ИХ

смешения имеет концентрацию спирта меньше,

При эксплуатации перегонных установок в коньячном и спиртовом производствах возникают ситуации, не учитываемые существующими классическими методами расчета. Это делает невозможным анализ их влияния на параметры процесса и его конечные результаты, а также выработку рекомендаций по модернизации существующих и вновь устанавливаемых типовых колонн и технологических схем.

Так, в производственной практике, как правило, виноматериал или другой спиртсодержащий продукт поступает в перегонную колонну недогретым при температуре меньшей, чем его температура кипения. Для его подогрева до температуры кипения на питающей тарелке затрачивается некоторое количество пара, который конденсируется, уменьшая тем самым общий паровой поток в колонне.

Расчеты показали, что при недогреве на 20"С расход пара снижается в среднем на 20%. Таким образом, количество пара, поднимающегося в укрепляющую часть колонны, уменьшается, а количество жидкости, стекающее в исчерпывающую часть, увеличивается.

Известно [1], что соотношение расходов жидкой и паровой фаз влияет на гидродинамические условия работы и, как следствие, на конечные результаты — потерн спирта с бардой и качество готового продукта.

Изменение этого соотношения в сторону увеличения ухудшает работу колонны, что и происходит при недогреве жидкости. Эти изменения потоков должны быть учтены путем введения корректив в уравнения рабочих линий

Второй фактор, изменяющий условия работы перегонных колонн, — это выбор места подачи исходной смеси на разделение — питательной тарелки.

В коньячном производстве в перегонной колонне укрепляющая часть, как правило, отсутствует совсем, а флегма подается из дефлегматоров прямо на верхнюю тарелку исчерпывающей части колонны. Иногда колонна укрепления включает одну-две тарелки. В обецх схемах на питающей тарелке происходит смешение двух потоков жидкости с разным содержанием спирта.

При этом возможны два случая. В первом концентрация спирта в флегме больше, чем в исходной смеси, и после смешения образуется питающая жидкость с более высокой концентрацией спирта. Тогда для обеспечения нормативных потерь с бардой необходимо увеличивать расход пара, так как расчетной высоты исчерпывающей части колонны не хватает. Во втором случае, когда концентрация

чем исходная смесь, что облегчает работу нижнеи части колонны.

Для учета возникающих реальных ситуаций необходимо ввести коррективы в типовой алгоритм расчета, включающий представления о теоретической тарелке, КПД на тарелке, равновесных и рабочих соотношениях. Для определения количества пара, конденсирующегося на питательной тарелке АС при недогреве, необходимо использовать уравнение теплового баланса:

Г!

где С, — расход подаваемой исходной смеси. кмоль/ч; с,— ее удельная теплоемкость, кДж/(кмоль-К);

Г., — температуры кипения и на входе в аппарат соответственно. С; г,. — удельная теплота конденсации, кДж/кмоль.

Концентрацию питающей жидкости Xзаходили из уравнения материального баланса по легколетучему компоненту ЛЛ К для процесса смешения исходной смеси, сконденсированного пара и флегмы:

_ ОД, + АСУ;. -ь СЯХ;,.

" СГ+ АС + С,/?

где

У>, Х.и — концентрации ,/777К в исходной смеси, паре и флегме соответственно, кмоль/ ч;

С, — расход дистиллята;

$ — флегмовое число.

Соответственно в алгоритме предусмотрено внесение поправок в уравнения рабочих линий обеих частей колонны, поскольку изменяются как сами потоки, так и их соотношение:

Для удобства расчета в исходные данные ввели величину удельного расхода пара / — аналог от-парного числа — отношение расхода пара, поднимающегося снизу вверх по колонне, к расходу исходной смеси. Из опытных данных известно |2], что колонна работает в режиме, близком к оптимальному при соотношении между потоками жидкости и пара, соответствующем диапазону 3^5, что отвечает значению / = 0,2-0,35. Очевидно, что выбор / определяет и значение флегмового числа.

В оггальном алгоритм расчета не отличался от общепринятого. Программа расчета на ЭВМ, составленная по разработанному алгоритму, предусматривала для определения концентраций на каж-

Йцй ци1

,г.е.1ЭКГЧ

;'г:<гд

ІПІЗІ.МІ:

ну'н гтрз

ЭЗМ ї^:

Бз.'Ап1

СПГГИСТС “(.'Л Ы

Спг.1.1

§£ЦИг1 01

питчтоіі кіЩМ л .■V. = .. - Ґ':;

& л ■ 1-1г- £1

ІИЗІгііі кочиинт и и йШ

ЛЯ Н: ЇСТ

і 'П ї ї к::-:

70-Е0Й

НЫГ.1Ч ГУ И Т.л

Н:1 О расчета ратин. расчетш йыц гш Ч+цг.Й

ЛИЯ

Л ;1 ?*«!]] О ЦОИ I

за рксА уметь и к;- в уі

р£ктЄрї:|

»

і

дой тарелке использование метода итераций и деления отрезка пополам |3].

Исходные данные варьировались в широком диапазоне и были максимально приближены к реальным производственным условиям.

Разработанная программа была реализована на ЭВМ Мэра-60.

Базовое значение производительности по вино-магериалу й!с принято равным 100 кмоль/ч, что соответствует максимально возможной производительности установки К5-М — 200 дал/ч.

Согласно возможным мероприятиям по модернизации были рассмотрены три варианта компоновки перегонного аппарата по числу тарелок в укрепляющей N. и исчерпывающей N.. частях: первый — N. = \, к2 = 16; второй — А/, = 4, М, = 20; третий

— Л7, = 2, = 22. Конценграйия спирта в

виноматериалах обычно колеблется в пределах 8-12%об, в дистилляте она составляет 60~65%об, концентрация спирта в барде принималась, исходя из общих допускаемых потерь абсолютного алкоголя в установке. При общих нормируемых.потерях, равных 1,2% аб. ал., на барду обычно приходится 70-80% потерь, так как спирт теряется с воздушными потоками, через неплотности, при перекачке и т.д.

На основании проведенных предварительных расчетов нормируемые потери с бардой приняты равными 4‘ 10 4 мол. доли. Во всех вариантах расчетов они и являлись основным ограничительным параметром.

Численный эксперимент, проведенный в широком диапазоне варьирования параметров процесса и исходных данных, позволил выявить следующее.

Оценка влияния места питания показала, что понижение концентрации питающей жидкости из-за смешения исходной смеси с флегмой может иметь место только в первом варианте (одна тарелка в укрепляющей части) или при отсутствии укрепляющего действия дефлегматора, что нехарактерно для установок коньячного производства.

.Зависимость потерь спирта с бардой Хг от удельного расхода пара / и вариантов компоновки колонны (кривые 1~3) представлена на рис. 1. Проведенные исследования показали, что нормируемые потере спирта с бардой в первом варианте компоновки достигаются при I = 0,33, во втором

— / = 0,27 и в третьем — / = 0,255 при производительности ПО ИСХОДНОЙ смеси СI = 100 кмоль/ч. Такой результат объясняется увеличением высоты исчерпывающей части (А,„ = 16,20 и 22 соответственно) и за счет этого извлечением заданного количества спирта при меньших значениях /. Если же принять общий расход пара во всех вариантах постоянным, отвечающим первому варианту, то для второго и третьего производительность установки по исходному сырью при норме потерь может быть увеличена на 22 и 30% по сравнению с первым, что составит 122 и 130'кмоль/ч соответственно.

Зависимость А',,

Рис. 2

Рис. 1

1Г от начальной температуры исходной смеси Г;1 для всех трех вариантов представлена на рис. 2. Анализ графиков показывает, что во всех аппаратах потери с бардой возрастают при увеличении недогрева смеси до ее температуры кипения, если принять, что норма потерь соответствует подаче виноматериала при температуре кипения.

При одном и том же общем расходе пара недог-рев больше всего сказывается в третьем варианте компоновки, где имеет место наименьший удельный расход пара, определяющий разделяющую способность колонны.

Полученные данные обобщены в виде зависимостей относительного расхода исходного виноматериала при недогреве от (рис. 3, 4). На рис. 3 в качестве масштаба отнесения выбрана базовая производительность (100 кмоль/ч) при постоянном расходе пара, а на рис. 4 производительность всех установок при подаче виноматериала при температуре кипения принята равной 100 кмоль/ч при соответствующих удельных расходах пара.

Рис. 3

Анализ зависимостей показывает, что для обеспечения нормируемых потерь с бардой необходимо снижать производительность аппаратов почти на 25% (например, при 1н = 50“С в первом варианте). Аналогично и при других температурах во всех рассматриваемых вариантах компоновки. Особенно сильно сказывается недогрев виноматериала при понижении расхода пара.

Отсюда можно сделать практические выводы по влиянию недогрева и ориентироваться на них при выборе режима работы установки.

ВЫВОДЫ

1. При проектировании и установке перегонных колонн в целях упрощения направленного регулирования крепости и качества получаемого продукта необходимо предусматривать укрепляющую

ДЯ

50

60

ТО

Ж

90 ”С №

Рис. 4

часть в брагоперегонной колонне (две-три тарелки). Количество тарелок и высоту исчерпывающей части нужно рассчитывать на удельный расход пара, превышающий значение минимального удельного расхода не более чем на 10-15%.

2. Следует организовать подачу исходного сырья при температуре, близкой к температуре кипения, за счет установки дополнительного подогревателя на линии подачи виноматериала.

' ЛИТЕРАТУРА

1. Стабников В.Н. Расчет и конструирование контактных устройств ректификационных и абсорбционных аппаратов. — Киев: Техника, 1970. — 207 с.

2. Любченков П.П., Рябченко Н.П., Суручан П.Т. Получение коньячного спирта на вихревом перегонном аппарате / / Виноделие и виноградарство СССР. — 1985. — № 2. — С. 33.

3. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. — М.: Наука. 1974. — 831 с.

Кафедра процессов и аппаратов пищевых производств

Поступила 30.03.95

I

м л р-1-Р1КТ

ел-!'

р=ф

II \ У.

их 11

П[.Й=

1Т ■ : Ll.lt*

С

НЖ,

|Э.

663.543.067.532.71

ОБРАТНООСМОТИЧЕСКАЯ ОЧИСТКА ВОДНОЙ МАССЫ ПАТОЧНОЙ БАРДЫ СПИРТОВЫХ ПРОИЗВОДСТВ ОТ РАСТВОРЕННЫХ ВЕЩЕСТВ

С.И. ЛАЗАРЕВ, В.Б. КОРОБОВ, М.Б. КЛИОТ

Тамбовский государственный технический университет Аи "Синтез"

Утилизация в спиртовых производствах больших объемов водной массы паточной,барды предела ал я-ет существенные трудности [1, 21. Использование барды на корм скоту и в качестве'удобрений (2| ограничено: в первом случае — из-за большого-содержания калия, вредно влияющего на здоровье животных, во втором — из-за содержания в барде минеральных солей, что приводит к снижению и прекращению роста растений. Кроме того, при разложении паточной барды выделяются отравляющие воздух продукты с неприятным запахом.

Более прогрессивные способы утилизации паточной барды основаны на ее разделении на твердую и'водную массы.

Нами исследован обратноосмотический метод очистки водной массы паточной барды Новолядин-ского спиртового завода (Тамбовская область) с целью дальнейшего ее использования во вторичных производствах.

Состав различных партий исходной паточной барды приведен в табл. 1.

Предварительно водную массу паточной барды очищали от нерастворимых веществ гравитационным и центробежным отстаиванием. Дальнейшую очистку осуществляли на лабораторной обратноос-мотическои установке с мембранной ячейкой плоскорамного типа [3]. Использовали мембраны МГА-100, МГА-95К, МГА-95Л и ОПМ-К.