Сусло с узла 2

G_сусла = 10706,54 * 0,1 = 1070,65 кг

Плотность сусла 1060 кг/м³

Объем сусла:

V_cусла = G_сусла/с_сусла = 1070,65/1060 = 1,01 м³

Масса вспомогательных материалов:

Серная кислота аккумуляторная g_ск = 3,0 кг/м³ сусла;

Карбамид g_карб = 1,0 кг/м³ сусла.

Загружено серной кислоты:

G_ск = g_ск* V_cусла = 3,0 * 1,01 = 3,03 кг

Загружено карбамида:

G_карб = g_карб* V_cусла = 1 * 1,01 = 1,01 кг

В виде водного раствора 1:10:

G_раств = G_карб+10* G_карб = 1,01+10,10 = 11,11 кг.

Засевные дрожжи

Масса засевных дрожжей 10% от объема сусла.

Плотность засевных дрожжей с_дрож = 1072 кг/м³

Объем засевных дрожжей:

V_дрож = 0,1* V_cусла = 0,1 * 1,01 = 0,101 м³

Загружено засевных дрожжей:

G_дрож = V_дрож* с_дрож = 0,101*1072 = 108,28 кг

Сухой биомассы клеток в засевных дрожжах g_кл = 45 г/л (кг/м³)

Всего клеток:

G_кл = g_кл* V_дрож = 45*0,101 = 4,55 кг

Влагосодержание засевных дрожжей г_влага = 80%

Всего влаги в засевных дрожжах:



G_влаги = G_дрож* г_влага = 108,28 * 0,8 = 86,62 кг

В питательной среде засевных дрожжей содержится 6% глюкозы

G_{глюк.засев} = G_дрож * 0,06 = 108,28 * 0,6 = 6,50 кг

Остальное несбраживаемые сух. в-ва питательной среды:

G_сух.в-в = G_дрож - G_кл - G_влаги - G_{глюк.засев} =

= 108,28 - 4,55 - 86,62 - 6,50 = 10,61 кг.

Итого загружено в 3 узле:

G_{3загруж} = G_сусла+G_ск +G_{раств. карб} +G_дрож =

= 1070,65 + 108,28 + 3,03 + 11,11 = 1193,07 кг

Получено:

На рост клеток и побочное брожение расходуется 4% глюкозы, имеющийся в среде, остальная глюкоза сбраживается дрожжами в спирт до момента, когда концентрация глюкозы станет равной 30% от первоначального количества.

G_спирт = (G_{глюк.сусла} + G_{глюк.засев}) *(0,6 - 0,04 )*2*М_сприт/М_глюк =

= (171,03 + 6,50)1*0,54*2*46,07/180,16 = 50,84 кг

В результате реакции выделится углекислого газа:

G_СО2 = (G_{глюк.сусла} + G_{глюк.засев}) *(0,6 - 0,04 )*2*М_СО2/М_глюк=

= (171,03 + 6,50)*0,54*88,02/180,18=48,57 кг

Масса производственных дрожжей:

G_{пр.дрож.} = G_{6загруж} - G_СО2 = 1193,07 - 48,57 = 1144,50 кг

По данным технологической инструкции масса дрожжевых клеток g_кл увеличилась в g_кл = 10 раз

G_кл = G_клеток* g_кл = 4,55*10 = 45,45 кг

Количество глюкозы в производственных дрожжах:

G_глюк = 0,3* (G_{глюк. сусла}+ G_{глюк.засев}) = 0,3*(171,03 + 6,50) = 53,26 кг

Количество влаги в производственных дрожжах (с учетом того, что прирост клеточной массы дрожжей на 60% состоит из воды):

G_влаги = G_{вл.сусла}+ G_{вл.серн.к-ты}+ G_{вл.карбамид}+G_{вл.засев} - 0,6*(G_кл.кон-G_кл.нач) =

= 827,66+0,24+10,10+86,62 - 0,6*(45,45 - 4,55) = 900,08 кг

Несбраживаемые вещества (с учетом серной кислоты):

G_несбр = G_{пр.дрож} - G_кл - G_глюк - G_влаги - G_спирт =

= 1144,50 - 45,45 - 53,26 - 900,08 - 50,84 = 94,87 кг

Итого получено в 3 узле:

G_3получ = G_{пр.дрожжи}+ G_co2 = 1444,50 + 48,57 = 1193,07 кг

G_{3загруж} = G_3получ



Таблица 3.3

Материальный баланс приготовления производственных дрожжей

Загружено	Получено
Сырье и полупродукты	Масса тех, кг	Масса, кг	Масс. доля,%	Продукты, отходы, потери	Масса тех, кг	Масса, кг	Масс. доля,%
1. Осахаренное сусло, в т.ч. глюкоза несбр. в-ва влага 2. Засевные дрожжи, в т.ч. клетки глюкоза несбр. в-ва влага 3.Серная кислота аккумуляторная, в т.ч. моногидрат влага 4. Карбамида раствор, в т.ч. карбамид влага	1070,65 108,28 3,03 11,11	171,03 71,97 827,66 4,55 6,50 10,61 86,62 2,79 0,24 1,01 10,10		1.Производств. дрожжи, в т.ч. клетки глюкоза несбр. в-ва влага спирт 2. Углекислый газ	1144,50 48,57	45,45 53,26 94,87 900,08 50,84
Итого:	1193,07			Итого:	1193,07

Узел 4. Брожение. Утилизация газов брожения.

Химизм процесса:

С₆H₁₂O₆ > 2C₂H₅OH + 2CO₂^

Мольные массы: 180,16 46,07 44,01

Проверка баланса мольных масс:

М_загруж = 180,16 М_получ = 2*46,07+44,01*2 = 180,16

Загружено:

с узла 2 сусло известного состава

G_сусла = 0,9 * G_сусла5 = 0,9 * 10706,54 = 9635,89 кг

в т.ч.

глюкозы G_глюк = 1539,25 кг

С узла 3 производственные дрожжи известного состава

G_{пр.дрожжей} = 1144,50 кг

в т.ч.

клеток G_клеток = 45,45 кг

G_глюк = 53,26 кг

G_влаги = 900,08 кг

G_спирт = 50,84 кг

Итого загружено в 4 узле:

G_{4загруж} = G_сусла+ G_{пр.дрожж} = 9635,89 + 1144,50 = 10780,39 кг

Получено:

Вступило в реакцию спиртового брожения ключевого соединения глюкозы:

G_{реаг. глюк} = G_Углюк* з_4-1 * з_4-2 = (1539,25+53,26) * 0,998 * 0,96 = 1525,71 кг

Остаток непрореагировавшей глюкозы:

G_{глюк. ост} = G_Углюк * (1 - з_4-1 ) = 1592,51* (1 - 0,98) = 3,08 кг

Остальная глюкоза (з_4-2 ) израсходована, участвуя в росте клеточной массы и побочных реакциях.

По данным технологической инструкции масса дрожжевых клеток g_кл увеличилась в g_кл = 10 раз

G_кл = G_клеток* g_кл = 45,45*10 = 454,52 кг

В результате реакции образуется:

Основного продукта - спирта:

G_спирт = G_{реаг. глюк} *M_спирт*2/M_глюк = 1525,71*46,07*2/180,16 = 780,32 кг

Потери образующегося спирта с образующимся углекислым газом г_пот = 0,3%

G_пот = G_спирт* г_пот = 780,32*0,003 = 1,16 кг

Всего спирта в бродильном чане:

G_спиртУ = G_спирт+ G_{спирт.пр.дрож.} - G_пот = 780,32 + 50,84 - 1,16 = 830,0 кг

Количество влаги в производственных дрожжах (с учетом того, что прирост клеточной массы дрожжей на 60% состоит из воды):

G_влаги = G_{вл.сусла}+ G_{пр.дрожж} - 0,6*(G_кл.кон-G_кл.нач) =

= 7448,95 + 900,08 - 0,6 * (454,52 - 45,45) = 8103,59 кг

Углекислого газа (второго продукта реакции):

G_уг = G_{реаг. глюк} *M_уг*2/M_глюк = 1525,71*44,01*2/180,16 = 776,49 кг

Всего выделяется газообразых продуктов:

G_газ = G_уг/0,995 = 962,92/0,995 =

= 780,39 кг, где 0,995-доля углекислого газа

Из них:

потери спирта G_пот =1,16 кг

газообразыне примеси (сюда входят, вод пар, летучие кислоты, альдегиды и тд)

G_{газ.прим} = G_газ - G_уг- G_пот = 780,39 - 776,49 - 2,34 = 2,74 кг

Масса полученной бражки: G_браж = G_{6загруж} - G_газ = 1780,39 - 780,39 = 10000,00 кг

Остаточное содержание несбраж. в-в.:

G_несбр. = G_браж - G_влаги - G_спирт - G_кл =

= 10000,00 - 8103,59 - 830,0 - 454,52 = 608,81 кг

Итого получено в 4 узле:

G_4получ = G_браж+ G_газ = 10000,00 + 780,39 = 10780,39 кг

G_{4загруж} = G_4получ



Таблица 3.4

Материальный баланс брожения

Загружено	Получено
Сырье и полупродукты	Масса тех, кг	Масса, кг	Масс. доля,%	Продукты, отходы, потери	Масса тех, кг	Масса, кг	Масс. доля,%
1. Осахаренное сусло, в т.ч. глюкоза несбр. в-ва влага 1. Производств. дрожжи, в т.ч. клетки глюкоза несбр. в-ва влага спирт	9635,89 1144,50	1539,25 647,69 7448,95 45,45 53,26 94,87 900,08 50,84		1. Зрезая бражка, в т.ч. спирт несбр. в-ва клетки остат. глюк. влага 2. Газы, в т.ч. углекислый газ потери спирта примеси	10000,0 780,39	830,0 608,81 454,52 3,08 8103,53 776,49 1,16 2,74
Итого:	10780,39			Итого:	10780,39

3.2 Расчет материального баланса брагоректификации

Исходные данные для расчёта:

1. Масштаб расчёта - 1000 кг/сут спирта «Экстра»

2. Состав конечного продукта: этиловый спирт - X_спирт = 94,13% масс.

Плотность 100% этилового спирта с_{усл.спирт} = 0,7893 кг/л

3. Нормированный выход продукта по всем стадиям: з_У = 0,997

4. Массовая доля этилового спирта в бражке X_браж = 8,30% масс.

5. Определение расхода ключевого продукта ( бражка ).

Расход бражки G_браж:

G_браж = G_спирт *X_спирт / Х_браж = 1000 * 0,9413 / 0,083 = 11340,96 кг/сут



Рис. 3.2.1 Схема-граф материальных потоков производства этилового спирта

(99,70%).

Расчёт МБ по узлам (стадиям производства):

По всем узлам процесса брагоректификации химических превращений не происходит.

Узел 1. Перегонка бражки

Дополнительные исходные данные:

Массовая доля этилового спирта в бражке X_браж = 8,30%

Массовая доля этилового спирта в бражном дистилляте X_{бр.дист.} = 47,18%

Массовая доля этилового спирта в эпюрированном вводно-спиртовом паре X_{эп. в.с. пар} = 10%

Энтальпия водяного пара i`` = 2676 кДж/кг

Энтальпия эпюрированного пара i``_э = 2540 кДж/кг

Выход эпюрированного водно-спиртового пара P_э = 0,8 кг/л

Загружено:

Бражка G_браж = 11340,96 кг/сут

Итого загружено в 1 узле:

G_{1загруж} = G_браж = 11340,96 кг/сут

Получено:

Количество эпюрированного водно-спиртового пара G_{эп.в.с.пар}:

G_{эп.в.с.пар} = V_усл.сп.* P_э * i`` / i``_э =

= (1000*0,9413/0,7893) * 0,8 * 2676 / 2540 = 1005,14 кг/сут

Количество бражного дистиллята G_{бр.дист.}:

G_{бр.дист} = ( G_браж* X_браж - G_{эп.в.с.пар} * X_{эп. в.с. пар} ) / X_{бр.дист.} =

= (11340,96 * 0,083 - 1005,14 * 0,1) / 0,4718 = 1782,09 кг/ч

Оставшаяся часть бражки, освобождённая от спирта и примесей представляет из себя барду. Количество барды G_барды:

G_бард = G_браж - (G_{эп.в.с.пар} + G_{бр.дист}) =

= 11340,96 - (1005,14 + 1782,09) = 8553,79 кг/ч

Итого получено в 1 узле:

G_1получ = G_{эп.в.с.пар} + G_{бр.дист} + G_бард =

= 1005,14 + 1782,09 + 8553,79 = 11340,96 кг/ч

Таблица 3.5

Материальный баланс перегонки бражки

Загружено	Получено
Сырье и полупродукты	%	Расход, кг/ч	Продукты, отходы, потери	%	Расход, кг/ч
1. Бражка		11340,96	1. Эпюрированный водно-спиртовый пар 2. Бражный дистиллят 3. Барда		1005,14 1782,09 8553,79
Итого:		11340,96	Итого:		11340,96

Узел 2. Эпюрация

Дополнительные исходные данные:

Массовая концентрация спирта в эпюрате Х_эпюрат = 15%;

Процент отбора непастеризованного спирта из ректификационной колонны K_непаст = 1,5%;

Массовая концентрация этанола в непастеризованном спирте Х_непаст = 95,3%;

Процент отбора головной фракции К_голов = 3%;

Массовая концентрация спирта в головной фракции Х_головн = 88,29%;

Процент отбора сивушного масла из эпюрационной колонны К_сив = 3%;

Массовая концентрация спирта в сивушном масле Х_сив = 65%.

Загружено:

Эпюрированный водно-спиртовый пар из узла 1 G_{эп.в.с.пар} = 1005,14 кг/ч.

Бражный дистиллят из узла 1 G_{бр.дист} = 1782,09 кг/сут.

Количество непастеризованного спирта из ректификационной колонны G_непаст:

G_непаст = G_усл.сп. * K_непаст / Х_непаст = (1000*0,9413) * 1,5 / 95,3 = 14,82 кг/ч

Спирт, выделенный из фракции головной (узел 4) G_{сп. из фр гол} = 31,01 кг/сут

Головной погон из сивушной колонны (узел 5) G_{сп из сив. кол.} = 50,01 кг/сут

Общая загружаемая масса:

G_? = G_{эп.в.с.пар} + G_{бр.дист} + G_непаст + G_{сп. из фр гол} + G_{сп из сив. кол.} =

= 1005,14 + 1782,09 + 14,82 + 31,01 + 50,01 = 2883,07 кг/сут

Количество спирта в загружаемой массе:

G_сп = (G_{эп.в.с.пар} * X_{эп. в.с. пар} + G_{бр.дист} * X_{бр.дист.} + G_непаст * Х_непаст) / 100% =

= (1005,14 * 10 + 1782,09 * 47,18 + 14,82 * 95,3 ) / 100 = 955,43 кг/сут

Массовая концентрация спирта в колонне:

X_{эп. колл} = (955,43 / 2883,07 ) * 100% = 33,14%

Найдем количество лютерной воды, которую необходимо добавить для получения массовой концентрации спирта в эпюрате Х_эпюрат = 15%:

G_{лют.вод} = G_сп / Х_эпюрат - G_? = 955,43/0,15 - 2883,07 = 3486,46 кг/сут

Итого загружено в 2 узле:



G_{2загруж} = G_{эп.в.с.пар} + G_{бр.дист} + G_непаст + G_{сп. из фр гол} + G_{сп из сив. кол.} + G_{лют.вод} =

= 1005,43 + 1782,09 + 14,82 + 31,01 + 50,01 + 3486,46 = 6369,82 кг/сут

Получено:

Количество фракции головного спирта G_гол:

G_гол = G_усл.сп * К_голов / Х_головн = = (1000*0,9413) * 3 / 88,29 = 31,98 кг/сут

Количество фракции сивушных масел G_сив:

G_сив = G_усл.сп. * К_сив / Х_сив = (1000*0,9413) * 3 / 65 = 43,44 кг/сут

Количество эпюрата G_{эпюрат:}

G_эпюрат = G_{2загруж} - (G_гол + G_сив) = 6369,82 - (31,98 + 43,44) = 6294,40

кг/сут

Итого получено в 2 узле:

G_2получ = G_гол + G_сив + G_эпюрат = 31,98 + 43,44 + 6294,40 = 6369,82 кг/сут

Таблица 3.6

Материальный баланс эпюрации

Загружено	Получено
Сырье и полупродукты	%	Расход, кг/сут	Продукты, отходы, потери	%	Расход, кг/сут
1. Эпюрированный водно-спиртовый пар 2. Бражный дистиллят 3.Непастеризованный спирт 4. Спирт из фракции головной 5. Головной погон из сивушной колонны 6. Лютерная вода		1005,14 1782,09 14,82 31,01 50,01 3486,46	1. Фракция головного спирта 2. Фракция сивушных масел 3. Эпюрат		31,98 43,44 6369,82
Итого:		6369,82	Итого:		7066,71

Узел 3. Ректификация

Дополнительные исходные данные:

Нормативный выход ректификованного спирта к условному Y_рект = 96%;

Массовая концентрация этилового спирта в колонне X_рект = 88,5%;

Процент отбора сивушного масла из эпюрационной колонны К_сив = 3,5%;

Массовая концентрация спирта в сивушном масле Х_сив = 40%.

Загружено:

Эпюрат из узла 2 G_эпюрат = 6369,82 кг/сут.

Итого загружено в 3 узле:

G_{3загруж} = G_эпюрат = 6369,82 кг/сут

Получено:

Количество ректификованного спирта G_рект:

G_рект = G_{усл.спирт} * Y_рект / X_рект = 1000*0,9413 * 96 / 88,5 = 1021,07 кг/сут

Количество фракции сивушных масел G_сив:

G_сив = G_усл.сп. * К_сив / Х_сив = 1000 * 0,9413 * 3,5 / 40 = 82,36 кг/сут

Непастеризованный спирт G_непаст = 14,82 кг/сут. Рассчитано в узле 2.

Количество образующейся лютерной воды G_{лют вод}:

G_{лют вод} = G_{3загруж} - ( G_рект + G_сив + G_непаст ) =

= 6369,82 - (1021,07 + 82,36 + 14,82 ) = 5251,57 кг/сут

Итого получено в 3 узле:

G_3получ = G_рект + G_сив + G_непаст + G_{лют вод} =

= 1021,07 + 82,36 + 14,82 + 5251,57 = 6369,82 кг/сут

Таблица 3.7

Материальный баланс ректификации

Загружено	Получено
Сырье и полупродукты	%	Расход, кг/сут	Продукты, отходы, потери	%	Расход, кг/сут
1. Эпюрат		6369,82	1. Ректификованный спирт 2. Фракция сивушных масел 3. Непастеризованный спирт 4. Лютерная вода		1021,07 82,36 14,82 5251,57
Итого:		6369,82	Итого:		6369,82

Узел 4. Разгонка головной фракции

Дополнительные исходные данные:

Нормативный выход головных примесей к условному спирту Y_рект = 0,1%;

Концентрация головных примесей в концентрате F_гол = 95,9%.

Загружено:

Фракция головная из узла 2 G_гол = 31,98 кг/сут.

Итого загружено в 4 узле:

G_{4загруж} = G_гол = 31,98 кг/сут

Получено:

Количество концентрата головных примесей G_{конц гол:}

G_{конц гол} = G_усл.сп. * Y_рект / F_гол = 1000 * 0,9413 * 0,1 / 95,9 = 0,97 кг/сут



Количество спирта, выделенного из фракции головной G_{сп. гол.}:

G_{сп. гол} = G_гол - G_{конц гол} = 31,98 - 0,97 = 31,01 кг/сут

Итого получено в 4 узле:

G_4получ = G_{конц гол} + G_{сп. гол} = 0,97 + 31,01 = 31,98 кг/сут

Таблица 3.8

Материальный баланс разгонки головной фракции

Загружено	Получено
Сырье и полупродукты	%	Расход, кг/сут	Продукты, отходы, потери	%	Расход, кг/сут
1. Фракция головная		31,98	1. Концентрат головных примесей 2. Спирт из фракции головной		0,97 31,01
Итого:		31,98	Итого:		31,98

Узел 5. Концентрирование сивушного масла

Дополнительные исходные данные:

Нормативный выход сивушных масел к условному спирту Y_сив = 0,3%;

Концентрация сивушных масел в концентрате F_сив = 83,0%;

Гидромодуль разбавления сивушных масел A = 2.

Загружено:

Погон компонентов сивушного масла из эпюрационной колонны ( узел 2 ):

G_{сив. эпюр} = 43,44 кг/сут.

Погон паров сивушного масла из ректификационной колонны ( узел 3 ):

G_{сив. рект} = 82,36 кг/сут.

Количество лютерной воды G_{лют. вод}:



G_{лют. вод} = A * ( G_{сив. рект} + G_{сив. эпюр} ) = 2 * ( 82,36 + 43,44 ) = 251,60 кг/сут

Итого загружено в 5 узле:

G_{5загруж} = G_{сив. рект} + G_{сив. эпюр} + G_{лют. вод} =

= 82,36 + 43,44 + 251,60 = 377,40 кг/сут

Получено:

Количество концентрата сивушных масел G_{конц сив:}

G_{конц сив} = G_усл.сп. * Y_сив / F_сив = 1000 * 0,9413 * 0,3 / 83,0 = 3,40 кг/сут

Головной погон из делителя потока флегмы и конденсатора колонны G_гп:

G_гп= 14,7 * G_{конц сив} = 14,7 * 3,40 = 50,01 кг/сут

Лютерная вода G_л.в.:

G_л.в. = G_{5загруж} - G_{конц сив} - G_гп = 377,40 - 3,40 - 50,01 = 323,99 кг/сут

Итого получено в 5 узле:

G_5получ = G_{конц сив} + G_гп + G_л.в. = 3,40 + 50,01 + 323,99 = 377,40 кг/сут

Узел 6. Деметанолизация спирта

Дополнительные исходные данные:

Процент отбора метанольной фракции К_мет = 2,14%;

Концентрация спирта в метанольной фракции Х_мет = 95,9%.

Таблица 3.9

Материальный баланс концентрирования сивушных масел

Загружено	Получено
Сырье и полупродукты	%	Расход, кг/сут	Продукты, отходы, потери	%	Расход, кг/сут
1. Погон компонентов сивушного масла из узла 2 2. Погон паров сивушного масла из узла 3 3. Лютерная вода		43,44 82,36 251,60	1. Концентрат сивушных масел 2. Головной погон 3. Лютерная вода		3,40 50,01 323,99
Итого:		377,40	Итого:		377,40

Загружено:

Ректификованный спирт из узла 3 G_рект = 1021,07 кг/сут.

Итого загружено в 6 узле:

G_{6загруж} = G_рект = 1021,07 кг/сут

Получено:

Количество метанольной фракции G_мет:

G_мет = G_усл.сп. * К_мет / Х_мет = 1000 * 0,9413 * 2,14 / 95,9 = 21,07 кг/сут

Количество спирта ректификованного улучшенного качества «Экстра» G_{рект ук}:

G_{рект ук} = G_рект - G_мет = 1021,07 - 21,07 = 1000,00 кг/сут

Итого получено в 6 узле:

G_6получ = G_мет + G_{рект ук} = 21,07 + 1000,00= 1021,07 кг/сут



Таблица 3.10

Материальный баланс деметанолизации спирта

Загружено	Получено
Сырье и полупродукты	%	Расход, кг/сут	Продукты, отходы, потери	%	Расход, кг/сут
1. Ректификованный спирт		1021,07	1. Метанольная фракция 2. Ректификованный спирт улучшенного качества «Экстра»		21,07 1000,00
Итого:		1021,07	Итого:		1021,07

3.3 Расходные нормы сырья

Таблица 3.11

Расходные нормы сырья на 1 т (1000кг) этилового спирта «Экстра»

Наименование сырья и материалов	Содерж-е осн. вещ.	Расходная норма кг / 1т
	%	Масса техн.	Масса осн. вещ.
Зерно Вода Комплексный препарат «Дестамил»ТМ Ферментный препарат «Альфазим» Ферментный препарат «Глюкогам» Кислота серная аккумуляторная Карбамида раствор	58,40 98 10	3053,12 12866,37 2,28 1,62 1,91 3,43 1,15	1783,02 3,36 1,15
Материальный индекс производства	МИ = 15929,88 кг / 1т



4. Технологический расчет и выбор основного и вспомогательного оборудования

4.1 Бродильное отделение

Расчет годовой производительности бродильного отделения

Производственная мощность завода 3000 дал спирта в сутки. Плотность 100% этилового спирта с_{усл.спирт} = 0,7893 кг/л. Получаем G_сут = 3000*10*0,7893 = 23697 кг спирта в сутки. Массовая концентрация спирта в бражке 8,30%. Поучаем, что суточная производительность бродильного отделения составляет 23697/0,083 = 285506 кг/сут или 285,5 т/сут.

317 дней - количество рабочих дней в году;

рассчитывают:

Основное время: 305 дней - число полных рабочих дней в году;

Дополнительное время:

12 суток - планово-предупредительный ремонт - по одному дню в месяц для заводов, работающих на жидком топливе и газе,

5 суток - время, необходимое для приготовления дрожжей и бражки.

Для заводов, работающих с полной заменой солода ферментами микробного происхождения, упомянутое выше дополнительное время сокращают на 5 дней.

Определим годовую производительность по бражке бродильного отделения:

G_год = D* G_сут = 317*285,5 = 90503 т

где

G_год - годовой выпуск продукции т;

G_10т - масса реакционной смеси, перерабатываемой на данной стадии производства для получения 10т продукта, кг;

Таблица 4.1

Операции	G10т, кг	сi, кг/м3	Дфi, час	цi	Zi	Gгод
1. Подготовка зерна	2692,12	790*	-	-	0,1	90503
2. Гидроферментативная обработка, в том числе смешивание воды гомогенизация I гомогенизация I выдержка осахаривание	7987,60 10706,54 10706,54 10706,54 10706,54	1000 1060 1060 1060 1060	0,05 0,75 0,75 0,75 1	0,8 0,8 0,8 0,8	0,1 0,1	90503
3. Приготовление производственных дрожжей	1193,07	1070	48	0,8	0,1	90503
4. Сбраживание сусла	10780,39	1060	62	0,8	0,1	90503

с_i - плотность реакционной массы перерабатываемой на данной стадии производства, кг/м³

Z_i -запас производительности (в долях единицы) на данной стадии

Д_i - период процесса, час;

ц_i - коэффициент заполнения реактора, доли единицы;

^* - за плотность принимается натура зерна, как сыпучего материала

Годовая мощность G_год = 90503 т,

Количество рабочих суток в году D = 317 суток.

ТП 4 (Расчет бродильного чана БЧ-23)

Суточный объем перерабатываемой смеси на данной стадии:

V_сут = G_год*G_10т/(D*с*10) = 90503*10780,39/(317*1060*10) = 290,35 м³

Выбираем рабочий объем аппарата:

V_раб = 96 м³

Тогда, общий объем аппарата:



V_апп = V_раб/ц = 96/0,8 = 120 м³ V_ст = 120 м³

Число операций, которое можно провести в 1 аппарате в течении суток:

в = 24/ Д = 24/62 = 0,39

Количество операций, которое необходимо совершить в сутки:

б = V_сут/ V_раб = 290,35/96 = 3,02

Число аппаратов на данной стадии:

N = б* ДZ)/24 = 3,02*62*(1+0,1)/24 = 8,58 (N = 9)

ТП 3 (Расчет дрожжанки ДЖ-20)

Суточный объем перерабатываемой смеси на данной стадии:

V_сут = G_год*G_10т/(D*с) = 90503*1193,07/(317*1070*10) = 31,83 м³

Рабочий объем аппарата:

V_раб = V_сут/б = 31,83/3,02 = 10,54 м³

Тогда, общий объем аппарата:

V_апп = V_раб/ц = 10,54/0,8 = 13,17 м³ V_ст = 16 м³

Число операций, которое можно провести в 1 аппарате в течении суток:

в = 24/ Д = 24/48 = 0,5



Число аппаратов на данной стадии:

N = б* ДZ)/24 = 3,02*48*(1+0,1)/24 = 6,64 (N = 7)

ТП 2 (Расчет аппаратов хемомеханоферментативной обработки ХМФО I и ХМФО II)

Суточный объем перерабатываемой смеси на данной стадии:

V_сут = G_год*G_10т/(D*с) = 90503*10706,54/(317*1060*10) = 288,36 м³

Выбираем рабочий объем аппарата:

V_раб = 12 м³

Тогда, общий объем аппарата:

V_апп = V_раб/ц = 12/0,8 = 15 м³ V_ст = 16 м³

Число операций, которое можно провести в 1 аппарате в течении суток:

в = 24/ Д = 24/0,75 = 32

Количество операций, которое необходимо совершить в сутки:

б = V_сут/ V_раб = 288,36/12 = 24,03

Число аппаратов на данной стадии:

N = б* ДZ)/24 = 24,03*0,75*(1+0,1)/24 = 0,82 (N = 1)



ТП 2 (Расчет осахаривателя О17)

Суточный объем перерабатываемой смеси на данной стадии:

V_сут = G_год*G_10т/(D*с) = 90503*10706,54/(317*1060*10) = 288,36 м³

Выбираем рабочий объем аппарата:

V_раб = 16 м³

Тогда, общий объем аппарата:

V_апп = V_раб/ц = 16/0,8 = 20 м³ V_ст = 20 м³

Число операций, которое можно провести в 1 аппарате в течении суток:

в = 24/ Д = 24/1 = 24

Количество операций, которое необходимо совершить в сутки:

б = V_сут/ V_раб = 288,36/16 = 18,02

Число аппаратов на данной стадии:

N = б* ДZ)/24 = 18,02*1*(1+0,1)/24 = 0,83 (N = 1)

ТП 2 Расчет смесителя-выдерживателя СМ16

Суточный объем перерабатываемой смеси на данной стадии:

V_сут = G_год*G_10т/(D*с) = 90503*10706,54/(317*1060*10) = 288,36 м³

Выбираем рабочий объем аппарата:

V_раб = 12 м³

Тогда, общий объем аппарата:

V_апп = V_раб/ц = 12/0,8 = 15 м³ V_ст = 16 м³

Число операций, которое можно провести в 1 аппарате в течении суток:

в = 24/ Д = 24/0,75 = 48

Количество операций, которое необходимо совершить в сутки:

б = V_сут/ V_раб = 288,36/12 = 24,03

Число аппаратов на данной стадии:

N = б* ДZ)/24 = 24,03*0,75*(1+0,1)/24 = 0,82 (N = 1)

ТП 2 Расчет контактной головки КГ-15

Для пара 0,6 МПа и производств производительности 3000 дал спирта/сутки рекомендована [14]

Контактная головка:

Диаметр наружной трубы D_нар = 225 мм

Диаметр внутренней трубы D_внутр = 127 мм

Длина камеры L = 582 мм

Для разваривания массы острым паром в перфорированной внутренней трубе 260 отверстий диаметром D_отв = 5 мм

N = 2

ТП 2 (Расчет капельного смесителя КС9)

Суточный объем перерабатываемой смеси на данной стадии:



V_сут = G_год*G_10т/(D*с) = 90503*7987,60/(317*1000*10) = 288,04 м³

Выбираем рабочий объем аппарата:

V_раб = 0,8 м³

Тогда, общий объем аппарата:

V_апп = V_раб/ц = 0,8/0,8 = 1 м³ V_ст = 1 м³

Число операций, которое можно провести в 1 аппарате в течении суток:

в = 24/ Д = 24/0,05 = 480

Количество операций, которое необходимо совершить в сутки:

б = V_сут/ V_раб = 288,04/0,8 = 360,05

Число аппаратов на данной стадии:

N = б* ДZ)/24 = 360,05*0,05*(1+0,1)/24 = 0,83 (N = 1)

ТП 2 Роторно-пульсационный аппарат типа «S-эмульгатор» РПА11^*

^*по информации с сайта производителя компании ЗАО «Промышленные технологии»

Технические характеристики

Линейная производительность - до 16 м³/час. Тип гомогенизирующего узла: ротор-два статора. Материал гомогенизирующего узла - титан, пищевая нержавеющая сталь. Достигаемая дисперсность эмульсий - от 0,07 до 2 мкм. Потребляемая мощность:

· минимальная - 30 кВт

· максимальная -37 кВт

Габариты в комплекте с электродвигателем мощностью 37 КВт на общей раме -937 х 400 х 680 мм Масса с электродвигателем 37 кВт - 340 кг

Вспомогательное оборудование:

Бункер для хранения зерна Б1 -

V_сут = G_год*G_10т/(D*с) = 90503*2692,03/(317*790) = 97,28 м³

В бункерах делается запас зерна на одни сутки, каждый день пополняется из зернохранилища - Y= 1,

V_хран = V_cут*Y = 97,28*1/0,9 = 108,10 м³

N = 3 V_бун = 108,10/3 = 36,03 м³ V_бун.ст = 40 м³

Мерник серной кислоты М21

цилиндрический сварной V = 50 л

Мерник для раствора карбамида цилиндрический, сварной М22 V = 100 л

Мерники для комплексных ферментный препаратов - М12, М13, М18 V = 20 л

Насос для подачи сусла в контактную головку. Принимаем насос НБ-25, производительностью 25 м³/ч

Насос для подачи сусла в дрожжанку и бродильный чан. Принимаем насос НБ-50, производительностью 16 м³/ч

Теплообменник для охлаждения сусла принимаем кожухотрубный медный аппарат, поверхность теплообмена 135 м² [18]

4.2 Брагоректификационное отделение

ТП 1 Передаточный чан ПЧ-24:

Суточный объем перерабатываемой смеси на данной стадии:

V_сут = G_год*G_10т/(D*с*10) = 90503*10780,39/(317*1060*10) = 290,35 м³

Выбираем рабочий объем аппарата:

V_раб = 96 м³

Тогда, общий объем аппарата:

V_апп = V_раб/ц = 96/0,8 = 120 м³ V_ст = 120 м³

Число операций, которое можно провести в 1 аппарате в течении суток:

в = 24/ Д = 24/6 = 4

Количество операций, которое необходимо совершить в сутки:

б = V_сут/ V_раб = 290,35/96 = 3,02

Число аппаратов на данной стадии:

N = б* ДZ)/24 = 3,02*6*(1+0,1)/24 = 0,83 (N = 1)

Выбор колонных аппаратов

Согласно [14, 19] для спиртовых заводов, производительностью 2500-3000 дал спирта в сутки рекомендовано устанавливать следующие колонные аппараты:

ТП 5.1 Брагоэпюрационная колонна К25:

D = 1600 мм, с n=28 ситчатых тарелок,

Расстояние между тарелками h = 500 мм

Общая высота колонны



Н = (n-1)*h = 27*500 = 13500 мм = 13,5 м

ТП 5.2 Эпюрационная колонна - К28:

D = 1600 мм, с n=39 многоколпачковых тарелок,

Расстояние между тарелками h = 170 мм

Общая высота колонны

Н = (n-1)*h = 38*170 = 6460 мм = 6,46 м

Дефлегматор эпюрационной колонны - ДФ-29:

F_эп = 100 м², медный, типа «Труба в трубе».

ТП 5.3 Ректификационная колонна - К-35:

D = 1600 мм, с n=71 многоколпачковых тарелок,

Расстояние между тарелками h = 170 мм

Общая высота колонны

Н = (n-1)*h = 70*170 = 12070 мм = 12,07 м

Дефлегматор ректификационной колонны - ДФ-33:

F_рект = 200 м², медный, типа «Труба в трубе»

ТП 5.4 Разгонная колонна - К-31:

D = 800 мм, с n=30 многоколпачковых тарелок,

Расстояние между тарелками h = 170 мм

Общая высота колонны

Н = (n-1)*h = 29*200 = 4930 мм = 4,93 м

Дефлегматор разгонной колонны - ДФ-36:

F_разг = 31,5 м², медный, типа «Труба в трубе»

ТП 5.5 Сивушная колонна - К-44:

D = 700 мм, с n=57 многоколпачковых тарелок,

Расстояние между тарелками h = 170 мм

Общая высота колонны

Н = (n-1)*h = 56*170 = 9520 мм = 9,52 м

Дефлегматор сивушной колонны - ДФ-41:

F_сив = 20 м², медный, типа «Труба в трубе»

ТП 5.6 Колонна окончательной очистки - К-42:

D = 1600 мм, с n=30 многоколпачковых тарелок,

Расстояние между тарелками h = 170 мм

Общая высота колонны

Н = (n-1)*h = 30*170 = 5100 мм = 5,1 м

Дефлегматор колонны окончательной очистки - ДФ -45:

F = 100 м² медный, типа «Труба в трубе»

Конденсаторы колонн КР-27, КР-30, КР-34, КР-37, КР-42 и КР-46 принимаем одинаковыми кожухотрубными теплообменниками S=10 м², D=400 мм, H = 2550 мм:

Сборник спирта - СБ-40:

Суточная производительность по спирту

V_сут = G_cпирт* G_год/(D*с) = 1000*8650/(317*812) = 33,60 м³

Из сборника в хранилище спирт передается 1 раз в сутки

V_раб = 33,60 м³ V_сб = V_раб/ц = 33,60/0,9 = 37, 33 м³

Принимаем число сборников N=2 V_сб = 20 м³

Сборник фракции головной этилового спирта - СБ - 35:

Суточная производительность по фракции головной

V_сут = G_фр.гол* G_год/(D*с) = 1,03*8650/(317*783) = 0,036 м³

Из сборника в хранилище фракция головных примесей передается 1 раз в 10 сут, Y=10

V_раб = 0,036 м³ V_сб = V_раб*Y/ц = 0,036/0,9 = 0,399 м³ V_cб = 0,5 м³ = 500л

Сборник сивушных масел - СБ-44:

Суточная производительность по фракции сивушных масел

V_сут = G_сив* G_год/(D*с) = 3,60*8650/(317*815) = 0,12 м³

Из сборника в хранилище фракция головных примесей передается 1 раз в 10 сут, Y=10

V_раб = 0,036 м³ V_сб = V_раб*Y/ц = 0,12*10/0,9 = 1,34 м³ V_cб= 1,5 м³ = 1500л

4.3 Ведомость-спецификация оборудования

Таблица 4.2

Ведомость-спецификация оборудования

Наименование	Кол-во единиц	Материал рабочей зоны, способ защиты	Техническая характеристика
1	2	3	4
БЧ-22 Бродильный чан	9	Сталь Ст3	Сварной цилиндрический аппарат с коническим днищем, со змеевиком. Вместимость 120 м3. Загрузка, выгрузка насосом.
ДЖ-19 Дрожжанка	7	Сталь Х18Н10Т	Сварной цилиндрический аппарат с коническим днищем. Вместимость 15 м3. Загрузка и выгрузка насосом. Снабжена змеевиком, лопастной мешалкой. Габариты D=2425мм h=4620мм
О-17 Осахариватель	1	Сталь Х18Н10Т	Сварной цилиндрический аппарат с коническим днищем. Вместимость 16 м3. Загрузка самотеком, выгрузка насосом. Снабжен змеевиком для нагревания, мешалкой.
ХМФО-I Аппарат хемомеханоферментативной обработки	1	Сталь Ст3	Цилиндрический, сварной, с коническим днищем. Вместимость 15 м3. Загрузка норией, выгрузка насосом. Снабжен змеевиком, трехъярусной мешалкой с механическим приводом.
ХМФО-II Аппарат хемомеханоферментативной обработки	1	Сталь Ст3	Цилиндрический, сварной, с коническим днищем. Вместимость 15 м3. Загрузка норией, выгрузка насосом. Снабжен змеевиком, мешалкой типа «Миксер» дополнительно теплоизолирован.
СМ-16 Смеситель - выдерживатель	1	Сталь Ст3	Цилиндрический, сварной. Вместимость 15 м3. Загрузка насосом, выгрузка насосом. Снабжен рубашкой.
КГ-15 Контактная головка	1	Сталь Х18Н10Т	Цилиндрический, сварной. Диаметр наружной трубы Dнар = 225 мм Диаметр внутренней трубы Dвнутр = 127 мм Длинна камеры L = 582 мм Для разваривания массы острым паром в перфорированной внутренней трубе 260 отверстий диаметром Dотв = 5 мм Давление пара 0,6 МПа Загрузка и выгрузка насосом
РПА-11 Роторно-пульсационный аппарат пита «S-эмульгатор»	1	Сталь Х18Н10Т Титан	Линейная производительность - до 16 м3/час (по воде). Тип гомогенизирующего узла: ротор-два статора. Потребляемая мощность: · минимальная - 30 кВт · максимальная -37 кВт Габариты в комплекте с электродвигателем мощностью 37 КВт на общей раме -937 х 400 х 680 мм Масса с электродвигателем 37 кВт - 340 кг
КС-9 Капельный смеситель	1	Сталь Ст3	Цилиндрический, сварной. Вместимость 1 м3
ПЧ-24 Передаточный чан	1	Сталь Ст3	Цилиндрический сварной с коническим днищем. Вместимость 120 м3. Загрузка и выгрузка давлением.
К-25 Брагоэпюрационная колонна	1	Сталь Х18Н10Т	Ситчатая, непрерывного действия. Высота 14354 мм, Число тарелок - 28. Аппарат работает под атмосферным давлением. Нагревание - острый пар 0,6 МПа, охлаждение подогреватель бражки
К-28 Эпюрационная колонна	1	Сталь Х18Н10Т	Тарельчатая, непрерывного действия. Высота 8570 мм Число тарелок - 39 многоколпачковых тарелок. Аппарат работает под атмосферным давлением. Нагревание острый пар 0,6 МПа
К-31 Разгонная колонна	1	Сталь Х18Н10Т	Тарельчатая, непрерывного действия. Высота 6238 мм Число тарелок - 30 многоколпачковых тарелок. Аппарат работает под атмосферным давлением. Нагревание - глухой пар из кипятильника
К-35 Ректификационная колонна	1	Сталь Х18Н10Т	Тарельчатая, непрерывного действия. Высота 14898 мм Число тарелок - 71 многоколпачковых тарелок. Аппарат работает под атмосферным давлением. Нагревание - острый пар 0,6 МПа
К-39 Колонна окончательной очистки	1	Сталь Х18Н10Т	Тарельчатая, непрерывного действия. Высота 7003 мм Число тарелок - 30 многоколпачковых тарелок. Аппарат работает под атмосферным давлением. Нагревание - глухой пар из кипятильника
К-44 Сивушная колонна	1	Сталь Х18Н10Т	Тарельчатая, непрерывного действия. Высота 12960 мм Число тарелок - 57 многоколпачковых тарелок. Аппарат работает под атмосферным давлением. Нагревание - острый пар 0,6 МПа
ДФ-29 Дефлегматор эпюрационной колонны	1	Медь	Теплообменник «труба в трубе» L=3550 мм, S = 100 м2
ДФ-33 Дефлегматор разгонной колонны	1	Медь	Теплообменник «труба в трубе» L=3450 мм, S = 31,5 м2
ДФ-36 Дефлегматор ректификационной колонны	1	Медь	Теплообменник «труба в трубе» L=3624 мм, S = 200 м2
ДФ-41 Дефлегматор колонны окончательной очистки	1	Медь	Теплообменник «труба в трубе» L=3450 мм, S = 100 м2
ДФ-45 Дефлегматор сивушной колонны	1	Медь	Теплообменник «труба в трубе» L=3250 мм, S = 20 м2
КР-30 Конденсатор	6	Медь	Кожухотрубный теплообменник S=10 м2, D=400 мм, H = 2550 мм
Насос для подачи сусла	1	Сталь Ст3	Насос центробежный НБ-25 Производительность 25 м3/ч
Насос для подачи сусла	1	Сталь Ст3	Насос центробежный НБ-16 Производительность 16 м3/ч
Б-1 Бункер для зерна	3	Сталь Ст3	Цилиндрический, сварной с коническим днищем. Вместимость 40 м3
М-12 Мерник ферментного препарата «Дестамил»	1	Сталь Ст3	Мерник стальной, вместимость 20 л, с нижним сливом, мерным устройством. Выгрузка самотеком
М-18 Мерник ферментного препарата «Глюкогам»	1	Сталь Ст3	Мерник стальной, вместимость 20 л, с нижним сливом, мерным устройством. Выгрузка самотеком
М-13 Мерник ферментного препарата «Альфазим»	1	Сталь Ст3	Мерник стальной, вместимость 20 л, с нижним сливом, мерным устройством. Выгрузка самотеком
ТО-19 Теплообменник	1	Сталь Х18Н10Т	Кожухотрубный, S=135 м2
М-20 Мерник серной кислоты	1	Сталь Ст3	Мерник стальной, вместимость 50 л, с нижним сливом, мерным устройством. Выгрузка самотеком
М-21 Мерник раствора карбамида	1	Сталь Ст3	Мерник стальной, вместимость 100 л, с нижним сливом, мерным устройством. Выгрузка самотеком
СБ-37 Сборник фракции головной	1	Сталь Ст3	Сборник цилиндрический, сварной, горизонтальный, снабжен воздушкой с огнепреградителем Вместимость 0,5м3, загрузка и выгрузка давлением
СБ-42 Сборник спирта «Экстра»	1	Сталь Ст3	Сборник цилиндрический, сварной, горизонтальный, снабжен воздушкой с огнепреградителем Вместимость 20м3, загрузка и выгрузка давлением
СБ-46 Сборник сивушных масел	1	Сталь Ст3	Сборник цилиндрический, сварной, горизонтальный, снабжен воздушкой с огнепреградителем Вместимость 1,5м3, загрузка и выгрузка давлением

технологический экономический этиловый спирт



5. Тепловой расчет оборудования

5.1 Тепловой расчет бродильного чана БЧ-23

Уравнение теплового баланса имеет вид:

Q₁+ Q₂ + Q₃ = Q₄ + Q₅ + Q₆ (1)

или Q_прих.= Q_расх.,

где: Q₁ - тепло, поступающее с исходными реагентами при загрузке;

Q₂ - тепло, которое необходимо подвести к реакционной массе или отвести от нее для обеспечения заданного температурного режима процесса с помощью теплоносителя или хладагента;

Q₃ - тепловой эффект процесса;

Q₄ - тепло, уносимое с конечными продуктами;

Q₅ - тепло, затраченное на охлаждение или нагрев реактора и его отдельных частей*;

Q₆ - тепловые потери в окружающую среду.

* - считаем, что в помещении для бродильных чанков низкая температура, поэтому тепло, затрачиваемое на охлаждение самого аппарата не учитываем, Q₅=0.

При расчете теплового баланса осахаривателя принимаем во внимание следующие 4 процесса:

1. Одновременная загрузка охлажденного сусла из теплообменника и производственных дрожжей при температуре 40⁰С;

2. Охлаждение сусла до температуры 30⁰С;

3. Процесс брожения;

4. Выгрузка бражки



t,°С

ф

Рис 5.1 Температурный профиль процесса

Рассмотрим подробнее каждую ступень температурного режима процесса и преобразуем общее уравнение теплого баланса для каждого участка в отдельности [26]:

1 ступень: составления теплого баланса не требуется;

2 ступень: Q₁+ Q_{2 =} Q₄+ Q₆ (химического превращения нет Q₃=0);

3 ступень: Q₁'+ Q₂' + Q₃' = Q₄'+Q₆';

4 ступень: составления теплого баланса не требуется.

Определение статей теплового баланса реактора

Расчет второго участка стадии брожения (охлаждение реакционной смеси до 30°C).

1). Расчет теплосодержания смеси до и после охлаждения до 30°C(Q₁ и Q₄).

Расчет Q₁ и Q₄ производится по общей формуле:

Q_(1,4) = Gi*Ci*Ti (2),

где Gi - масса i -го вещества, кг/опер;

Сi - теплоемкость i -го компонента при данной температуре, кДж/кг*град;

Ti - температура i -го вещества, град.

а) Определение количеств загруженных в аппарат компонентов.

Общее количество загруженных веществ, подвергаемых охлаждению

Обобщим в таблице 5.1 данные по компонентному составу загруженной смеси

Таблица 5.1

Состав охлаждаемого сусла

Загружено
компонент	масса, кг/опер	мас. доля
сусло	91703,48	89,38%
дрожжи	10892,05	10,62%
итого:	102595,53	100%

б). Расчет удельных теплоемкостей компонентов раствора

Удельная теплоемкость сусла по регламентным данным равна: Сзам = 3,63 кДж/кг*К [1];

Удельная теплоемкость дрожжей Сдрож = 2,99 кДж/кг*К [1];

Удельная теплоемкость нагреваемого раствора рассчитывается по следующей формуле:

С _р-ра = C_сусла*щ _сусла+ C_др.*щ_др.[7] (3),

где C_сусла, C_др - удельные теплоемкости сусла и дрожжей соответственно, кДж/(кг*К);

щ _сусла,щ_др - массовые доли компонентов соответственно,%.

С _р-ра = (3,63*89,38+3,32*10,62)/100=3,41 кДж/(кг*К).

в). Расчет Q₁ и Q₄:

Q₁⁴⁰=102595,53*3,41*313=109503287 кДж,

Q₄³⁰=102595,53*3,41*303=106004800 кДж,

где t₁=40⁰С или T=273+40=313 К - температура загружаемых в реактор компонентов,

t₂=30⁰С или Т=303 К - температура раствора после охлаждения.

Q_4-1 = Q₄³⁰- Q₁⁴⁰ = Gi*Ci *(T₂-T₁) =

= 102595,53*3,41*(303-313)=-3498487 кДж

2) Расчет теплового эффекта процесса(Q₃)

На данном этапе в бродильном чане химических превращений не происходит, Q₃=0.

3) Расчет затрат тепла на нагрев аппарата и его отдельных частей (Q₅)

Так как идет процесс охлаждения, то дополнительного охлаждения частей аппарата не требуется, Q₅=0.

4) Расчет величины тепловых потерь в окружающую среду (Q₆) и необходимой толщины теплоизоляции.

Так как идет процесс охлаждения, теплоизоляции не требуется, поэтому за площадь теплоизоляции принимаем поверхность аппарата:

Fап=Fцил+Fдн.

Fцил= *Dап*Hцил=3,14*4,8*6,59=99,32 м²;

Fдн= *(R+r)*l=3,14*(0,35+2,4)*0,46=3,97 м²;

Fап= 99,32+3,97=103,3 м²;

Так как аппарат заполнен только на 80%, то площадь, через которую отводится тепло равна: Fап*0,8=103,3*0,8=82,64 м².

Q₆=k** Fап*(t₁-t_возд),где

k - общий коэффициент теплопередачи от реакционной массы к воздуху, Вт/м²*К;

k=1/_р.м+ д_ст/л_ст +1/_возд

где д_ст - толщина стенки аппарата, д_ст =0,008 м;

л_ст -коэффициент теплопроводности материала, из которого изготовлен реактор, (л_ст=46,5 Вт/(м*К) [7];

- продолжительность тепловой ступени процесса, с, =3600 с.

Так как содержание воды в реакционной массе 75%, то коэффициент теплоотдачи реакционной массы принимаем равной коэффициенту теплоотдачи воды:

б_р.м.= 3420 Вт/м²*К - коэффициент теплоотдачи от реакционной массы к стенке аппарата;

_возд=9,8+0,07*(tст-tвозд)=9,8+0,07*(303-296)=10,29 Вт/м²*К - коэффициент теплоотдачи от стенки аппарата к воздуху;

k=1/3420+0,008/46,5+1/10,29=0,1 Вт/м²*К.

Q₆=0,1*90*60*82,64*(313-296)=758635,2 кДж - такое количество теплоты отводится через стенку аппарата.

5) Расчет тепла, отводимого от системы на охлаждение реакционной массы и обеспечение заданного температурного режима(Q₂)

Q_{2 =} Q₄-Q₁- Q₆= Q₄³⁰- Q₁⁴⁰+ Q₆= -3498487 +758635,2 = -2739851,8 кДж

Тепловой расход теплоты за время охлаждения ф₂=60 мин.:

Q=Q₂/ф₂=2739851,8 /(90*60)= 507,4 кВт.

6) Расчет расхода хладагента

Охлаждение замеса происходит в реакторе периодического действия холодной водой, подаваемой в змеевик аппарата. Начальная температура холодной воды на входе в змеевик составляет 20⁰С, конечная температура на выходе из змеевика - 25⁰С.

Вследствие непостоянства конечной температуры холодной воды на выходе из змеевика расчет производят по формуле:

?tср^охл = (Т₁- Т₂)*((А-1)/(А*lnA))/ ln((T₁-t₁)/(T₂-t₁) (4),

А = (Т₂-t₁)/ (Т₂-t₂) (5),

где Т₁- начальная температура реакционной массы, Т₁=40°С;

Т₂ - конечная температура реакционной массы, Т₂=30°С;

t₁- начальная температура холодной воды, t₁=17°С,

t₂- конечная температура холодной воды, t₂=22°С.

А = (30-17)/(30-22)= 1,6.

?tср^охл = ((40-30)*0,6/(1,6* ln1,6))/ ln((40-17)/(30-17))=13,88 ⁰С

Расход жидкого хладагента определяют по формуле:

G_{хол.вод}=Q₂/с_хл*( t_2ср- t₁), кг

где t_2ср - средняя за процесс температура хладагента на выходе из охлаждающего устройства;

с_хл - удельная теплоемкость воды, с_хл =4,19 кДж/кг*К;

t_2ср= t₁+ ?tср^охл * lnA=17+13,88*0,49=23,74 ⁰С

необходимое количество холодной воды:

G_{хол.вод} = 2739851,8 /(4,19*(23,74-17))=97018,2 кг,

расход воды в кг/с за время нагревания ф=60 мин:

G_{хол.вод} = 97018,2 /(60*60)= 27 кг/с

7) Расчет поверхности теплообмена

Змеевик изготовлен из труб диаметром 50 мм dр=0,05 м,

Количество секций в змеевике m=25,

Длина одной секции l=2,5*3,14=7,85 м

Длина змеевика L=m*l=25*7,85=196,25 м

Поверхность теплообмена данного теплообменника

F_геом=L** dр=196,25*3,14*0,05=32 м²

8) Расчет коэффициент теплопередачи от реакционной массы к хладоносителю.

Прежде необходимо рассчитать коэффициент теплоотдачи от реакционной массы к стенке змеевика б_р.м.,

б_р.м.= 2340 Вт/м²*К [7]

К?=1/(1/б _р.м.+ ?r_ст) (6),

где б _р.м - коэффициенты теплоотдачи для реакционной массы, Вт/(м²*К);

?r_ст - сумма термических сопротивлений всех слоев, из которых состоит стенка, включая слои загрязнений, (м²*К)/Вт.

?r_ст = д_ст/л_ст + r_загр

где д_ст - толщина стенки змеевика, д_ст =0,002 м;

л_ст -коэффициент теплопроводности материала, из которого изготовлен змеевик, (л_ст=46,5 Вт/(м*К), [30]);

Для воды загрязненной ?r_ст =0,0007(м²*К)/Вт [7]