97926

Реконструкция брагоректификационной установки спиртоводочного завода

Дипломная

Производство и промышленные технологии

В этом разделе приведены расчет материального и теплового балансов брагофикационной установки технологический расчет деметанольной колонны сделан выбор вспомогательного оборудования предусмотрен лабораторный контроль производства. В механической части приведены расчеты толщины стенки цилиндрической обечайки и днища деметанольной колонны...

Русский

2015-10-26

608.5 KB

0 чел.

РЕФЕРАТ

на дипломный проект ст. гр. ТСВ-96-31 Бравцевой Л. Ф. по теме "          "

Пояснительная записка: л.   , рис.      , табл.     , библиографических ссылок     .

Графическая часть: технологических схем      ,чертежей     , таблиц      .

СПИРТ, ЭТИЛОВЫЙ, ЛЕТУЧЕСТЬ, ПРИМЕСЬ, СЫРЬЕ, ОТХОДЫ, ПОБОЧНЫЙ, ПРОДУКТ, ТЕХНОЛОГИЯ, СХЕМА, БРАГОРЕКТИФИКАЦИЯ, УСТАНОВКА, РЕКОНСТРУКЦИЯ, СРЕДСТВО, АВТОМАТИЗАЦИЯ, КОНТРОЛЬ, ОХРАНА, ТРУД, СРЕДА, ВЫВОД

В введении к проекту кратко изложены история развития спиртового производства в России, его современное состояние, пути решения проблем, стоящих перед спиртовыми заводами сегодня. В литературном обзоре указаны области применения этилового спирта, промышленные способы его получения, используемое для каждого из способов сырье, описаны реакции синтеза целевого и побочных продуктов, механизм и кинетика ферментативных реакций, дана характеристика сопутствующим этанолу летучим примесям, а также установкам для выделения и очистки этанола. В технологической части сделаны выбор и обоснование метода производства, описаны технологическая схема спиртового производства, а также принципиальная технологическая схема действующей брагоректификационной установки после ее реконструкции. В этом разделе приведены расчет материального и теплового балансов брагофикационной установки, технологический расчет деметанольной колонны, сделан выбор вспомогательного оборудования, предусмотрен лабораторный контроль производства. В механической части приведены расчеты толщины стенки цилиндрической обечайки и днища деметанольной колонны. В разделе "Автоматизация" сделан выбор и обоснование средств автоматического контроля и регулирования технологических параметров производства, предложена система аварийной сигнализации. В разделе "Охрана труда и окружающей среды" дана характеристика действующего производства по взрыво-, пожаро- и электроопасности, указаны основные средства защиты от статического электричества, разрядов молнии, пожаров, взрывов, описаны пути использования отходов и побочных продуктов спиртового производства. В организационно-экономической части приведены расчеты дополнительных капитальных вложений на реконструкцию, себестоимости 1 дал ректификованного спирта, основных технико-экономических показателей действующего производства по базовому и проектному вариантам технологического процесса.

ВВЕДЕНИЕ

Алкогольные напитки, такие как пиво и вино, были знакомы человечеству еще до начала второго тысячелетия нашей эры. Однако алкоголь, называемый теперь этиловым или винным спиртом, был открыт только в XII-м веке [2].

Первые сведения о получении этилового спирта как спиртного напитка в Древней Руси приводятся в Вятской летописи XII-го века. Значительное развитие производство винного спирта в России получило в XII-м веке [2].

Проведенная в Советском Союзе с 30-х по 50-е годы реконструкция теплоэнергетической базы спиртовых заводов позволила полностью автоматизировать режим работы котельных, а также перевести все технологическое оборудование и средства механизации на индивидуальный привод. В 1953-1954 гг. усилиями сотрудников ВНИИСПа были разработаны две принципиально разные конструкции аппаратов непрерывного разваривания, используемые на большинстве спиртовых заводов и в настоящее время [24].

Современное состояние спиртовых заводов России таково: основные производственные процессы механизированы полностью. Почти на 100% механизированы операции по транспортированию, хранению, очистке и подработке сырья. Автоматически регулируются загрузка аппаратов сырьем и водой (поддерживается оптимальная концентрация замеса, сусла, бражки), а также температура большинства материальных потоков [24]. Небольшие затраты ручного труда требуются лишь на поддержание в чистоте производственных помещений, а также на промывку различных емкостей.

Однако, серьезными проблемами, с которыми спиртовые заводы сталкиваются в настоящее время, являются:

1) утилизация барды;

2) сбыт готовой продукции, обусловленный с одной стороны затовариванием торговых прилавков более дешевым зарубежным товаром, с другой – высокой себестоимостью и зачастую весьма неудовлетворительным качеством продукции отечественного производства.

Пути решения этих проблем следующие:

1) внедрение малоотходных технологий;

2) применение высокоактивных штаммов плесневых грибов – продуцентов целлюлозолитических ферментов;

3) реконструкция имеющегося производства.

В дипломном проекте предложена реконструкция действующей на Стерли-тамакском спиртоводочном заводе брагоректификационной установки. Реконструкция направлена на улучшение качественных характеристик целевого продукта, что очень важно при усилившейся конкуренции на современном рынке.

1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

В современном мире этиловый спирт находит широкое применение как в сфере промышленного производства, так и в сфере услуг. В химической промышленности этанол широко применяют для получения синтетического каучука, этиллактата, диэтилового и уксусноэтилового эфиров, хлористого этила и многих других химических веществ. Как растворитель нитроклетчатки его применяют в производстве коллодия, бездымного пороха, искусственного волокна, небьющегося стекла, фотографических пленок и бумаги. Как растворитель смол этанол используют в производстве спиртовых лаков и спиртовых политур. Значительное количество этилового спирта расходуется на приготовление медицинских препаратов, в качестве дезинфицирующего средства, а также в производстве парфюмерных изделий на приготовление концентрированных растворов душистых веществ. Этиловый спирт используют как антифриз.

В виноделии этиловый спирт применяют для прекращения брожения вина на определенной стадии, чтобы сохранить в вине то или иное количество сахара, а также для повышения его крепости и стойкости. Он необходим для приготовления спиртованных соков, морсов и синтетических эссенций, являющихся полуфабрикатами в производстве ликероводочных напитков и фруктовых вод. Из этилового спирта производят столовый уксус [2].

  1.  Способы получения этилового спирта

В зависимости от сырья из которого получают спирт, и способов его переработки различают синтетический, пищевой, гидролизный и сульфитный этиловый спирт.

Синтетический спирт получают химическим способом - путем сернокислотной или прямой гидратации этилена. Пищевой, гидролизный и сульфитный.

Сырьем для производства синтетического этилового спирта служат газы нефтеперерабатывающих заводов, которые содержат этилен. Кроме них можно использовать и другие газы: коксовый газ, получаемый при коксовании угля и попутные нефтяные газы.

Метод сернокислотной гидратации этилена состоит в предварительной абсорбции этилена серной кислотой и последующем гидролизе образующихся в результате абсорбции этил- и диэтилсульфатов [1]. Метод прямой гидратации этилена состоит в непосредственном присоединении по двойной связи этилена воды в присутствии кислотных катализаторов [ 1 ].

Биохимическим способом перерабатывают разнообразное сырье: сахаро-содержащее (свеклосахарная меласса, сахарная свекла), крахмалосодержащее (картофель, рожь, овес, ячмень, кукуруза, пшеница), материалы, содержащие клетчатку и продукты ее разложения (древесные опилки, щепа, сульфитные щелоки гидролизных и целлюлозо-бумажных заводов), а также растительные отходы сельского хозяйства и масло-жировой промышленности (солома зерновых злаков, хлопковая шелуха, подсолнечная лузга, кукурузная кочерыжка). Несмотря на разнообразие перерабатываемого сырья, технология получения этилового спирта биохимическим способом подразделяется всего на три основные стадии: подготовка сырья к сбраживанию, сбраживание сырья дрожжами к выделение этилового спирта из бражки [3].

  1.  Основные виды сырья, используемые в производстве этилового

спирта

Сырье, применяемое для получения спирта, должно ежегодно воспроизводиться в количествах, достаточных для промышленной переработки, иметь высокое содержание крахмала или сахара и хорошо сохраняться. Этим условиям удовлетворяют клубни картофеля, зерно растений семейства мятликовых (злаков) и меласса.

Из всех видов растительного пищевого сырья картофель в наибольшей степени соответствует технологическим требованиям спиртового производства. Картофельный крахмал быстрее разваривается, образуется подвижное сусло, в нем содержатся азотистые и фосфорные вещества, из него получают самый высокий выход спирта. При переработке картофеля производительность завода на 10 % больше, чем при переработке зерна, а расход топлива на 12 % меньше, ниже себестоимость спирта.

К недостаткам картофеля как сырья относится значительная трудоемкость возделывания, плохая сохраняемость из-за высокого содержания влаги и легкой подверженности заболеваниям и невыгодность транспортирования на далекие расстояния.

Зерно на спирт перерабатывают любое, в том числе и непригодное для пищевых и кормовых целей. Ежегодный объем переработки составляет (%): пшеницы 50 (преимущественно дефектной), ячменя 20, ржи 12, кукурузы 8, проса 5, овса 2 и прочих культур. Для приготовления солода употребляют кондиционное высококачественное зерно.

Мелассой называют последний маточный раствор - оттек, получающийся при отделении кристаллов сахарозы на центрифугах. Меласса представляет собой густую вязкую жидкость темно-коричневого цвета со специфическим запахом карамели и меланоидов.

Для спиртового производства меласса наилучшее сырье. Ценность ее заключается в том, что наряду с высоким содержанием сахара, в ней находится все вещества, необходимые для нормальной жизнедеятельности дрожжей. При переработке мелассы упрощается технологическая схема, так как исключаются операции разваривания сырья и осахаривания крахмала ферментами солода или культур плесневых грибов. Мелассное сусло быстрее сбраживается, при этом уменьшаются потери сбраживаемых углеводородов и увеличивается выход спирта в пересчете на условный крахмал, снижается себестоимость спирта и возрастает производительность труда. Из мелассной барды можно получить большой ассортимент ценных для народного хозяйства продуктов.

  1.  Биохимия спиртового брожения

Возбудителями спиртового брожения являются дрожжи - одноклеточные

микроорганизмы растительного происхождения.

Развиваясь на сахаросодержащих питательных средах в анаэробных условиях дрожжи осуществляют сбраживание гексоз в этиловый спирт и углекислый газ согласно уравнению Гей-Люсака (1810 г.):

C6H12 06 <=> 2 С2Н5ОН + 2С02   (1.1)

На практике сбраживание гексоз представляет собой последовательность каталитических химических реакций, протекающих под действием ферментов дрожжевых клеток. В результате этих реакций дрожжевые клетки получают необходимую для своей жизнедеятельности энергию [5].

Химизм спиртового брожения детально изучался в течение длительного времени многими учёными различных стран мира: Бухнером, Кори, Гарденом, Лебедевым, Мейергофом, Нейбергом, Вамбургом. Исследования ученых были направлены главным образом на выделение промежуточных продуктов спиртового брожения с помощью препаратов, изготовленных из живых дрожжевых клеток различными способами [3]. Отдельные данные, полученные в результате исследовании бесклеточного брожения, использовались для составления схемы всего процесса брожения, которая изменялась по мере получения новых данных.

В настоящее время для описания химизма спиртового брожения используется схема, разработанная в 1934-1939 гг. Мейергофом и его школой [3] (рис. 1.1). Согласно этой схемы процесс спиртового брожения включает следующие стадии:

1) образование фосфорных эфиров гексоз (фосфорилирование);

2) десмолиз - разрыв углеродной цепи фруктозо-дифосфата с образованием двух молекул триозофосфатов;

3) окисление 3-фосфоглицеринового альдегида;

4) дефосфорилирование 2-фосфоглицериновой кислоты;

5) декарбоксилирование пировиноградной кислоты;

6) восстановление ацетальдегида в этиловый спирт.

Под действием фермента глюкокиназы в присутствии ионов магния Mg2+ глюкоза вступает в реакцию с аденозинтрифосфатом (АТФ), содержащимся в дрожжевых клетках. АТФ "отдает" свой фосфатный остаток глюкозе, превращаясь при этом в аденозиндифосфат (АДФ). Реакционная способность глюкозы в результате реакции возрастает.

НОН2С       О                            Mg2+         H3O3POH2C    О

               НО                 ОН  + АТФ                            НО                 ОН   + АДФ    (1.2)

НО      ОН                                                      НО      ОН

Под действием фермента глюкозофосфатизомеразы Д-глюкозо-612-фосфат обратимо изомеризуется в Д-фруктозо-б-фосфат (эфир Нейберга).

       Н2О3РОН2С       О                                       H2O3POH2C    О      СНОН

               НО                 ОН                                                                  ОН                (1.3)

НО      ОН                                                      НО      ОН

После достижения равновесного состояния в результате реакции образуется смесь (получившая название эфира Эмдена), состоящая на 70-75% из эфира Робисона (глюкозы) и на 25-30% из эфира Нейберга (фруктозы).

Под действием фосфофруктокиназы в присутствии ионов калия К+ и аммония NH4+ из Д-фруктозо-6-фосфата образуется Д-фруктозо-1,6-дифосфат (эфир Гардена-Юнга). При этом еще одна молекула АТФ "теряет" свой фосфатный остаток, превращаясь в АДФ.

    Н2О3РОН2С    О    СНОН           К+, NH4+     H2O3POH2C    О      СН2ОPO3Н2

                                     ОН + АТФ                                                     ОН + АТФ      (1.4)

НО      ОН                                                      НО      ОН

Эта реакция завершает стадию фосфорилирования.

Симметричное расположение остатков фосфорной кислоты по концам молекулы фруктозы облегчает разрыв ее углеродной цепи как раз в середине. Под действием фермента альдолазы Д-фруктозо-1,б-дифосфат обратимо распадается на две молекулы: фосфоглицериновый альдегид и фосфодиоксиацетон.

    Н2О3РОН2С    О     СН2ОPO3Н2

                                     ОН                              СН20(Н2Р03)СНОНСНО +

НО      ОН                                                      

+    СН2О(Н2РО3)СОСН2ОН      (1.5)

Под действием фермента триозофосфатизомеразы кетозный и альдозный изомеры обратимо превращаются друг в друга:

Фосфодиоксиацетон <=> Д-трифосфоглицеральдегид.

Главная роль в спиртовом брожении принадлежит 3-фосфоглицериновому альдегиду. По мере "использования" 3-фосфоглицеральдегида новые количества его образуются в результате изомеризации фосфодиоксиацетона.

Под действием фермента триозофосфатдегидрогеназы, коферментои которой является никотинамид-аденин-денуклеотид (НАД+), 3-фосфоглицериновый альдегид окисляется при одновременном фосфорилировании до 1,3-дифосфогл ицериновой кислоты.

2СН2О(Н2РО3)СНОНСНО + 2Н3РО4 + 2НАД Триозофосфатдегидрогешза →

→ Н2О(Н2РО3)СНОНСОО~(Н2РО3)  2НАД-Н2   (1.6)

В реакции участвует фосфорная кислота среды. Водород переносится на кофермент НАД*, который восстанавливается. Энергия, освобожденная в результате окисления 3-фосфоглицеральдегида, аккумулируется в макроэргической связи,образующейся 1,3-дифосфоглицерийовой кислоты.

Под действием фермента фосфоглицераткиназы фосфатный остаток 1,3-дифосфоглицериновой кислоты, содержащий макроэргическую связь, переносится на молекулу АДФ. Образуется 3-фосфоглицериновая кислота, а АДФ, приобретая дополнительную макроэргическую связь, превращается, в АТФ.

2СН2О(Н2РО3)СНОНСОО~(Н2РО3) + 2АДФ →

→СН2О(Н2РО3)СНОНСООН+2АТФ    (1.7)

Под действием фермента фосфоглицеромутазы фосфатный остаток 3-фосфоглицериновой кислоты перемещается от третьего её углеродного атома которому. В результате реакции образуется 2-фосфоглицериновая кислота.

2СН22РО3)СНОНСООН →2СН2ОНСНО(Н2РО3)СООН  (1.8)

Под действием фермента энолазы в присутствии ионов магния Mg2+, марганца Мп2+ или цинка Zn2+ происходит дегидрирование 2-фосфогаицериновой кислоты. В результате реакции внутримолекулярная энергия перераспределяется и большая ее часть аккумулируется в макроэргической фосфатной связи.

2СН2ОНСНО(Н2Р03)СООН → 2СН2:СО~(Н2РО3)СООН + 2Н2О        (1.9)

Под действием фермента пируваткиназы весьма нестойкая фосфоэнолпи-ровиноградная кислота легко дефосфорилируется. Остаток фосфорной кислоты вместе с макроэргической связью передается молекуле АДФ. В результате реакции образуется более устойчивая кетоформа пировиноградной кислоты, а АДФ превращается в АТФ.

2 СН2:СО ~ (Н2 РО3)СООН + 2 АДФ → 2 СН2СОСООН + 2 АТФ (1.10)

Под действием фермента пируватдекарбоксилазы происходит декарбокси-
лиронание пировиноградной кислоты.

2СН2СОСООН → 2СО2 + 2СН3СНО                      (1.11)

Принципиальная схема синтеза этилового спирта из глюкозы

Глюкоза      + АТФ

     Глюкозокиназа

Глюкозо-6-фосфат   + АДФ

Глюкозофосфатизомераза

Фруктозо-6-фосфат

Фосфоорфруктокиназа +  АТФ

Фруктозо-1,6-дифосфат   + АДФ

Альдолаза

Триозофосфатизомеразза

Фосфодиоксиацетон    3-Фосфоглицериновый       Н3РО4

Глицерофосфатдегидрогеназа   альдегид

       Триозофосфатдегидрогеназа

Α-Глицерофосфат           1,3-Дифосфоглицериновая кислота

Фосфатаза      Фосфоглицераткиназа

Глицерин     + Н3РО4  3-Фосфоглицериновая кислота

Фосфоглицеромутаза

2-Фосфоглицеровая кислота

Энолаза

Фосфоэнолпировиноградная кислота

Пируваткиназа + АДФ

Пировиноградная кислота

Пируватдекарбоксилаза

Уксусный альдегид

Алкогольдегидрогеназа

Этиловый спирт

При участии фермента алкогольдегидрогеназы уксусный альдегид взаимодействует с восстановленной формой никотинамид-аденин-динуклеотида НАД·Н2. (уравнение 1.6). В результате взаимодействия уксусный альдегид восстанавливается до этилового спирта, а НАД·Н2 вновь превращается в кофермент НАД+ (окисляется).

2СН3СНО + 2 НАД·Н2  2СН3СН2ОН + 2НАД+          (1.12)

Вторичные и побочные продукты спиртового брожения

Вещества, образующиеся при сбраживания сусла из гексоз, за исключением диоксида углерода, этанола и промежуточных продуктов образования последнего, относятся ко вторичным продуктам спиртового брожения.

Вещества, образующиеся из аминокислот, пентозанов и пектиновых веществ, содержащихся в обсаживаемом сусле, относят к побочным продуктам спиртового брожения.

Из вторичных продуктов спиртового брожения известны глицерин, уксусная, молочная и янтарная кислоты, ацетоин (ацетилметилкарбинол), 2,3-бутиленгликоль и диацетил.

К побочным продуктам спиртового брожения относят амиловый, изоами-ловый, изобутиловый и другие спирты, известные под названием сивушного масла, а также и другие спирты, метанол и терпены.

По Зигмиллеру окисление уксусного, пропионового альдегидов, глиоксаля и формальдегида в соответствующие карбоновые кислоты происходит под действием фермента альдегид: НАДФ-оксидоредуктазы [2]. Уравнение реакции:

R-CHO + НАДФ + Н2О НАДФ·Н2 + R-COOH                 (1.13)

Янтарная кислота по гипотезе В.З. Гваладзе и Женевуа образуется дегидрированием и конденсацией двух молекул уксусной кислоты с одной молекулой уксусного альдегида, по уравнению [3]:

2СН3-СООН + СН3 - СНО НООС-СН2-СН2-СООН + СН3-СН2ОН    (1.14)

По другой гипотезе янтарная кислота образуется в результате дезаминиро-зания глютаминовой кислоты по уравнению:

+ coohch2ch2chnh2Сooh + 2н2о

СООНСН2СН2СООН + 2СН2ОНСН2ОНСН2ОН + NH3 + CO2    (1.15)

Аммиак потребляется дрожжами на синтез белка, а глицерин и янтарная кислота выделяются в питательную среду.

Образование молочной кислоты происходит по одной гипотезе в результате восстановления пировиноградной кислоты (уравнение 1.16), по другой - в результате гидролиза промежуточного продукта спиртового брожения - фосфоглицеринового альдегида (уравнение 1.17):

СНз-СО-СООН + Н2  СН3-СНОН-СООН                  (1.16)

СНО-СНОН-СН2-О-РО3Н2 + Н2О СНз-СНОН-СООН + Н2РО4      (1.17)

Образование лимонной кислоты по Лафону происходит из девяти молекул уксуного альдегида [3]:

9СН3 - СНО + 4Н2О (НООС-Н2С)2-СОН-СООН + 6СНз-СН2ОН     (1.18)

Конденсацией уксусной кислоты с ацетальдегидом объясняется образование ацетоина.

СН3-СООН + СН3СНО СН3-СО-СО-СН3 + Н2О                  (1.19)

СНз-СО-СО-СН3 + СНзСНО + Н2О  СНз-СО-СНОН-СНз + СНзСООН    (1.20)

Сначала образуется диацетил. Затем путем дисмутации сопряженного окисления-восстановления за счет воды из диацетила образуется ацетоин.

При восстановлении ацетоина образуется 2,3-бутиленгликоль.

СН3-СО-СНОН-СН3 + НАДН2  СН3-СНОН-СНОН-СН3 + НАД3  (1.21)

По данным Эрлиха, позднее подтвержденных Торном, некоторые дрожжи превращают аминокислоты, главным образом лейцин, изолейцин, триптофан, тирозин и т.п. в соответствующие спирты [4]. При образовании этих спиртов одновременно протекают процессы декарбоксилирования и гидролитического деза-мкнирования аминокислот по уравнению:

R - CHNH2-COOH + Н2О R-CHOH + СО2 + NH3       (1.22)

Согласно другой гипотезе высшие спирты образуются из аминокислот с участием пировиноградной кислоты по следующей схеме [4]:

1) образование соответствующей кетокислоты

R - CHNH2-COOH + СН3-СО-СООН R-CO-COOH + CH3-CHNH2-COOH  (1.23)

2) декарбоксилирование кетокислот

R-CO-COOH R-CHO + СО2                                (1.24)

Механизм и кинетика спиртового брожения

Все процессы обмена веществ в дрожжевой клетке протекают с участием специфических катализаторов белковой природы - ферментов.

С субстратом ферменты образуют нестабильные фермент-субстратные комплексы, которые по окончанию химической реакции распадаются на свободный фермент и продукты реакции.

Активный цент фермента представляет собой совокупность пространственно сближенных, реакционноспособных функциональных групп и участков его белковой части, непосредственно участвующих в связывании и химических превращениях субстрата. Назначение и функции отдельных групп и участков активного центра фермента строго специализированы.

Участки активного центра, которые непосредственно вовлечены в связывание субстрата, по своим пространственным очертаниям соответствуют конфигурации молекулы субстрата. Они играют роль контактной или площадки фермента, на которую за счет или слабых (Ван-дер-Ваальсовых) сил межмолекулярного взаимодействия "садится" субстрат.

3) восстановление образующихся при декарбоксилировании кетокислот альдегидов до соответствующих высших спиртов

R-CHO + Н2  R-CHOH                                       (1.25)

Данные последних работ дают основание считать, что образование высших спиртов происходит через уксусную кислоту непосредственно из сахаров.

Женевуа и Лафон при добавлении меченого ацетата натрия к бродящему суслу получили меченые изопропиловый и изоамиловый спирты [4]. Они выдвинули предположение, что в результате ферментативной реакции из ацетата натрия через ацетил-S-KoA образуется ацетуксусная кислота, которая декарбокси-лируется затем с образованием ацетона. Ацетон восстанавливается до изопропи-лового спирта. В результате конденсации ацетона с ацетальдегадом образуется β-метилкротоновый альдегид, восстанавливающийся до изоамилового спирта.

При участии эстераз дрожжей протекают реакции этерификации, в которых участвуют спирт и кислота, по уравнению:

R1-OH + HOOC-R2  R1-OOC-R2 + Н2О                             (1.26)

Образование эфиров происходит легче в результате взаимодействия альдегидов (сложноэфирная конденсация).

R1-CHO + HOC-R2  R1-COOCH2-R2                                 (1.27)

Альдегиды могут претерпевать альдольную конденсацию по уравнению:

СН3-СНО + СН3-СНО СН3-СНОН-СН2-СНО                        (1.28)

В результате взаимодействия со спиртом уксусный альдегид в диэтилацеталь.

СН3-СНО + 2СН3-СН2ОН СН3-СН-(О-С2Н5)2 + Н2О                 (1.29)

Совокупность реакционноспособных групп, атакующих субстрат и осуществляющих с ним то или иное химическое превращение, составляет каталитически активный центр молекулы фермента. Воздействие таких групп на субстрат всегда является строго согласованным, синхронным и точно ориентированным в

пространстве.

В общем виде типичную ферментативную реакцию можно описать следующим уравнением [6]:

k1

                                                                     →       k3

E + S      ES  →  E + P,                                    (1.30)

k2

где Е - фермент, S - субстрат, Р - продукт, k1, k2, k3 - константы скорости элементарных стадий реакций.

Скорость, с которой клеточная мембрана пропускает какое-либо вещество, определяется по формуле Коллендера и Бермунда [2]:

= -KS(C-C0),                                          (1.31)

где (С - Со) - разность концентраций вещества в клетке и в окружающей ее питательной среде;

S - площадь поверхности клетки;

К - константа проницаемости вещества через клеточную мембрану.

Скорость любой, ферментативной реакции зависит от концентраций субстрата, фермента, а также условий ее протекания (температуры, рН среды, наличия активаторов или ингибиторов фермента). Обычно она определяется с помощью уравнения Михаэлиса-Ментен в дифференцированной форме [5,6]:

                                               (1.32)

где r0 - начальная скорость превращения субстрата; [So] -начальная концентрация субстрата; [Ео] - концентрация фермента в начальный момент времени; КM - константа диссоциации фермент-субстратного комплекса (константа Михаэлиса).

                                             (1.33)

Константа Михаэлиса Км численно равна концентрации субстрата, при которой скорость ферментативной реакции составляет половину максимальной. Единица измерения константы Михаэлиса - моль.

Взаимосвязь начальной скорости реакции г0 и начальной концентрации субстрата [So] по уравнению Михаэлиса-Ментен представляет собой дробную рациональную функцию, имеющую свои характерные особенности [2].

При достаточно малых начальных концентрациях субстрата, когда КM>>[S0] - между начальной скоростью реакции r0 и начальной концентрацией субстрата [S0] наблюдается линейная зависимость, описываемая следующим уравнением:

                                             (1.34)

При больших начальных концентрациях субстрата [S0], когда [S0]>>KM, начальная скорость ферментативной реакции стремится к предельному своему значению, которое обозначается через rmax:

                                                     (1.35)

Константы rmax и КM, характеризуют активность фермента к сродство его определенному субстрату. Чем больше константа Михаэлиса КM, тем слабее связь между ферментом и субстратом, т. е. меньше их сродство. Чем больше rmax, тем активнее фермент.

На практике определить скорость реакции отдельных звеньев анаэробной диссимиляции глюкозы не просто. Считают, что самой медленной, определяющей скорость процесса гликолиза в целом, является реакция, катализируемая ферментом гексокиназой [5]. Другим лимитирующим фактором, влияющим на продолжительность спиртового брожения, является концентрация в клетках окисленной формы кофермента НАД+.

Энергетическая роль брожения

Основным источником, энергии для дрожжевой клетки является биологическое окисление поступающих из внешней среды питательных веществ. Освобождающаяся в процессе биологического окисления энергия запасается дрожжевыми клетками в богатых потенциальной энергией (макроэргических) химических фосфатных связях молекул аденозинтрифосфата (АТФ).

Уравнение реакции фосфорилирования:

АДФ+Н3РО4 + энергия = АТФ + Н2О                        (1.36)

Молекула АТФ имеет одну простую (-) и две макроэргические (~) фосфатные связи (рис 1.3). Энергия обычной фосфатной связи 8380-12570 Дж, макроэргической - примерно 37700 Дж.

аденин

         NH2    N

 N                                                                                         пирофосфат

         фосфат

         N        N                                    О             О            О

рибоза                О       СН2   -  О  – Р – О  –   Р -  О  – Р - ОН

                                                       ОН          ОН       ОН

                       ОН   ОН

           аденозин

           аденоозиннмонофосфат

           аденооозинфосфат (АДФ)

           аденозинтрифосфат (АТФ)

Рисунок 1.3. - АТФ - источник клеточной энергии

При дефосфорилировании АТФ последовательно превращается сначала в аденозиндифосфат (АДФ), а затем в аденозинмонофосфат (АМФ). Энергия, выделяющаяся в результате дефосфорилирования АТФ используется дрожжевыми клетками для различного вида работ (рисунок 1.4).

Участие АТФ в спиртовом брожении глюкозы можно выразить следующим уравнением:

С6Н12О6 + 2Н3РО4 + 2АДФ = 2С2Н5ОН + 2СО2 + 2АТФ          (1.37)

Следовательно при сбраживании 1 г-моль глюкозы в анаэробных условиях дрожжевые клетки получают около 237700 = 75400 Дж энергии.

Схема использования энергии АТФ в живой клетке

Механическая  Осмотическая

     работа           работа

Энергия из    Химическая              Электрическая

пищи  и от        работа                      работа

солнечного света

Рис. 1.4.

  1.  Выделение этанола из зрелой бражки и его очистка

Бражка - сложная многокомпонентная система, состоящая из воды (82-90%), сухих веществ (4-10 мас. %) и этилового спирта с сопутствующими примесями (5-9 мас.%).

Спирт из бражки выделяют с помощью ректификации на сырцовых ректификационных установках. При этом вместе с ним отгоняется и значительная часть сопутствующих летучих примесей. Получаемый при этом продукт называется спиртом- сырцом (ГОСТ-131-85).

Ректификованный спирт получают путем очистки спирта-сырца от примесей ректификацией. Различают четыре вида ректификованного спирта (ГОСТ-5962-85): люкс, экстра, высшей очистки, 1 сорта.

Для оценки летучести примесей по сравнению с летучестью этилового спирта введено понятие коэффициент ректификации примесей. Коэффициент ректификации показывает, на сколько увеличивается или уменьшается содержание в паре примеси по отношению к этанолу в сравнении с жидкостью.

Все известные примеси по летучести можно сгруппировать в четыре вида: головные, хвостовые, промежуточные и концевые.

К головным примесям относят те, которые обладают большей летучестью, чем этиловый спирт при любых концентрациях последнего в растворе. Их коэффициент ректификации всегда больше единицы К’ >1. Основными представителями головных примесей являются уксусный и масляный альдегиды, акролеин, му-равьиноэтиловый, уксуснометиловый, уксусноэтиловый и диэтиловый эфиры.

К хвостовым примесям относят те, летучесть которых всегда ниже летучести этилового спирта (К' <1). Типичными хвостовыми примесями являются уксусная кислота и фурфурол. Промежуточные примеси обладают двоякими свойствами. При высоких концентрациях этанола в растворе они ведут себя подобно хвостовым примесям (К' <1), а при низких его концентрациях - подобно головным (К' >1). Основными представителями промежуточных примесей являются изоамиловый, изобутиловый и пропиловый спирты, изовалерианоизоамиловый, уксусноамиловый, изовалерианоэтиловый и изомасляноэтиловый эфиры.

Концевые примеси, в отличие от промежуточных, имеют коэффициент ректификации К' >1 при высоких концентрациях этанола в растворе и К' <1 при низких его концентрациях. Характерной концевой примесью является метиловый спирт.

Концентрация этилового спирта в водно-спиртовой смеси по высоте полной ректификационной колонны изменяется от нуля до азеотропной точки. Поэтому при введении водно-спиртовой смеси в полную ректификационную колонку головные примеси концентрируются в укрепляющей ее части, а хвостовые - в кубовом ее остатке. Промежуточные примеси концентрируются в средней части колонны, где их коэффициент испарения равен коэффициенту испарения этанола (К’=1), а концевые примеси концентрируются как вверху, так и внизу колонны.

1.4. Классификация брагоректификационных установок

В настоящее время на спиртовых заводах широко применяют брагоректи-фикационные установки (БРУ) в которых спирт-ректификат вырабатывают непо-

средственно из бражки.

По технологическому принципу различают брагоректификационные установки прямого, косвенного и смешанного (полупрямого) действия; по числу колонн - трех-, четырех-, пятиколонные (а в некоторых случаях и с большим числом колонн); по рабочему давлению в колоннах - атмосферные и работающие под вакуумом.

Обычно БРУ состоят из трех основных колонн: бражной, эпюрационной и спиртовой. Бражная колонна предназначена для полной отгонки из бражки этанола вместе с сопутствующими ему летучими примесями, эпюрационная - для выделения из бражного дистиллята или бражки головных примесей, спиртовая - для укрепления и пастеризации спирта, а также для освобождения последнего от промежуточных и хвостовых примесей.

Для улучшения качества ректификованного спирта, увеличения его выхода, а также для повышения производительности отдельных массообменных аппаратов любая БРУ может быть оснащена дополнительными колоннами: разгонной, окончательной очистки, сивушной.

Включение в схему БРУ разгонной колонны дает возможность выделить из головной фракции (промежуточного продукта спиртового производства) дополнительное количество этанола, а головные примеси получить в концентрированном виде.

Колонна окончательной очистки предназначена для дополнительной очистки ректификованного спирта от остатков примесей. В результате включения ее в схему брагоректификационной установки улучшаются дегустационные показатели спирта, увеличивается время его окисления, понижается содержание в нем кислот, эфиров, альдегидов.

Сивушная колонна предназначена для выделения промежуточных примесей в концентрированном виде. Она питается сивушной фракцией и сивушным спиртом, отбираемыми из спиртовой колонны из зон максимального концентрирования последних. В результате включения сивушной колонны в схему БРУ концентрация промежуточных примесей в спиртовой колонне значительно снижается, а эффективность работы спиртовой колонны по укреплению спирта при том же числе тарелок и расходе пара увеличивается.

В зависимости от способа включения бражной колонны в схему различных установок различают БРУ прямого, косвенного или смешанного (полу прямого) действия.

Принципиальная особенность установок прямого действия состоит в выделении головных примесей непосредственно из бражки, а также в обогреве эпю-рационной и спиртовой колонн водно-спиртовым паром, выходящим из бражной колонны.

В установках косвенного действия эпюрации (выделению головных примесей) подвергают не бражку, а бражной дистиллят, полученный при перегонке последней. Греющий водяной пар, тепло которого используется однократно, подводится к каждой колонне БРУ.

В установках смешанного действия в бражной колонне одновременно осуществляют и эпюрацию и перегонку бражки. Головные примеси выделяют в эпюрационной колонне непосредственно из бражного дистиллята. Обогрев эпю-рационной колонны, также как в БРУ прямого действия, осуществляют водно-спиртовым паром, выходящим из бражной колонны, а обогрев спиртовой колонны, также как в установках косвенного действия, - водяным паром.

Вакуумные БРУ, в которых одна или несколько колонн работают под давлением ниже атмосферного, создавались на базе установок косвенного действия в двух вариантах. По первому варианту под разряжением работает бражная (а иногда и эпюрационная) колонна, и обогрев ее осуществляется за счет тепла конденсации спиртового пара спиртовой (а иногда и сивушной) колонн. По второму варианту под разряжением работает спиртовая (а иногда и эпюрационная) колонна и обогрев ее осуществляется за счет тепла конденсации водно-спиртового пара бражной колонны. По поводу того, какой из вариантов вакуумных БРУ предпочтительнее в, настоящее время существуют два противоположных [7]. По энергетическим показателям второй вариант предпочтительнее первого, поскольку вод-но-спиртовый пар, выходящий с верха бражной колонны обладает более высоким энергетическим потенциалом, чем пар, выходящий с верха спиртовой колонны. Однако этот вариант не лишен и определенных недостатков. Вакуумирование спиртовой колонны приводит к существенному изменению характера распределения промежуточных примесей по ее высоте, что может способствовать потерям последних с лютерной водой.

2 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1. Выбор и обоснование метода производства

Этиловый спирт для пищевых целей в России в промышленном масштабе традиционно вырабатывают биохимическим способом из крахмало- и сахаросодержащего сырья. Несмотря на то, что из всех видов этанола пищевой имеет самую высокую себестоимость [2], причин для такого его производства несколько. Основная причина - короткий (однолетний) цикл воспроизводства сырья, наличие надежного, неисчерпаемого его источника - плодородного слоя земли. Другая причина - глубокие традиции, богатый, веками накапливаемый опыт в технологии данного производства. Третья - производство из основной массы вырабатываемого пищевого этанола алкогольсодержащих напитков - ходового товара, пользующегося спросом, налог от реализации которого издавна составляет значительную часть доходных статей Государственного бюджета России.

Спиртовое производство - одна из наиболее ресурсоёмких отраслей пищевой промышленности, перерабатывающих сельскохозяйственное сырье. Удельный вес расходов на сырье и топливо в калькуляции пищевого этанола составляет соответственно 65-70% и 15-20%, а среднегодовой расход мазута, газа и ценных пищевых продуктов, таких как зерно, картофель и меласса, на его производство в целом по стране исчисляется миллионами тонн [16]. Указанные обстоятельства ставят перед инженерно-техническими работниками спиртовых и ликеро-водочных заводов следующие задачи:

1) внедрение ресурсосберегающих технологий;

2) повышение производительности труда;

3) улучшение качества выпускаемой продукции;

4) полная утилизация отходов производства.

Установки косвенного действия, принятые на спиртовых заводах России в настоящее время в качестве типовых [2,7], стабильны в работе, легки в управлении и регулировании, обеспечивают выработку спирта высокого качества. Существенным их недостатком является только высокий удельный расход пара и воды [2].

За счёт двукратного использования тепла греющего пара установки прямого действия экономичнее установок косвенного действия примерно на 35% по расходу пара и на 50% по расходу воды. Однако они менее стабильны в работе, требуют более надежной автоматической системы управления, и в большинстве случаев не обеспечивают получение спирта-ректификата высокого качества. Углекислый газ, содержащийся в бражке, выделяясь в бражной колонне, уносит в спиртовую пары сивушного масла. Проникая в верхнюю часть спиртовой колонны, эти пары сообщают ректификованному спирту неприятный запах. Кроме того, пары, уходящие из бражной колонны в спиртовую, уносят с собой мельчайшие частицы бражки.

Установки смешанного (полупрямого) действия отличаются большим разнообразием. По сравнению с установками косвенного действия они примерно на 20% экономичнее по расходу пара и воды [7]. Включение в схему БРУ дополнительных колонн (в том числе сивушной, разгонной, окончательной очистки) приводит к усложнению конструкции установки, а следовательно и к усложнению процесса управления ею. Каждая из дополнительных колонн снабжается верхним и нижним вакуум-прерывателями, регуляторами подачи пара и воды, гидрозатворами, а также конденсатором и дефлегматором, представляющими собой кожухотрубчатые теплообменники. Кроме того, наличие дополнительных колонн приводит к увеличению удельного расхода пара и воды, особенно при выработке спирта высшей очистки или экстра [2].

Вакуумные БРУ позволяют снизить удельный расход пара и воды по сравнению с установками косвенного действия на 35-40% [7]. Дополнительный расход электроэнергии на создание разряжения невелик (около 0.1...0.2 КВтч/дал). Однако переход на работу под разряжением связан с усложнением конструкций установки за счет создания системы вакуумирования (установки вакуум-насоса, насосов для перекачивания горячих водно-спиртовых жидкостей, барометрических конденсаторов и др.), упрочнением отдельных аппаратов установки, работающих под разряжением. Как правило, эксплуатация вакуумных БРУ немыслима без надежно работающей системы автоматического регулирования с большим числом контуров управления [7].

Существенным недостатком БРУ, в которых под разряжение ставятся спиртовая и эпюрационная колонны является их инерционность. Даже при небольших нарушениях в работе эти установки очень медленно выводятся на оптимальный режим.

Вакуумирование эпюрационной колонны не отражается на характере распределения концентрации спирта в отгонной ее части, но приводит к более резкому повышению концентрации спирта в концентрационной части, что может отрицательно сказаться на процессе вывода верхних промежуточных примесей [7]. Вакуумирование спиртовой колонны приводит к существенному изменению характера распределения промежуточных примесей по ее высоте: максимумы концентраций верхних промежуточных примесей сдвигаются вверх по колонне, приближаясь к зоне отбора ректификованного спирта, максимумы концентраций нижних промежуточных примесей сдвигаются вниз по колонне, что может способствовать потерям их с лютерной водой. Уменьшение флегмового числа при вакуумировании спиртовой колонны приводит к более плавному изменению концентраций спирта по ее высоте. При этом максимумы примесей становятся менее выраженными, а зона их концентрирования более растянутой. Это также способствует проникновению примесей в спирт-ректификат и лютерную воду. Возникает необходимость отбора большого количества промежуточных фракций, что приводит в свою очередь к дополнительным потерям спирта.

В проекте в качестве базового варианта для реконструкции используется технологическая схема брагоректификационного отделения спиртового цеха Стерлитамакского спирто-водочного завода. С целью повышения качества целевого продукта (для последующей его реализации на мировом рынке) предлагается внедрение в существующую технологическую схему деметанольной колонны для

дополнительной очистки спирта от метанола.

2.2 Описание технологической схемы производства

На рисунке 1 приведена блок-схема брагоректификационной установки получения этанола действующей на Стерлитамакском спирто-водочном заводе с учетом разработанной в дипломном проекте реконструкции на установке.

Зрелую бражку из бродильного отделения насосом 1 через расширитель 2 подают в подогреватель бражки 3, где нагревают теплом конденсации водноспиртовых паров бражной колонны 6 до температуры 70-75 0 С.

Нагретую в подогревателе 3 бражку-сырец направляют в сепаратор 5, откуда отсепарированная от диоксида углерода бражка, поступает на тарелку питания бражной колонны 6. Из сепаратора 5 паровой поток поступает в конденсатор 8, в котором пары спирта конденсируются, а диоксид углерода и другие неконденсирующиеся газы и часть спирта, уносимого ими через воздушную коммуникацию, направляют в спиртоловушку 9, сообщаемую с атмосферой через огневой преградитель.

Введенный в выварную камеру бражной колонны под распределительную решетку острый пар, который двигаясь вверх по колонне, встречается со стекающей по тарелкам бражкой и вываривает из нее спирт. Бражку, отогнанную от спирта в виде барды, отводят из колонны 6 через бардорегулятор 10 в сборник барды и далее в бардяное отделение.

Выделенный из бражки спирт с примесями в виде водноспиртовых паров поступает в подогреватель бражки 3 и водяную секцию 4, где происходит их конденсация. Несконденсировавшаяся часть водноспиртовых паров поступает в конденсатор 7 бражной колонны 6.

Сконденсировавшиеся в теплообменниках 3, 4, 7, и 8 водноспиртовые пары с примесями спирта образуют бражной дистиллят, который через самостоятельные коммуникации поступает в коллектор дистиллята и далее для очистки на 21-ю и 28-ю, считая снизу, тарелки эпюрационной колонны 13.

Эпюрационная колонна предназначена для выделения из бражного дистиллята головных примесей и их концентрирования. Колонна снабжена дефлегматором 14 и конденсатором 15.

Спиртовые пары с головными примесями из колонны 13 поступают в дефлегматор 14 и конденсатор 15. Несконденсировавшиеся в конденсаторе 15 пары поступают для полной конденсации в спиртоловушку 16. Дистиллят из системы охлаждения и конденсирования в виде флегмы возвращают на верхнюю тарелку колонны. Часть дистиллята в виде фракции головной этилового спирта из конденсатора 15, а также часть дистиллята из спиртоловушки 16 направляют через ротаметр 44 в количестве 1,5-3,0 % об. на одну из тарелок питания разгонной колонны 47.

Эпюрат из выварной камеры колонны 13 поступает на тарелку питания ректификационной колонны 18.

При получении спирта «Люкс» эпюрационную колонну включают в работу гилроселекции. При этом на 32-ю тарелку колонны из напорной емкости 26 через ротаметр 45 подают лютерную воду. Количество подаваемой лютерной воды регулируется ротаметром 45 с таким расчетом, чтобы объемная доля этилового спирта в эпюрате была 15-25 % об..

Сконцентрировавшиеся в колонне 13 в результате гидроселекции компоненты сивушного масла (промежуточные примеси) в количестве 0,5-1,5 % об. выводят из жидкой фазы с (33-ей или 31-ой) тарелки и через ротаметр 44 направляют в деканатор 38.

Ректификационная колонна 18 предназначена для концентрирования этилового спирта и его доочистки от компонентов сивушного масла и головных примесей. Колонну обогревают через выносной кипятильник 22 или острым паром через барботер. Спиртовые пары из колонны поступают в дефлегматор 19 и конденсатор 20. Несконденсировавшиеся в конденсаторе пары направляют для полной конденсации в дополнительный конденсатор 21. Образовавшийся в дефлегматоре и конденсаторах дистиллят в виде флегмы возвращают на верхнюю тарелку колонны. Часть дистиллята в количестве до 3-х % об. в виде непастеризованного спирта из конденсаторов 20 и 21 через ротаметр 44 направляют на тарелку питания разгонной колонны 47 или 36-ю тарелку эпюрационной колонны 13.

Отбор ректификованного спирта из колонны 18 производят с одной из тарелок гребенки отбора спирта, откуда его направляют в холодильник спирта 27, далее через ротаметр 28 в эпруветку 29, из нее в спиртоизмеряющий аппарат 30 и в сливное отделение. При работе с деметанольной колонной спирт с гребенки отбора через ротаметр 31 поступает на одну из тарелок питания на (23-ю или 28-ю) деметанольной колонны 32.

Из зоны 6-ой, 8-ой, 9-ой, 10-ой и 1-ой нижних тарелок колонны 18 отбирают пары сивушного масла, которые в количестве 3-4 % об. поступают в конденсатор паров сивушного масла 23. Сконденсировавшиеся пары сивушного масла через смеситель направляют в декантатор 38, где путем водной экстракции этилового спирта доводят сивушное масло до товарной кондиции. Далее сивушное масло отводят из декантатора 38 в сборник сивушного масла 39, откуда насосом 40 перекачивают в хранилище.

Промывная вода из декантатора 38 поступает в холодильник 51 из него в сборник бражки.

Сивушный спирт с одной из тарелок гребенки отбора 17-ой, 19-ой, 21-ой или 23-ей ректификационной колонны 18 в количестве (1-2)% об. отводят через холодильник 51 в сборник бражки.

Лютерную воду из колонны 18 насосами 25 откачивают в напорный сборник лютерной воды 26, откуда ее забирают по мере надобности в колонну 13 для гидроселекции.

Деметанольная колонна предназначена для доочистки ректификованного спирта от метанола и сопутствующих примесей. Она снабжена выносным кипятильником 36 , дефлегматором 33, конденсаторами 34 и 35.

Колонну 32 используют в режиме эпюрации, т.е.  осуществляют  дополни-

тельную очистку спирта от головных примесей и метанола.

Головные примеси и метанол, выделенные из спирта и сконцентрированные в колонне 32, отбирают из конденсаторов 34 и 35, откуда в количестве (1-1,5) % об. через ротаметр 34 отводят на 36-ю тарелку эпюрационной колонны 13 или на тарелку питания разгонной колонны 47.

Избыточное количество погона из конденсаторов 34 и 35 возвращают на верхнюю тарелку колонны 32 в виде флегмы. Спирт из колонны 32 откачивают насосом 37 в холодильник 27 , откуда спирт через ротаметр 28 направляют на эпруветку 29, из нее в спиртоизмеряющий аппарат 30 и далее в спиртоприемное отделение.

Эпюрационная колонна 13, ректификационная колонна 18 и деметанольная колонна 32 соответственно через спиртоловушку 16, дополнительный конденсатор 21 и конденсатор 35 связанны с вакуумным трубопроводом. Вакуум создается вакуумным насосом 42.

Откачку воздуха из системы производят через барометрический конденсатор 41, представляющий собой конденсатор тарельчатого типа. На верхнюю тарелку конденсатора подают воду, которая стекая по тарелкам вниз, абсорбирует уносимые газами частички спирта. Слабый водноспиртовой раствор из нижней части конденсатора стекает в барометрический сборник 43 и из него через холодильник 51 в сборник бражки.

Разгонная колонна 47 предназначена для увеличения выхода основной продукции путем разгонки фракции головной этилового спирта. В результате разгонки получают 0,1-0,2 % об. концентрата эфироальдегидно-метанольного, а остальное - этиловый спирт.

Разгонная колонна 47 снабжена дефлегматором 48 и конденсатором 49 и работает под атмосферным давлением. Обогревают ее через выносной кипятильник 50.

Фракцию головную этилового спирта из конденсаторов эпюрационной колонны 15 и 16 подают через ротаметр 44 на одну из тарелок питания (31-ю, 33-ю,

35-ю и 41-ю) разгонной колонны 47.

Метанол вместе с эфирами и альдегидами накапливается в верхней части колонны 47 , далее поступает в дефлегматор 48 и конденсатор 49. Из конденсатора периодически, один раз в сутки, производят отбор эфироальдегидно-метанольной фракции, которую через холодильник 52 и ротаметр 44 направляют в эпруветку 53, из нее в спиртоизмеряющий аппарат 54.

Выделенный из фракции головной этилового спирта этанол, перемещается в выварную камеру колонны 47, откуда непрерывно через холодильник 51 отводят в сборник бражки.

Разгонная колонна 47 работает с гидроселекцией. На 17-ю, 18-ю, 19-ю или 27-ю тарелки через ротаметр 46 подают лютерную воду в количестве, при котором объемная доля этилового спирта на выходе из колонны 47 составляет 8-10 % об.

Контроль за потерями спирта с бардой осуществляют через пробный холодильник 11.

Контроль за потерями с лютерной водой осуществляют через пробный холодильник 11 и барометрический сборник 24.

Колонны, работающие под атмосферным давлением: бражная 6 и разгонная 47, оснащены вакуумпрерывателями 12. Избыток конденсата из вакуумпрерывателей поступает через холодильник 51 в сборник бражки.

Греющий пар распределяют по колоннам БРУ через коллектор пара 56.

Воду на конденсаторы, дефлегматоры, холодильники и другое технологическое оборудование подают от коллектора воды 55.

Принципиальная технологическая блок-схема производства этилового спирта из крахмалсодержащего сырья на Стерлитамакском спирто - водочном комбинате «Сталк» приведена на рисунке 2.1.

Принципиальная технологическая блок-схема производства этилового спирта

Бражка     В атмосферу

Пар

Барда

Пар

Пар

Пар

                                                        Спирт улучшенный

Рис. 2.1.

2.3. Характеристика сырья и готовой продукции

Пищевой этанол вырабатывают в основном из зерна и картофеля.

Химический состав зерна и картофеля зависит в основном от их сорта, почвенно-климатических и метеорологических условий, агротехники, а также от срока и условий хранения.

Зерно

На спирт можно перерабатывать любое зерно - здоровое, малоценное, дефектное, а также непригодное для пищевых целей. Наиболее часто на переработку поступают рожь и пшеница (преимущественно дефектные), ячмень, кукуруза, просо, овес, реже - гречиха, вика, горох и рис.

Средний химический состав основных видов зернового сырья спиртового производства приведен в таблице 2.1.

Таблица 2.1.

Химический состав основных видов зернового сырья спиртового производства

Культура зерна

Состав зерна, % мас.

безазотистые экстрактивные вещества

азотистью вещества

жиры

клетчатка

минеральные вещества

вода

Ячмень

65,7

11,8

2,3

4,4

2,8

12,0

Кукуруза

69,2

10,6

4,3

2,0

1,4

13,5

Овес

58,5

10,9

4,7

9,5

3,4

13,0

Просо

59,0

11,3

4,2

8,9

3,6

13,0

Рожь

68,3

12,5

2,1

2,2

1,9

13,0

Наиболее выгодной для производства спирта является кукуруза. Из всех зерновых культур в ней содержится наибольшее количество крахмала (56...65% мас.) и наименьшее количество клетчатки (2% мас.), затрудняющей переработку зерно-картофельного сырья на спирт. В здоровом зрелом зерне других культур крахмала содержится (в % мас.): в пшенице 48...57, во ржи 46...55, в ячмене 42...55, в овсе 34...40, в просе 42...60.

В кондиционном зерне находится 2...4% (мас.) сахаров, во ржи до 7%. Из других безазотистых веществ в зерне содержатся пентозаны (ксиланы, арабоны) 7...15% (мас.), гексозаны (маннаны, галактаны, глюкозаны) 1...2% (мас.) и незначительное количество пектиновых веществ.

Азотистые вещества зерна состоят главным образом из белков (7...25% мас.). Свободные аминокислоты, амиды, пептиды найдены в зерне в незначительных количествах. Содержание небелкового азота в среднем достигает 2%.

Из минеральных веществ в состав зерна входят главным образом фосфорные соли калия, кальция и магния. В незначительных количествах в зерне содержатся микроэлементы: J, Co, Ag, Ni, Ti, В, Cn, Si, Mn и др. Из органических кислот в зерне содержатся щавелевая, яблочная и молочная кислоты.

Спирт-ректификат

Спирт-ректификат представляет собой высококонцентрированный раствор этанола в воде. По степени очистки от примесей он подразделяется на три вида: 1-го сорта, высшей очистки и Экстра. Требования к спирту-ректификату, согласно ГОСТ 5962-67, приведены в таблице 2.2.

Таблица 2.2

Физико-химические показатели ректификованного спирта

Показатели

Норма для различных видов спирта

Экстра

Высшей очистки

1-го сорта

Объемная доля этилового спирта, не менее

96,5

96,2

96,0

Проба на чистоту с серной кислотой

Выдерживает

Проба на окисляемость, мин, при температуре 200С, не менее

20

15

10

Массовая концентрация альдегидов, в пересчете на уксусный, в безводном спирте, мг/л, не более

2

4

10

Массовая концентрация сивушного масла, в пересчете на смесь изоамилового и изобутилового спиртов (3:1), в безводном спирте, мг/л, не более

3

4

15

Массовая концентрация эфиров, в перерасчете на уксусноэтиловый, в безводном спирте, мг/л, не более

25

30

50

Объемная доля метилового спирта, % не более

0,03

0,05

0,05

Массовая концентрация свободных кислот (без СО2) в безводном спирте, мг/л, не более

12

15

20

Содержание фурфурола

Не допускается

Головная фракция

Головная фракция (ГФ) представляет собой смесь этилового спирта с головными примесями. В своем составе она содержит (% мас.): этанола около 90, примесей 2...6, воды около 5.

Согласно ОСТ 18-121-73 головная фракция этилового спирта должна быть прозрачной, слегка желтоватой или зеленоватой жидкостью.

Состав головной фракции в зависимости от вида перерабатываемого сырья приведен в табл. 2.3.

Таблица 2.3

Состав головной фракции

Наименование вещества

Норма для различных видов сырья

зерно

картофель

меласса

Альдегиды, г/л, не более

10,0

10,0

10,0

Кислоты, г/л, не более

1,0

1,0

1,0

Эфиры, г/л, не более

30,0

30,0

30,0

Сивушное масло, г/л, не более

2,0

2,0

2,0

Метанол, % об., не более

1,5

2,5

0,5

Этанол, % об., не менее

92,0

92,0

92,0

Сивушное масло

Товарное сивушное масло представляет собой прозрачную жидкость от светло-желтого до красно-бурого цвета. Согласно ГОСТ 17071-71 оно должно удовлетворять следующим требованиям: относительная плотность d420 ≤ 0,837, показатель преломления nd20 ≥ 1,3950; до 120°С должно перегоняться не более 50% его начального объема; при взбалтывании в нем не должна образовываться муть.

В состав товарного сивушного масла входят следующие вещества (% маc.): этанол 7...15, вода 8...15, изоамилол 40...75, изобутанол 18...22, н-пропанол 10...15 [14].

2.4. Материальный баланс брагоректификационной установки

Расчет материальных балансов приведены для бражной, эпюрационной, деметанольной колонн – основные аппараты брагоректификационной установки.

2.4..1 Расчет материального баланса бражной колонны

Исходные данные для расчета

Количество сырья, кг/ч 116,83

Массовая доля спирта в бражке, % маc. 0,068

Массовая доля спирта в бражном дистилляте, % маc. 0,47

Потери спирта с бардой, % маc. 0,002

Блок-схема материальных потоков бражной колонны

I – бражка; II - пар бражного дистиллята; III – барда.

Материальный баланс для бражной колонны определяют из формулы [8]

Б = Gd + R ,                                                  (2.1)

где Б- бражка;

Gd- бражной дистиллят;

R- барда.

Для этилового спирта [8]

Б · Xб = GdYd + R  ·  Xr ,                                      (2.2)

где Хб - массовая доля этилового спирта в бражке, % мас.;

Yd - массовая доля этилового спирта в бражном дистилляте, % мас.;

Хr - потери спирта с бардой, % мас.

Количество бражного дистиллята определяют по формуле [8],

Gd = B  ·  (Xб-Xr ) / (Yd-Xr),                                          (2.3)

Gd = 116,83 ·   (0,068-0,002)  /  (0,47-0,002)=16,5 кг/ч.

Количество барды определяют по формуле [8],

R = Б-Gd ,                                                      (2.4)

R = 116,83-16,5=100,3 кг/ч.

Результаты расчетов заносят в таблицу 2.1

Таблица 2.4.

Материальный баланс бражной колонны

Наименование и обозначение продукта

Приход, кг/ч

Расход, кг/ч

Бражка, Б

Бражной дистиллят, Gб

Барда, R

Итого:

116,83

-

-

116,83

-

16,5

100,33

116,83

Материальный баланс эпюрационной, ректификационной и деметанольной колонн определяют аналогично расчетам бражной колонны. Результаты расчетов приведены в таблицах 2.2, 2.3, 2.4.

Таблица 2.5.

Материальный баланс эпюрационной колонны

Наименование и обозначение продукта

Приход, кг/ч

Расход, кг/ч

Бражной дистиллят, Gd

Непастиризованный спирт, Fh.c.

Вода на гидроселекцию, Wr

Эпюрат, Э

Фракция головная этилового спирта, Г

Сивушный погон, Fc.п.

Итого:

16,5

0,12

31,4

-

-

-

48,02

-

-

-

47,51

0,27

0,24

48,02

Таблица 2.6.

Материальный баланс ректификационной колонны

Наименование и обозначение продуктов

Приход, кг/ч

Расход, кг/ч

Эпюрат, Э

Флегма из дефлегматора, Fp

Пар на дефлегматор, Gf.p

Спирт ректификованный, Ср

Погон паров сивушного масла, Gc.м.

Непастиризованный спирт, Fн.с.

Лютерная вода, Лр

Итого:

47,51

49,8

-

-

-

-

-

97,31

-

-

49,8

8,3

0,56

0,12

38,53

97,31

Таблица 2.7.

Материальный баланс деметанольной колонны

Наименование и обозначение продуктов

Приход, кг/ч

Расход, кг/ч

Ректификованный спирт, Ср

Флегма из дефлегматора, Fo

Метанольная фракция, Fм.ф.

Спирт ректификованный улучшенного качества, Со

Пар на дефлегматор, Gf.o.

Итого:

8,3

16,6

-

-

-

24,9

-

-

0,08

8,22

16,6

24,9

2.5. Тепловой баланс брагоректификационной установки

Тепловой баланс бражной колонны

Исходные данные для расчетов заносят в таблицу 2.8.

Таблица 2.8.

Данные для расчетов теплового баланса

Наименование потока (состояние)

Температура

Массовая конц.спирта, %

Теплосодержание спирт.паров, кДж/кг

Бражка (жидкое)

Пар бражного дистиллята (газообразное)

Барда (жидкое)

75

95

105

0,068

0,47

0,002

3,9

1964,6

4,1

Тепловой баланс бражной колонны определяют по формуле [8],

Qб + Qpб = Qd + Qr + qк,                                                     (2.5)

где Qб, Qpб, Qd, Qr, Qк - количество тепла, которое вводится в колонну соответственно с бражкой, острым паром и отводимого из колонны соответственно с паром бражного дистиллята, бардой, конденсатом острого пара, кДж.

Тепло, поступающее в колонну с бражкой рассчитывают по формуле [8]:

Qб = Б · Cб  · tб,                                                       (2.6)

где Сб - теплоемкость бражки, кДж/кг·С;

tб - температура бражки на входе в колонну, С

Qб = 116,83 · 3,9 · 75=34172,8 кДж.

Тепло уносимое из колонны с бардой, кДж

Qr = R · Cr · tr,                                              (2.7)

где Сг - теплоемкость барды, кДж/кг·С;

tr - температура барды, С

Ог = 93,16*105*4,1 = 40105,4 кДж.

Приход тепла с греющим паром, кДж:

Qpб = 0,95 · Pб ·  i,                                              (2.8)

где Рб - расход пара, кг/ч;

i – энтальпия острого пара кДж/кг.

Орб = 0,95*16,6*2676 = 42200,52 кДж.

Расход тепла с бражным дистиллятом, кДж

Qd = Gd  · id,                                                  (2.9)

где id - энтальпия бражного дистиллята, кДж/кг.

Qd = 15,21  · 1964,6 = 29881,6 кДж

Расход тепла с конденсатом острого пара, кДж:

Qk = pб ·  ip,                                                 (2.10)

где ip-энтальпия конденсата пара, кДж/кг.

Qk = 384,72 ·16,6 = 6386,32.

Результаты расчетов заносим в таблицу 2.8.

Таблица 2.8.

Тепловой баланс бражной колонны

Наименование и обозначение теплоисточника

Приход, кДж

Расход, кДж

Бражка, Qб

Острый пар, Qрб

Пар бражного дистиллята, Qd

Барда, Qr

Конденсат острого пара, Qk

Итого:

34172,8

42200,52

-

-

-

76373,32

-

-

29881,6

40105,4

63686,32

76373,32

Тепловые балансы эпюрационной, ректификационной и деметанольной колонн расчитывают по аналогии с тепловым балансом бражной колонны и результаты расчетов заносят в таблицы 2.9, 2.10, 2.11.

Таблица 2.9.

Тепловой баланс эпюрационной колонны

Наименование и обозначение теплоисточника

Приход, кДж

Расход, кДж

Бражной дистиллят, Qd

Непастеризованный спирт, Qн.с.

Вода на гидроселекцию, Qw.г

Котельный пар, Qр.э.

Эпюрат, Qэ

Фракция головная этилового спирта, Qг.

Сивушный погон, Qс.п.

На дефлегматор и конденсатор, Qf.э

Итого:

48,78

24

10941

26440

-

-

-

-

42283

-

-

-

-

15992

54,4

76,9

26159,7

42283

Таблица 2.10.

Тепловой баланс ректификационной колонны

Наименование и обозначение теплоисточника

Приход, кДж

Расход, кДж

Эпюрат, Qэ.р

Флегма, Qf.р

Острый пар, Qр.р

Пар на дефлегматор, Qg.р

Спирт ректификованный, Qс.р

Пар сивушного масла, Qс.м

Непастеризованный спирт, Qн.с

Лютерная вода, Qл.р

Конденсат пара, Qп

Итого:

15992

11087,7

65400

-

-

-

-

-

-

92479,7

-

-

-

63756,8

1559,2

1066,8

24

12803,7

13344

92479,7

Таблица 2.11.

Тепловой баланс деметанольной колонны

Наименование и обозначение теплоисточника

Приход, кДж

Расход, кДж

Ректификованный спирт, Qс.о

Флегма, Qf.о

Котельный пар, Qр.о

Ректификованный спирт улучшенного качества, Qс.о

Пар на дефлегматор, Qg.f.о

Метанольная фракция, Qf.м

Конденсат пара, Qр.о

Итого:

1444,6

2788,8

21602,7

-

-

-

-

25836,1

-

-

-

1454,1

19920

14

4448

25836,1

2.6. Технологический расчет деметанольной колонны

Исходные данные для расчета

Количество сырья, кг/ч       8,3

Состав сырья, % мас, в том числе

Массовая доля метанола в сырье     0,055

Массовая доля метанола в дистилляте    0,07

Массовая доля в остатке      0,005

       W, xW

Рис.2.3 Эскиз деметанольной колонны для расчета материального баланса

Расчет материального баланса деметанольной колонны

При установившемся режиме колонны, материальный баланс вычисляют по формуле [8],

F = D + W,                                                     (2.11)

Для метанола это уравнение имеет вид [8]:

FXf = Dyd + WXw,                                                   (2.12)

где Xf, Yd, Xw - массовые концентрации метанола соответственно в сырье, дистилляте и остатке.

Массовые выходы дистиллята и остатка определяют по формуле [8],

D = F ·  (Xf - Xw) / (Yd - Xw),                                          (2.13)

D = 8,3 · (0,055 - 0,005)/(0,07 - 0,005) = 6,3кг/ч

W = F - D,                                                         (2.14)

W = 8,3 - 6,3 = 2,0 кг/ч

Массовое содержание низкокипящего метанола в сырье F · Xf ,кг/ч; высококипящего этанола F · (1-Xf), кг/ч. Аналогично определяется массовое содержание компонентов в дистилляте D ·Yd; D*(1-Yd ) и W ·Xw; W · (l-Xw), кг/ч.

F · Xf = 8,3 · 0,055 = 0,46 кг/ч

F ·  (l-Xf) = 8,3 · (l-0,055) = 7,8 кг/ч

DYd = 6,3 ·0,07 = 0,5 кг/ч

D · (1-Yd) = 6,3 ·  (1-0,07) = 5,8 кг/ч

W · Xw = 2,0 · 0,005 = 0,01 кг/ч

W ·  (1-Xw) = 2,0 · (1-0,005) = 1,99 кг/ч

Результаты расчетов материального баланса деметанольной колонны сводим в таблицу 2.11

Таблица 2.11.

Материальный баланс деметанольной колонны

Компонент бинарной смеси

Массовая доля, %

Содержание, кг/ч

в сырье

в дистиляте

в остатке

в сырье

в дистиляте

в остатке

Метанол (НКК)

Этанол (ВКК)

0,055

0,945

0,07

0,93

0,005

0,995

0,46

7,8

0,5

5,8

0,01

1,99

Расчет числа теоретических тарелок деметанольной колонны

Деметанольная колонна работает в режиме полного орошения, т.е. колонна работает с отбором ректификата D, остатка W и с подачей сырья F=D+W, при потоках флегмы и паров, стремящихся к бесконечности. Составы потоков паров и жидкости, являются встречными на одном уровне. Число теоретических тарелок определяют по уравнению Фенске [8]

,                                            (2.15)

где α - усредненное значение коэффициента относительной летучести метанола, которое определяется по выражению

,                                               (2.16)

где αmax-коэффициент относительной летучести метанола, соответствующий температуре верха колонны, αmах=6,221727

αmin-коэффициент относительной летучести, соответствующий температуре низа колонны, αmin=6,101305

.

Расчет конструктивных параметров деметанольной колонны

Для расчета принимают:

число тарелок n = 39;

расстояние между тарелками L = 0,17м

Высоту колонны определяют по формуле

H = h ·  (n-1) + h1 + h2,                                      (2.17)

где  h1 - высота кубовой части, мм;

h2 - расстояние от верхней тарелки до верхней крышки колонны, мм;

Н = 100*(39-1) + 4355 + 3400 = 8125 мм = 8,125 м.

Диаметр колонны:

d = ,                                                      (2.18)

где ω - скорость течения пара, м/с

V - объем паров, поднимающихся в колонне, м/с;

V = [(Д+Ф)*22,4*Т]/273*Р,                                         (2.19)

где       Д+Ф - количество киломолей пара, поднимающегося в колонне;

Р - давление пара, мПа;

Т - абсолютная температура, С;

22,4 - объем одного киломоля при 0 С

Д+Ф=О/Нср*3600,                                           (2.20)

.

Д+Ф = 5480,0/30,3*3600 = 0,0502 кмоль/с.

.

Скорость течения пара

ω = Ар-m                                                           (2.21)

ω = 1,14*0,01844-0,465=7,3 м/с.

dкоп = .

Принимают dкоп=1140 мм

Расчет штуцеров

  1.  Штуцер для ввода бражного дистиллята

di = ,                                                  (2.22)

где V1 - объем бражного дистиллята, м3/с;

ω - скорость течения бражного дистиллята, м/с, ω = 0,5 м/с.

V = м3/с,

d1 = м.

принимаем согласно ГОСТ 356-59

d · S = 100  · 8 мм Н = 140 мм.

II. Штуцер для вывода ректификованного спирта

dII = ,                                               (2.23)

где ωII = 0,6 м/с;

VII - объем ректификованного спирта, м3

VII = м3/с,

dII = м.

Принимаем d · S = 100 ·8 мм,  Н = 140 мм.

III. Штуцер для вывода водно-спиртовых паров на дефлегматор

dIII = ,                                                    (2.24)

ωIII = 15 м/c.

VIII = м3/с.

dIII = м.

Принимаем d*S = 250*10 мм, Н = 180мм

IV. Штуцер для ввода флегмы в колонну

dIV =  ,                                               (2.25)

где ωIV - скорость течения флегмы, м/с;

ωIV = 0,15 м/с

VIV - объем ректификованного спирта;

VIV = м3/с.

dIV = м.

Принимаем d*S=100*8 мм, Н=170 мм

V. Штуцер для греющего пара из кипятильника:

dV = м.


2.7 Лабораторный контроль производства

Таблица 2.12 Параметры, средства и методы контроля полупродуктов, целевого и побочных продуктов спиртового производства при выработке ректификованного спирта высшей очистки из ржи иосахариваниии сусла ферментными препаратами микробного происхождения

Наименование процесса

Определяемый показатель

Объект наблюдения

Способ определения, показания, прибор

Величина показания по ГОСТ или др. нормативным документам

Периодичность анализа, кто определяет

1

2

3

4

5

6

1. Зерно, поступающее на завод или производство

  1.  Цвет, запах, вкус
  2.  Сорная и зерновая примесь

  1.  Влажность

  1.  Заряженность вредителями

  1.  Условная крахмалистость
  2.  Натура

Железнодорожный вагон, автотранспорт

Склад

Производство (на подработке)

  1.  Органолептически
  2.  Взвешивание на технических весах
  3.  Высушивание в сушильном шкафу при 1300С, взвешивание, влагомер
  4.  Визуально
  5.  Полярометрически

ГОСТ 10967-90

ГОСТ 13586.2-81

3040-55

13586.4-416-83

ГОСТ 18-416-83

10840-64

  1.  Каждый вагон, каждую партию
  2.  Среднесуточные пробы по каждому виду сырья
  3.  От каждого веса отбор проб
  4.  Химик по сырью от каждой партии
  5.  Химимк по сырью от каждой партии
  6.  Химик по сырью

2. Зерно при хранении на складах

Температура

В каждом складе

Термометр

Не допускают самосогревание

Лаборант по сырью

3. Картофель поступающий на производство

  1.  Сорность
  2.  Крахмалистость
  1.  При поступлении на комбинат, железнодорожный вагон, автотранспорт
  2.  Производство

1. Технические весы

6014-68 технических требований, 7194-81 инструкции

Лаборант по сырью от каждого вагона, машины. В среднесуточной пробе

4. Картофель при хранении

Температура

Каждый бурт

Термометр

Не допускает согревания

Лаборант по сырью

5. Спирт этиловый ректификованный

Качество спирта этилового ректификованного

Сборник спирта в спиртоприемном отделении

ГОСТ 5964-93

Соответствие ГОСТ 5962-67

Химик, один раз в сутки

6. Сивушное масло

Качество сивушного масла

Сборник сивушного масла

ГОСТ 17071-91

Соответствие ГОСТ 17071-91

Лаборант по мере накопления в сборнике

7. Фракция головного этилового спирта

Качество фракции головного этилового

Сборник фракции головного этилового спирта в спиртоприемном отделении

ОСТ 10-217-98

ГОСТ 10-217-98

Химик по мере накопления в сборнике

КОНТРОЛЬ ПРОИЗВОДСТВА

1. Измельчение зерна. Дробленное зерно.

Качество дробления

Из-под дробилки, перед смесителем

Рассев с последующим взвешиванием фракции. Технические весы, наборы сит: сито №1, №№2,3

Проход через сито диаметром не менее 75-80%, остаток на сите 3 мм отсутствует

Сменный лаборант, 2-3 раза в смену

2. Приготовление замеса. Зерновой замес

Температура, С

На выходе из смесителя

По показаниям приборов на щитке, термометр

45-50

Аппаратчик постоянно

3. Нагревание замеса. Подогретая крахмалистая масса

Температура, С

После контактной головки

По показаниям приборов на щитке, термометр

134-140

Аппаратчик постоянно

4. Разваривание. Разваренная масса

Качество разваривания

После теплообменника

Визуально по вкусу, цвету, запаху сусла

Не должно быть неразваренных частиц, цвет от желтого до коричневого, прозрачное

Сменный лаборант, ежечасно

5. Осахаривание развариваемой массы. Сусло

  1.  Температура, С
  2.  Концентрация сухих вешеств, %
  3.  Кислотность
  4.  рН
  5.  Полнота осахаривания

После теплообменника

То же

То же

То же

То же

  1.  Термометр, показания приборов на щите
  2.   Сахарометр или рефрактометр
  3.  Титрование
  4.  рН-метр
  5.  Визуально по окраске с йодом

22-28

15,0-17,5

0,2-0,4

5,0-5,5

цвет капли фильтра после смешивания с йодом. От светло-коричневого до темно-коричневого

Аппаратчик постоянно

Сменный лаборант каждый час

Сменный лаборант каждый час

Сменный лаборант каждый час

Сменный лаборант каждый час

6. Приготовление производственных дрожжей. Сусло для дрожжей

  1.  Концентрация сухих веществ, %
  2.  Кислотность
  3.  рН
  4.  Температура, С

В каждой дрожжанке

То же

То же

То же

Сахарометр или рефрактометр

Титрование

РН-метр

Термометр

17,5-18

0,7-0,85

3,6-3,8

на различных стадиях от 24 до 25

Сменный лаборант при отборе объема до и после подкисления

7. Зрелые дрожжи

  1.  Видимая концентрация сухих веществ, %
  2.  Кислотность
  3.  Температура, С
  4.  Определение гликогена
  5.  Микробиологическое состояние
  6.  Количество дрожжевых клеток, млн./см

В каждой дрожжанке

То же

То же

То же

То же

То же

  1.  Сахарометр или рефрактометр
  2.  Титрование
  3.  Термометр
  4.  Визуально под микроскопом после окрашивания йодом
  5.  Микроскопирование после окрашивания метиленовым синим
  6.  Подсчет клеток в камере Горячева
  1.  1/3 от первоначального показателя в дрожжевом сусле
  2.  Не более 0,2 от первоначального
  3.  Не более 30 (25-27)
  4.  Содержание гликогена не менее ¼ клетки
  5.  Мертвых клеток не более 1%, упитанность хорошая, отсутсвие посторонней микрофлоры
  6.  Не менее 90

Сменный лаборант

Сменный лаборант

Сменный лаборант

Сменный лаборант

Сменный лаборант

Сменный лаборант

8. Брожжение. Бражка

Видимая концентрация сухих веществ, %

Бродильный чан

Сахарометр

Динамика брожжения (в зависимости от стадии брожжения)

Сменный лаборант через 24, 36, 48 часов и далее через каждые 6-4 часа

9. Зрелая бражка

  1.  Видимая концентрация сухих веществ, %
  2.  Кислотность
  3.  Несбраживаемые углеводы, г/100см
  4.  Температура, С
  5.  Объемная доля спирта, %
  6.  Нерастворимый крахмал, г/100см

Бродильный чан пред подачей на сгонку

То же

То же

То же

То же

То же

  1.  Сахарометр или рефрактометр
  2.  Титрование
  3.  Колориметрически с антроновым реактивом
  4.  Термометр
  5.  Спиртометр в отгоне бражки
  6.  Колориметрически с антроновым реактивом

Не более 0,2 от начальной

В зависимости от ассортимента

900,45

24-26

6,5-7,0

0,05-0,10

Сменный лаборант в каждом аппарате перед подачей на сгонку

10. Промывная вода из спиртоловушки

Содержание спирта

В зависимости от конструкции ловушки

Стеклянным спиртометром

Не более 1,5-2 (по объему)

Сменный лаборант один раз в смену

11. Потери по ректификации:

с бардой

с лютерной водой

Объемная доля этилового спирта, %

Объемная доля этилового спирта, %

Пробный холодильник из куба бражной колонны

Пробный холодильник из куба ректификационной колонны

Сравнение с эталонным раствором «Инструкция по технохимконторолю Москва 1986г.»

Не более 0,15%об.

Не допускается

Сменный лаборант ежечасно и в среднесменной пробе один раз в смену

12. Чистота производственных емкостей после промывки

  1.  Наличие бражки
  2.  Наличие дрожжевой массы
  3.  Наличие амилазы
  4.  Наличие грязи
  5.  Наличие щелочи в промывных водах

Бродильные чаны

Дрожжанки

Амилазные емкости

Брагоректификационные колонны

Брагоректификационные колонны

Согласно инструкции

То же

То же

То же

До нейтрального окрашивания с раствором фенолфталеина

Не допускается

Не допускается

Не допускается

Не допускается

Не допускается

Сменный лаборант каждый раз после освобождения

Сменный лаборант каждый раз при промывке


2.8. Выбор вспомогательного оборудования

Вспомогательным оборудованием брагоректификационных установок являются бардяные и лютерные регуляторы, паровые регуляторы прямого действия, фонари и фильтры, пробоотборники, сепараторы для диоксида углерода, вакуум-прерыватели, сигнализаторы уровня, пеноловушки и т. д..

Регуляторы предназначены для выпуска барды и лютерной воды из колонн. Кроме того регуляторы поддерживают в колонне постоянный уровень и выпуская барду или лютерную воду задерживают пар.

Содержание спирта в барде или лютерной воде, удаляемых из колонн, нельзя определить по плотности жидкости, т.к. при малых концентрациях спирта и засоренности жидкости (барда) спиртометр дает неточные показания. Если барду или лютерную воду подвергнуть перегонке, то в полученном дистилляте крепость спирта можно определить спиртометром, т.к. крепость дистиллята в 13 раз больше крепости исходной жидкости и дистиллят не содержит механических примесей. Для этого применяют пробный конденсатор.

В бражке поступающей на перегонку, содержится растворенная углекислота. При кипении бражки на тарелках колонны углекислота выделяется и увеличивает объем паров поднимающихся в колонне. В дефлегматоре эти пары ухудшают теплопередачу. Для выделения углекислоты, воздуха, а также паров головных продуктов, бражка перед поступлением в колонну проходит через отделитель (сепаратор) углекислоты (диоксида углерода).

Вакуум -прерыватель предназначен для предохранения колонны от сжатия внешним избыточным давлением, на которое аппарат не рассчитан.

Смеситель предназначен для непрерывного смешивания спирта-сырца, поступающего на эпюрацию с водой.

Сивушное масло отбирают из ректификационной колонны в смеси с водой и этиловым спиртом. Для отделения сивушного масла и его промывки используют маслоотделитель.

Фонари для спирта и побочных продуктов ректификации позволяют вести

визуальное наблюдение за их отбором и температурой, определять концентрацию в них этанола.

Техническая характеристика вспомогательного оборудования представлена в табл. 2.13.

Таблица 2.13

Техническая характеристика вспомогательного оборудования брагоректификационной установки косвенно-прямоточного действия

Наименование оборудования

Количество, шт

Техническая характеристика

1

2

3

Насос для бражки

2

Вертикальный плунжерный, АНВ 125А с электродвигателем ВАО-14-4 во взрывоопасном исполнении, Q=12,8 м3/ч, Н=63мм.вод.ст., N=1500 об/мин.

Сепаратор бражки

1

Диаметр  900 мм, высота 2285 мм, 201.2268.000СБ

Конденсатор бражной колонны

1

Кожухотрубный, диаметр 500 мм, высота 2468 мм, поверхность теплообмена 20 м, 101.1616.000СБ

Конденсатор сепаратора бражки

1

Кожухотрубный, площадб поверхности теплообмена 20 м2, диаметр 500 мм, высота 2468 мм, 101.1616.000СБ

Бардяной регулятор

2

Диаметр 800 мм, 201.723.000СБ

Вакуум-прерыватель

6

Диаметр 300 мм, объем 0,06 м3, 201.1629.000СБ

Сепаратор диоксида углерода

1

Диаметр 900 мм, высота 2460 мм

Продолжение таблицы 2.13

1

2

3

Конденсатор диоксида углерода

1

Поверхность теплообмена 20 м2, диаметр 500 мм, высота 3580

Сборник сивушного масла

1

Диаметр 1200 мм, высота 2271 мм, 201.425.000СБ

Насос для перекачивния сивушного масла

4

Центробежный 1,5 х-6к-3-31 с электродвигателем ВАО-42-2 во взрывоопасном исполнении Q=5,4 м3/ч, N=2900 об/мин., N=2,8 кВт

Спиртовой фонарь

2

Мерник сивушного масла

1

Емкость 0,736 м3

3 МЕХАНИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

3.1. Техническая характеристика деметанольной колонны

Эскиз деметанольной колонны представлен на рис.3.1.

Деметанольная колонна

Рис.3.1

I - флегма из спиртоловушки, II - острый водяной пар, III - водно-спиртовый пар, IV - эпюрированный водно-спиртовый пар, V - конденсат эпюрированного водно-спиртового пара, VI - ректификованной спирт

1 - эпюрационная секция; 2 - штуцер для ввода отсепарированной исходной смеси; 3 - царга; 4 - отгонная секция; 5 - штуцер для ввода острого водяного пара; 6 - барботирующее устройство; 7,9 - штуцеры для вывода водно-спиртового пара; 8 - крышка; 10 - штуцер для конденсата эпюрированного водно-спиртового пара; 11 - тарелка; 12 - штуцер для отвода ректификованного спирта; 13 – цилиндрическая обечайка.

Деметанольная колонна представляет собой ректификационный аппарат специальной конструкции, имеющий следующие конструктивные характеристики: высота 8125 мм, внутренний диаметр 1140 мм, количество тарелок 39, расстояние между тарелками 170 мм.

Штуцер для вывода эпюрированных водно-спиртовых паров делит колонну на две секции: эпюрационную (1) и отгонную (2).

Эпюрационная секция колонны предназначена для выделения из отсепа-рированной исходной смеси метанола, сопутствующего этанолу, отгонная - для полной отгонки этанола из проэпюрированной исходной смеси.

Деметанольная колонна оборудована 39 одноколпачковыми тарелками двойного кипячения, 15 из которых находится в ее эпюрационной секции и 24 - в бражной. Для предотвращения уноса с водно-спиртовым паром частиц пенящейся исходной смеси с 37-й, 38-й и 39-й тарелок колонны сняты переливные стаканы [14].

Тарелки, царги, цилиндрическая обечайка и другие конструктивные элементы колонны, соприкасающиеся с исходной смесью и продуктами ее перегонки, изготовлены из нержавеющей стали марки Х18Н10Т (ГОСТ 5949-75). Наружные детали (фланцы, болты, кронштейны и т.д.) изготовлены из стали марки 8 Ст Зсп (ГОСТ 380-71). Материал прокладок - паронит марки ПОН 7 по ГОСТ 481-80.

Обогрев колонны осуществляется открытым способом. Острый пар температурой 65°С и давлением 0,6 МПа подается в кубовую часть деметанольной колонны через барботирующее устройство. Поднимаясь вверх по колонне, паровой поток вываривает из исходной смеси спирт с сопутствующими ему летучими примесями. Обедненная этанолом исходная смесь стекает по тарелкам колонны в ее кубовую часть. Целевые продукты разделения исходной смеси - водно-спиртовые пары, содержащие 0,03% об. условного безводного метанола - отводятся сверху эпюрационной деметанольной секций колонны. Кубовый остаток - ректификованный спирт отводится из кубовой части колонны.

3.2. Расчет толщины цилиндрической обечайки и днища деметанольной колонны

Исходные данные для расчета.

Рабочее давление в колонне, Мпа                                                                           0,4

Рабочая температура стенки ,                                                                              °С 65

Материал цилиндрической обечайки сталь марки        I8Н1 ОТ по ГОСТ 5949-75

Внутренний диаметр аппарата, мм                                                                      1140

Среда                                                             коррозионная, пожаро-и взрывоопасная

Срок службы аппарата, лет                                                                                         6

Расчет допускаемых напряжений в корпусе бражной колонны Расчетное давление определим по формуле:

Рр = Рраб + 0,2,                                                  (3.1)

где Рраб - рабочее давление в колонне, МПа.

Рр = Рраб + 0,2 = 0,4 + 0,2 = 0,6 (МПа)

Расчетную температуру tp определим по формуле [ ]:

tP = tpa6 + 20,                                                     (3.2)

где tраб - рабочая температура стенки цилиндрической обечайки колонны.

tp = tраб + 20 = 60+20 = 80(°С).

Механические свойства стали марки XI8Н10Т:

временное сопротивление σв при температуре 20°С, МПа                          642,555

предел текучести σт при температуре 20°С, МПа                                           304,11

предел текучести σт при температуре 125°С, МПа                                       240,345

модуль продольной упругости Е при температуре 125°С, МПа                 1893330

В качестве допускаемого напряжения примем меньшее из значений, рассчитанных по формуле:

,                                                   (3.3)

,                                                   (3.4)

где nт - коэффициент запаса прочности по пределу текучести; nв- коэффициент запаса по пределу прочности; η- коэффициент, учитывающий свойства среды. Примем nт = 1,5; nв =2,6; η = 0,85.

(МПа)

(МПа)

В качестве допускаемого напряжения примем [σ] = 136,2 Мпа

Расчет толщины цилиндрической обечайки деметанольной колонны

Толщину стенки цилиндрического корпуса аппарата, нагруженного давлением рассчитывают из условия прочности по формуле [9]:

,                                          (3.5)

где s - толщина стенки, мм; DB - внутренний диаметр корпуса, мм; [σ] - допускаемое напряжение материала корпуса, МПа; φ - коэффициент прочности сварного шва; с - сумма прибавок к расчетной толщине, мм; Рр - расчетное давление, МПа.

с = с1 + с2 + с3,                                           (3.6)

где с1 - прибавка для компенсации коррозии или эрозии элементов сосуда или аппарата, мм; с2 - прибавка для компенсации минусового допуска, мм; с3 - прибавка для компенсации утонения в процессе изготовления аппаратуры, мм.

Прибавки с2 и с3, как правило не велики и учитываются технологами при обработке металлов. Гораздо существеннее прибавка с1.

с = с1 = П-Та ,                                        (3.7)

где П - скорость коррозии, мм/год; Та - срок службы аппарата, лет.

с = с1 = П ∙Та = 0,4 ∙ 6 = 2,4 (мм),

S = 0,4*1140/(2*136,2*1-0,4)+2,4 = 4,07(мм)

Толщину стенки цилиндрической обечайки примем равной 5 мм;

Расчет толщины днища бражной колонны

Толщину плоского днища аппарата s, нагруженного давлением, рассчитывают по формуле:

,                                                (3.7)

где k - коэффициент, зависящий от конструкции днища; Рр - расчетное давление МПа; D - диаметр аппарата, мм; с - сумма прибавок к расчетной толщине, мм [σ] - допускаемое напряжение материала корпуса, МПа.

Толщину днища примем равной 29 мм.

4. АВТОМАТИЗАЦИЯ

Автоматизация технических процессов является важнейшим средством повышения производительности труда, сокращения расходов материалов и энергии, улучшения качества продукции, внедрения прогрессивных методов управления производством и повышения надежности работы.

В автоматизированном производстве функции управления технологическими процессами, механизмами, машинами передаются автоматическим устройствам, а человек переключается на творческую работу - анализ результатов управления, составление заданий и программ для автоматических приборов, наладку сложных автоматических устройств и т.д..

  1.  Технологический контроль

Схемой автоматизации работы брагоректификационного аппарата предусмотрен технологический контроль всех основных параметров процесса со щита управления. На щите управления сосредоточены показывающие и регистрирующие приборы, обеспечивающие возможность наблюдения обслуживающему персоналу за ходом технологического процесса. Контроль за работой БРУ осуществляют с помощью приборов для измерения температуры, давления и расхода.

Температура

Для обеспечения нормального режима работы брагоректификационной установки необходимо контролировать температуру воды, выходящей из дефлегматоров эпюрационной и спиртовой колонн, температуру водно-спиртовой смеси, поступающей на тарелку питания спиртовой колонны и температуру водно-спиртовых паров над верхними тарелками, тарелками питания и в выварных камерах бражной, эпюрационной и спиртовой колонн.

Температура воды, выходящей из дефлегматоров эпюрационной (поз. 16-1) и спиртовой (поз.24-1) колонн характеризует процесс конденсации водно-спиртовых паров в дефлегматорах и конденсаторах этих колонн.

Температура водно-спиртовой смеси, поступающей на тарелку питания спиртовой колонны (поз. 21-1) характеризует фазовое состояние этой смеси. Температура водно-спиртовых паров является косвенным показателем, по которому можно судить о концентрации в этих парах этанола. Поэтому в бражной колонне необходимо контролировать температуру эпюрированных водно-спиртовых паров, отбираемых с 20-й ее тарелки (поз.5-3), температуру водно-спиртовых паров в выварной ее камере (поз.5-4), над тарелкой питания (поз.5-2), над верхней ее тарелкой (поз. 5-1).

В эпюрационной колонне необходимо контролировать температуру водно-спиртовых паров в выварной камере (поз. 14-2), над верхней тарелкой (поз. 14-1).

В спиртовой колонне необходимо контролировать температуру водно-спиртовых паров над верхней тарелкой (поз. 18-1), над тарелками питания (поз. 18-2, 18-3, 18-4, 18-5), над 23-й, 21-й, 19-й, 17-й тарелками (поз. 18-6, 18-7, 18-8, 18-9), в выварной камере (поз. 18-10).

Расход

Для обеспечения заданного качества целевого продукта (спирта-ректификата) необходимо контролировать расход промежуточных (поз. 23-1) спиртопродуктов. В деметанольной колонне необходимо контролировать температуру водно-спиртовых паров над верхней тарелкой (поз.26-1) , в кубе колонны (поз. 26-2).

4.2. Выбор и обоснование средств контроля

Процесс выделения и очистки пищевого этанола от примесей по взрывопо-жарной и пожарной опасности относится к производствам категории А. Поэтому все устанавливаемые контрольно-измерительные приборы по исполнению должны удовлетворять требованиям гл.7-3 ПУЭ, иметь искробезопасные измерительные цепи и питаться по возможности от сети сжатого воздуха [26].

Температура воды, выходящей из конденсаторов эпюрационной и спиртовой колонн, температура водно-спиртовой смеси, поступающей на тарелку питания спиртовой колонны и температура водно-спиртовых паров не превышает 200°С. Поэтому в качестве датчиков для измерения температуры предлагается использовать термопреобразователи сопротивления ТСМ-0583, работающие в комплекте с вторичным прибором - шестиканальным уравновешенным мостом КСМ-022.

Поскольку диаметр трубопроводов, на которых должны быть установлены датчики расхода промежуточных и побочных спиртопродуктов не превышает 50 мм [19], для измерения расхода последних предлагается использовать ротаметры с пневматическим выходным сигналом РП-1,6 ЖУЗ. В качестве регистрирующего и фиксирующего расход жидких спиртопродуктов прибора предлагается использовать вторичный прибор ПВ 4.2Э.

4.3. Автоматическое регулирование

Для автоматического регулирования технологических параметров используются регулирующие устройства, воздействующие на объекты химической технологии с помощью исполнительных устройств.

Выбор и обоснование параметров, управляющих воздействий и схем

Для обеспечения заданного режима выделения и очистки этанола от примесей необходимо поддерживать давление водяного пара и расход охлаждающей воды, поступающих на брагоректификационную установку, в заданных пределах. Расход охлаждающей воды должен находиться в пределах 0,32...0,35 м3/дал [19], давление водяного пара не должно превышать 0,4 МПа.

Для регулирования расхода охлаждающей воды, поступающей на брагоректификационную установку, выбираем одноконтурную схему, работающую следующим образом: сигнал поступает на преобразователь перепада давления 13ДД11 (поз. 1-2). Пневматический сигнал с преобразователя поступает на позиционный регулятор ПРЗ.31 (поз. 1-5), работающий в комплекте с вторичным прибором ПВ 10.1Э (поз. 1-4). С выхода регулятора пневматический сигнал поступает на исполнительный механизм - регулирующий клапан (поз. 1-6).

Схема регулирования давления водяного пара, поступающего на брагорек-тификационную установку, работает следующим образом: сигнал с датчика давления МС-П1 (поз.2-1) поступает на позиционный регулятор ПРЗ.31 (поз.2-5), работающий в комплекте с вторичным прибором ПВ 10.1Э (поз.2-4). Аналогично работают схемы автоматического регулирования давления в выварных камерах бражной (поз.4-4, 9-4) , спиртовой (поз. 19-4) , в эпюрационной (поз. 13-4), деметанольной ( поз. 25-1).

Для поддержания заданного расхода бражки в трубопроводе (1) и лю-терной воды (21) выбираем одноконтурные схемы регулирования расхода соответственно зрелой бражки и лютерной воды, работающие следующим образом: сигнал от датчика расхода РП-1,6 ЖУЗ (поз.3-1) поступает на прибор контроля ПВ 10.1Э (поз.3-4). С выхода регуляторов пневматические сигналы поступают на регулирующие клапаны (поз.3-3).

Для обеспечения заданного режима работы бражной колонны температуру зрелой бражки на входе в эту колонну необходимо поддерживать в интервале 65...70°С [14]. Наиболее сильное возмущающее воздействие на этот технологический параметр оказывает расход лютерной воды, подаваемой насосом (20) в теплообменник (4). Поэтому в качестве управляющего воздействия выбираем изменение расхода лютерной воды, поступающей в теплообменник (4).

Для поддержания температуры зрелой бражки на входе в бражную колонку в заданных пределах выбираем одноконтурную схему регулирования, работающую следующим образом: сигнал от термопреобразователя сопротивления ТСМ-0583 (поз. 5-3) поступает на нормирующий преобразователь НП-СЛ (поз. 6-2), где изменение электрического сопротивления термопреобразователя преобразуется в электрический ток силой 0...5 мА. Выходной ток с НП-СЛ в электропнев-мопреобразователе ЭГШ-63 (поз.4-3) преобразуется в стандартный пневматический сигнал давлением 0,02...0,1 МПа. Пневматический сигнал с ЭПП-63 поступает на позиционный регулятор ПР 3.31 (поз.6-4), работающий в комплекте с вторичным прибором ГТВ 10.1Э (поз.6-3). С выхода регулятора пневматический сигнал поступает на регулирующий клапан (поз.6-4). Аналогично работают схема регулирования температуры бражного дистиллята (поз. 10-1, 10-3, 10-4) и схема регулирования отбора спирта-ректификата из спиртовой колонны (поз. 18-1, 18-2, 18-3, 18-4, 18-5,18-6, 18-7, 18-8, 18-9, 18-10, 18-11).

Давление водно-спиртовых паров над верхними тарелками бражной, эпюрационной и спиртовой колонн зависит главным образом от количества конденсата, отводимого от подогревателя зрелой бражки, дефлегматоров и конденсаторов эпюрационной и спиртовой колонн. Поэтому в качестве управляющего воздействия на давление водно-спиртовых паров над верхними тарелками этих колонн выбираем расход зрелой бражки, поступающей в подогреватель бражки, расход воды, поступающей в дефлегматоры и конденсаторы эпюрационной и спиртовой колонн соответственно.

Одноконтурные схемы регулирования давления водно-спиртовых паров над верхними тарелками бражной, эпюрационной и спиртовой колонн работают также, как схема регулирования давления в трубопроводе, подводящем к браго-ректификационной установке водяной пар.

Для обеспечения заданного режима работы эпюрационной колонны соотношение расходов водно-спиртовых паров, выходящих с верха бражной колонны и отбираемых с 20-й ее тарелки, необходимо поддерживать 1:1. Схема регулирования расхода водно-спиртовых паров, выходящих с верха бражной колонны, работает следующим образом: сигнал поступает на преобразователь перепада давления 13ДД11 (поз. 11-2). Пневматический сигнал с 13ДД11 поступает на позиционный регулятор ПРЗ.31, (поз.11-4), работающий в комплекте с вторичным прибором ПВ 10.1Э (поз.11-3). Выходной пневматический сигнал с регулятора ПРЗ.31 (поз. 11-4) поступает на регулятор расхода водно-спиртовых паров, отбираемых с верха бражной колонны ПРЗ.31 (поз.9-4, 4-3, 7-3, 8-3), работающий в комплекте с вторичным прибором ПВ 10.1Э (поз.4-4, 9-3). Выходной пневматический сигнал с регулятора ПРЗ.31 (поз.9-4) поступает на регулирующий клапан (поз. 9-5), установленный на линии отбора водно-спиртовых паров с верха бражной колонны.

Выбор и обоснование средств регулирования

Поскольку давление водяного пара на линии подачи его на брагоректифи-кационную установку, а также давление водно-спиртовых паров над верхними тарелками и в выварных камерах бражной, эпюрационной и спиртовой колонн не превышает 0,4 МПа, в качестве датчиков давления выбираем манометр сильфон-ный МС-П1 с пределами измерений 0...0,4 МПа.

Поскольку температура зрелой бражки на входе в бражную колонну, температура бражного дистиллята, температура водно-спиртовых паров над 8-й (контрольной) тарелкой спиртовой колонны не превышает 200°С, в качестве датчиков температуры выбираем термопреобразователи сопротивления ТСМ-0583 с пределами измерения температуры - 50...200°С.

Зрелая бражка - однородная суспензия, лютерная вода - однородная, не выпадающая в осадок и некристаллизующаяся жидкость. Поэтому в качестве датчиков уровня в сборниках зрелой бражки (1) и лютерной воды (21) выбираем уровнемер буйковый пневматический УБ-П1.

В качестве сужающего устройства для измерения расхода водно-спиртовых паров, выходящих с верха бражной колонны (условный проход штуцера dy = 300 мм) и эпюрированных водно-спиртовых паров, отбираемых с 20-й тарелки бражной колонны (условный проход штуцера dy = 300 мм) выбираем диафрагму ДК-6.

Для преобразования разности давлений в пневматический сигнал выбираем измерительный преобразователь перепада давления 13ДД11.

В качестве управляющего органа выбираем позиционный регулятор TIP 3.31, работающий в комплекте с вторичным прибором ПВ 10.1Э.

В качестве исполнительного механизма выбираем клапан регулирующий двухседельный с пневматическим приводом 25ч30нж.

4.4. Сигнализация. Выбор и обоснование параметров предупредительной сигнализации

В результате перебоев подачи охлаждающей воды в дефлегматоры и конденсаторы эпюрационной и спиртовой колонн может возникнуть аварийная ситуация, связанная с повышением давления внутри колонн брагоректификацион-ной установки выше допустимого значения.

В результате перебоев подачи греющего водяного пара на брагоректифика-ционную установку может возникнуть аварийная ситуация, связанная с превышением пропускной способности бражной колонны по сырью и нарушением температурного режима процессов перегонки и ректификации в целом.

Для предупреждения указанных аварийных ситуаций предлагается схема предупредительной световой сигнализации, работающая следующим образом: пневматический выходной сигнал с преобразователя перепада давления 13ДД11 (поз. 3-2) и сильфонного манометра МС-П1 (поз.2-1) поступает на электроконтактный манометр ЭКМ-1 (поз. 1-3, 2-2). В случае снижения расхода охлаждающей воды, подаваемой на брагоректификационную установку, до 0,32 м3/дал, а также в случае подачи водяного пара давлением ниже 0,4 МПа, электрический сигнал с ЭКМ-1 поступит на сигнальную лампу (поз. 1-3, 2-1).

В таблице 4.1 приведены краткая характеристика используемых приборов, их типы и количество.


I

II

III

D, yD

F, xF

               Перегонка бражки

     1

     2

        Эпюрация

     3

       Ректификация

     4

               Деметанолизация

АТФ

АДФ


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

34278. Аномалия 44 KB
  Пороки развития аномалии развития совокупность отклонений от нормального строения организма возникающих в процессе внутриутробного или реже послеродового развития. Пороки развития возникают под действием разнообразных внутренних наследственность гормональные нарушения биологическая неполноценность половых клеток и др. К наследственным относят пороки возникшие в результате мутаций т. Б зависимости от того на каком уровне произошла мутация на уровне генов или хромосом наследственно обусловленные пороки подразделяют на гениые и...
34279. Взаимное влияние аллельных генов 182.5 KB
  Этот вид взаимодействия генов заключается в том что при наличии двух доминантных аллелей разных генов появляется новый признак то есть для появления нового признака у организма должен быть генотип АВ. Если одна пара генов определяющих окраску будет рецессивной гомозиготой т. не будет синтезироваться нужный белок то даже если вторая пара генов будет нести доминантный аллель цветки окрашены не будут.
34281. Задачей медицинской генетики является выявление и профилактика наследственных заболеваний 60.16 KB
  При изучении генетики чаще всего используются такие методы: Генеалогический метод состоит в изучении родословных на основе менделевских законов наследования и пoмoгeт установить характер наследования признака доминантный или рецессивный. Этим методом выявлены вредные последствия близкородственных браков которые особенно проявляются при гомозиготности по одному и тому же неблагоприятному рецессивному аллелю. Близнецовый метод состоит в изучении различий между однояйцевыми близнецами. С помощью близнецового метода выявлена роль...
34282. Изменчивость 48.89 KB
  На основе изменчивости организмов появляется генетическое разнообразие форм которые в результате действия естественного отбора преобразуются в новые виды. Виды: Ненаследственная модификационная фенотипическая В результате изменение условий среды организм изменяется в пределах НОРМЫ РЕАКЦИИ это пределы рамки в которых возможно изменение признака у денного генотипа например норма реакции молочности у коров колеблется от 1000 до 2500 кг заданной генотипом. 2 Наследственная генотипическая а...