Переработка отходов производства пищевого спирта

sryirsresreryersres-sss.docx

Проект переработки отходов производства пищевого спирта

ryesssrrrr-ryisrrryes-1.docx

Этиловый спирт является важным основным или вспомогательным видом сырья потребляемым различными производствами. Пищевая промышленность - его главный потребитель. Спирт используют при изготовлении ликероводочных изделий в производстве уксуса пищевых ароматизаторов и парфюмерно-косметических изделий. В микробиологической и медицинской промышленности спирт необходим для получения витаминов препаратов и лекарств [1]. В химической промышленности из спирта вырабатывают эфиры хлороформ этилен альдегиды. Спирт применяется также как моторное топливо растворитель спиртовых лаков в производстве искусственной кожи небьющегося стекла и в некоторых других производствах [2].
Для получения спирта используется различное сырье: зерно картофель меласса. Данный процесс является весьма энерго- и ресурсоемким. В результате образуется большое количество отходов которое нуждается в утилизации. Решением проблемы является полное и рациональное использование отходов производства что к тому же снизит себестоимость спирта [3].
Целью проекта является разработка технологической схемы переработки отходов производства пищевого спирта.
Для достижения цели необходимо решить следующие задачи:
разработать технологическую схему переработки отходов производства пищевого спирта;
выполнить расчет материального баланса производства спирта из зерна;
рассчитать оборудование переработки отходов.
Этиловый спирт (С2Н5ОН) – это бесцветная жидкость с резким и жгучим вкусом. Химически чистый спирт имеет нейтральную реакцию (рН7). Пищевой спирт из-за присутствия органических кислот имеет слабокислую реакцию.
Пищевой спирт получают из углеводов растительного происхождения (зерна картофеля сахарной свеклы) и мелассы – отхода сахарного производства.
Производство спирта основано на ферментативном гидролизе крахмала и спиртовом сбраживании дрожжами образующихся сахаров. По окончании брожения получают жидкость – зрелую бражку с содержанием спирта 8 – 10 % об. из которой на брагоперегонных или брагоректификационных аппаратах получают спирт-сырец и после повторной перегонки – ректификованный спирт [4].
На спиртовом производстве помимо основного продукта – спирта образуются отходы: барда диоксид углерода сивушное масло ЭАФ и другие отходы. Пути рационального использования отходов спиртового производства иллюстрируется схемой на рисунке 1 [5].
Рисунок 1 – Отходы спиртового производства и пути их использования
Технологическая схема производства пищевого спирта и переработки отходов
1 Линия производства пищевого спирта [6]
Зерно поступает в бункер 1 затем направляют в воздушно-ситовой сепаратор 2 на котором отделяются примеси. Для улавливания металлопримесей зерно направляют в магнитный сепаратор 3 после чего через автоматические весы 4 зерно попадает в бункер 5. Для получения высокодисперсных и равномерных помолов зерно измельчается в две стадии. Первая стадия проводится на молотковой дробилке 6. При помощи нории 7 и винтового конвейера 8 полученный помол направляется на рассев 9 для разделения его на две фракции с различной крупностью частиц – более и менее 1 мм. Крупная фракция помола подается для повторного измельчения на вальцовый станок 11. Тонкоизмельченное зерно поступает в смеситель-предразварник 12 где оно смешивается с теплой водой. В смесителе поддерживается температура 50 – 55 °С. Из смесителя замес подается насосом 13 в подогреватель 14 нагревается вторичным паром и перекачивается в контактную головку 18 где острым паром нагревается до температуры разваривания после чего поступает в варочную колонну первой ступени разваривания 17 где выдерживается в течение 120 –150 минут. Готовый замес направляется в варочную колонну второй ступени разваривания 19 через контактную головку 18 подогревается до 80 – 95 С и выдерживается в непрерывном потоке при перемешивании в течение 30–40 мин. В паросепараторе 20 от разваренной массы отделяется вторичный пар который направляется на подогрев замеса.в процессе сепарирования выдерживается 25 – 30 минут при температуре 107 – 108 °С после чего разваренная подается на охлаждение в вакуум-испарительную камеру первой ступени 21 в которых с помощью барометрического конденсатора 22 и вакуум-насоса 23 поддерживается разряжение. Пар выделившийся в испарительной камере и поступивший в барометрический конденсатор охлаждается холодной водой. Конденсат пара вместе с водой сливается в барометрический сборник 24. Охлажденная масса поступает в осахариватель 26. Туда же подается осахаривающий материал из дозатора 25. Продолжительность осахаривания при температуре 56 – 59 °С составляет 10 – 15 минут. Осахаренная масса через ловушку 27 подается в испарительную камеру второй ступени 28 в которой с помощью барометрического конденсатора второй ступени 29 и вакуум-насоса 23 поддерживается разряжение что обеспечивает охлаждение сусла до 22 – 24 °С. Пар выделившийся в испарительной камере 28 охлаждается в конденсаторе холодной водой. Конденсат пара сливается в барометрический сборник.
Охлажденное сусло из продуктового сборника 30 перекачивается в бродильное отделение. Температура бродящей массы поддерживается в пределах 29–30 °С подачей холодной воды в змеевики бродильных чанов. Непрерывно-поточный способ сбраживания крахмалистого сырья осуществляется в батарее из 8–10 последовательно соединенных бродильных чанов. Из них – два головных 31 один передаточный 32 остальные 33 – бродильные. Продолжительность брожения – 60 ч. Залив потока производится в следующем порядке: в предварительно промытый и простерилизованный головной чан 31 передаются зрелые дрожжи в количестве 50–100 % к объему бродильного чана одновременно туда же начинается приток сусла. Содержимое первого головного чана насосом перекачивается во второй сюда же переводится приток сусла. Освободившийся чан промывается пропаривается охлаждается и вновь заполняется по вышеописанному режиму. При освобождении головных чанов вслед за ними поочередно освобождаются все чаны батареи так что новая порция сусла поступающая в головные чаны не смешивается с суслом ранее заполнившим батарею. Зрелая бражка из последнего бродильного чана 32 насосом перекачивается в передаточную емкость 33 откуда подается на брагоректификацию.
Работа брагоректификационной установки косвенно-прямоточного действия осуществляется следующим образом: зрелая бражка подается через подогреватель 34 в сепаратор 35 где от нее отделяется углекислый газ. Отсепарированная бражка подается в бражную колонну 37 где из нее извлекаются примеси этанола и отгоняется спирт. Образующаяся в кубовой части бражной колонны барда отводится из колонны. Водно-спиртовые пары бражной колонны конденсируются в подогревателе 34. Образующийся конденсат в конденсаторе 38 поступает на питающую тарелку эпюрационной колонны 39. Туда же подается конденсат паров бражки из сепаратора 35 образующийся в конденсаторе 36. В дефлегматоре эпюрационной колонны 40 отбирается спирт первого погона и направляется в конденсатор 38 а флегма направляется на верхнюю тарелку эпюрационной колонны 39. Водно-спиртовая смесь свободная от головных погонов из кубовой части эпюрационной колоны самотеком направляется в ректификационную колонну 41. В дефлегматоре 42 ректификационной колонны 41 отбираются головные фракции и через конденсатор направляются на орошение ректификационной колонны.
С верхней части ректификационной колонны отбирается ректификованный спирт. С нижних тарелок ректификационной колонны производится отбор паров сивушного масла. Из верхней части сивушной колонны водно-сивушные пары направляются через конденсатор на орошение ректификационной колонны.
Лютерная вода получаемая в кубовом остатке ректификационной и сивушной колонн идет на орошение эпюрационной колонны.
1 Линия производства кормовых дрожжей [1]
Послеспиртовая барда выходящая из бражной колонны подается на декантер 45 с отверстиями диаметром 05—07 мм для отделения дробины поступающей в сборник 46. Жидкая часть барды стекает в сборник 47 температура ее здесь равна 90—95°С.
Для охлаждения барда насосом подается на теплообменник 48. Охлажденная до 35°С барда непрерывно поступает в дрожжерастительный чан 49 сюда же одновременно непрерывно поступают дрожжи. Выращивание кормовых дрожжей в дрожжерастильном чане 49 происходит по непрерывному способу.
Для аэрации дрожжевой бражки в дрожжерастильном чане воздух подается воздуходувкой 50. После воздуходувки воздух проходит оросительную камеру 51 и ресивер 52.
Дрожжевая бражка из дрожжерастильного чана 49 поступает в пеногаситель 53 в котором происходит механическое пеногашение. Дрожжевая бражка проходит через сепаратор углекислоты 54 и с помощью насоса подается в напорный чан 55 и отсюда — на центрифугу 56. Отделяемая здесь фракция в виде массы концентрацией 25—30% поступает в сборник 57 а дрожжевое молоко — в сборник 58 из которого оно направляется на дрожжевые сепараторы 59 через ловушку 60.
Фугат после сепарации дрожжей поступает в сборник 61 а дрожжевое молоко направляется в сборник 62. Из сборника 62 дрожжевое молоко частично поступает в дрожжерастильный чан а основная масса его перетекает в сборник 57 и смешиваясь с массой поступающей с центрифуг образует жидкие дрожжи. Жидкие дрожжи из сборника 61 непрерывно поступают в барабанную сушилку 63. На сушилках дрожжи высушиваются до содержания влаги 10%. Сушеные дрожжи шнеком 64 подаются в бункер 65.
2 Линия переработки сивушного масла [6]
Промышленность освоена непрерывно действующая установка для получения высших спиртов из сивушного масла.
Вода присутствующая в товарном сивушном масле значительно осложняет разгонку из-за образования азеотропных смесей с компонентами сивушного масла. Сначала из сивушного масла отделяют этанол на этанольной колонне 66. В качестве кубового остатка образуется амиловый спирт который направляют в верхнюю часть обезвоживающей колонны 68. Затем смесь амилола и воды выводится через верх колонны как легколетучий компонент отделяется в дефлегматоре обезвоживающей колонны 69 и конденсируется в конденсаторе 70 направляется в отгонную колонну 72 из нижней части которой выводится вода а из верхней амилол который вновь направляется в этанольную колонну 66. Из нижней части обезвоживающей колонны 68 выводится смесь амилола бутанола и пропанола которая направляется в амилольную колонну 74. Из нижней части колонны выводят амилол а из верхней - смесь бутанола и пропанола которая направляется в бутанольно-пропанольную колонну 75 где происходит окончательное разделение спиртов на бутанол и пропанол.
3 Линия производства сжиженного СО2 [6]
Газообразный СО2 выделенный в бродильных чанах поступает в спиртоловушку 77 где освобождается от паров спирта и других примесей. Затем газ направляется в промывную колонку 78 и орошается 06 % раствором КMnO4 который подается из бака промывной колонки 79. После окончательной очистки CO2 поступает в центробежный водоотделитель 80 и направляется в фреоновый фильтр 81 где полностью очищается от паров воды. Сухой диоксид углерода из фильтра поступает в первую ступень сжатия трехступенчатого поршневого компрессора 82. После первой ступени сжатый газ подается в теплообменник 83 затем в масловлагоотделитель 84 и поступает во вторую ступень компрессора 83. Те же операции осуществляются во второй и третьей ступенях. Сжатый диоксид углерода направляется в фильтр с активным углем 85 где он очищается от масла далее в фильтр с силикагелем 86 – от влаги. Очищенный и осушенный СО2 сжижается в охладителе-конденсаторе 87 после чего жидкий СО2 поступает в накопитель жидкого СО2 88.
Расчет материального баланса производства спирта из зерна [7]
1 Расчет продуктов при выработке спирта из крахмалсодержащего сырья
Для получения спирта используется пшеница физико-химические показатели которой приведены в таблице 1.
Таблица 1 – Исходные данные для расчета материального баланса
Производительность завода далсутки
Содержание зерновой примеси %
Содержание сорной примеси %
Выход спирта из 1 т. условного крахмала пшеницы дал.
Натуральная масса гл
При выполнении продуктового расчета необходимо учитывать потери и отходы сырья указанные в таблице 2.
Таблица 2 – Отходы и потери в производстве
при хранении зерна в элеваторе
Потери крахмала при измельчении зерна %
Потери при брожении % :
на синтез биомассы дрожжей
на образование глицерина
Дозы внесения ферментных препаратов выбираютя на основании рекомендаций фирмы-производителя. Для технологических расчетов использовались ферментные препараты фирмы ERBSLOH. Характеристика ферментных препаратов применяемых для гидролиза компонентов зернового сырья приведена в таблице 3.
Таблица 3 Характеристика ферментных препаратов
Рекомендуемая дозировка едг крахмала
Гидролиз ксилана и -глюкана
Дистицим Протацид Экстра
Для получения 100 дал спирта расходуется:
m0=100663 = 15083 кг условного крахмала пшеницы
Потери крахмала при измельчении составляют 03 % от содержания его в сырье. Следовательно количество условного крахмала содержащегося в очищенном зерне и поступающего на измельчение должно составлять:
m1 = 15083100(100-03) = 15128 кг условного крахмала.
Расход пшеницы на разваривание при крахмалистости пшеницы равной 52 % составляет:
m2 = 1512810052 = 29092 кг измельченной пшеницы.
В процессе очистки зерна отходит 15 % сорной и 25 % зерновой примеси; количество зерна поступающего на очистку составит:
m3 = 29092100(100-4) = 30304 кг неочищенной пшеницы.
При влажности зерна 145 % количество сухих веществ в пшенице составит:
m4 = 30304(100 – 145)100 = 2591 кг сухих веществ.
Потери зерна при хранении зерна в элеваторе составляют 007 %; следовательно количество зерна подаваемого на хранение составит:
m5 = 30304100(100 – 007) = 30518 кг неочищенной пшеницы.
Потери зерна при разгрузке составляют 02 %; следовательно количество товарного зерна поступающего на завод составит:
m6 = 30518100(100-02) = 30579 кг товарной пшеницы.
Расход теплой воды поступающей на приготовление замеса в смеситель при учете соотношении зерна и воды 1:25 составляет:
m7 = 2909225 = 7273 кг воды.
Доза внесения ферментного препарата Дистицим БА-Т для разжижения замеса в смеситель составляет 05 ед. АС на 1 г крахмала согласно таблице 3. Для разжижения 15083 кг условного крахмала необходимо:
Dф1 = 1508310305 = 7541103 ед. АС.
В 1 мл ферментного препарата Дистицим БА-Т содержится 1600 ед.АС. Для внесения 7541103 ед. АС необходимо:
Vф1 = 75411031600 = 4713 мл.
При удельной плотности препарата ρ = 123 гсм3 масса ферментного препарата составит:
Mф1 = 4713123 = 580 г = 058 кг.
Препарат предварительно разводят водой до объема:
Доза внесения ферментного препарата Дистицим GL для гидролиза некрахмалистых полисахаридов в смеситель составляет 004 ед. КС на 1 г сырья согласно таблице 3. Если в сутки перерабатывается 15083 кг сырья то для гидролиза некрахмалистых полисахаридов количество единиц активности ферментного препарата Дистицим GL составит:
Dф2 = 15083 103004 = 6033103 ед. КС.
В 1 мл ферментного препарата Дистицим GL содержится 700 ед. КС. Для внесения 6033103 ед. КС необходимо:
Vф2 = 6033103700 = 86 мл.
При удельной плотности ферментного препарата ρ = 121 гсм3 масса ферментного препарата составит:
Mф2 = 86121 = 104 г = 01 кг.
Препарат предварительно разводят водой до объма
Общее количество замеса составит:
Mз0 = 7273 +29092 + 058 + 01 = 10183 кг.
Содержание сухих веществ в замесе составит:
Wсух. в-в = 259110183 = 025 = 25 %.
Теплоемкость замеса:
Сзам = Ссв025 + Своды 075 = 15025 + 42075 = 0366 + 318 =
где Ссв – теплоемкость зерна;
Своды – теплоемкость воды.
Расход острого пара давлением 006 МПа на прогрев замеса в контактной головке от температуры 50 до 70 °С составляет:
mпара1 = 10183353(70 – 50)104(27629 - 5682) = 3407 кг
где 70 – температура замеса для разжижения замеса °С;
– температура замеса в смесителе °С;
4 – коэффициент учитывающий потери тепла;
629 – теплосодержание пара при 006 МПа кДжкг;
82 – теплосодержание конденсата пара при 006 МПа кДжкг.
Количество разжиженного замеса выходящего из контактной головки для разваривания в аппарате ферментативной обработки первой ступени:
Mз1 = Mз0 + mпара1 = 10183 + 3407 = 105237 кг.
Расход острого пара давлением 006 МПа на нагрев замеса в первой емкости для разжижения от температуры 70 до 90 °С составляет:
mпара2 = 105237353(90 – 70)104(27629 - 5682) = 3521 кг.
Количество подваренного замеса выходящего из первой емкости для разжижения:
Mз2 = Mз1 + mпара2 = 105237 + 3521 = 108758 кг.
Количество вторичного пара образующегося в испарительной камере I ступени при перепаде температуры с 90 до 63 °С составит:
Mвтор.пара = 108758353(90 – 63)(27629 – 35363) = 408 кг
где 90 – температура разваренной массы выходящей из емкости для разжижения °С;
– температура массы в испарительной камере °С;
584 – теплота парообразования при 63 °С кДжкг;
3 – теплоемкость массы кДж(кг К).
Доза внесения ферментного препарата Дистицим Протацид Экстра для гидролиза белков согласно таблице 3 составляет 002 ед. ПС на 1 г сырья; если в сутки перерабатывается 15083 кг условного крахмала то количество единиц активности ферментного препарата Дистицим Протацид Экстра составит:
Dф3 = 15083103002 = 3017103 ед. ПС.
В 1 мл ферментного препарата Дистицим Протацид Экстра содержится 320 ед.ПС. Для внесения 3017103 ед. ПС необходимо:
Vф3 = 3017103320 = 943 мл.
При удельной плотности препарата ρ = 117 гсм3 масса ферментного препарата составит:
Mф3 = 943117 = 1103 г = 011 кг.
Препарат предварительно разводят водой до объема:
Доза внесения ферментного препарата Дистицим АГ для осахаривания гидролизата согласно таблице 3 составляет 65 ед. ГлС на 1 г крахмала. Для осахаривания 15083 кг количество единиц активности ферментного препарата Дистицим АГ составит:
Dф4 = 1508310365 = 9804 ед. ГлС.
В 1 мл ферментного препарата Дистицим АГ содержится 6500 ед. ГлС. Для внесения 9804103 ед. ГлС необходимо:
Vф4 = 98041036500 = 1508 мл.
При удельной плотности препарата ρ = 114 гсм3 масса ферментного препарата составит:
Mф4 = 1141508 = 1719 г = 17 кг.
Всего в осахариватель поступит разваренной массы и ферментных препаратов:
Mз3 = Mз2 + Mф3 + Mф4 = 108758 + 011 + 17 = 108776 кг.
Количество крахмала в продуктовый сборник вводится с разваренной массой (с учетом потерь при разваривании 15 % введенного крахмала):
m8 = 15083(1 – 0015) = 14857 кг.
Общие потери с нерастворенным крахмалом составляют 10 % от введенного. Следовательно количество нерастворенного крахмала составит:
m9 = 14857001 = 1485 кг.
Количество крахмала находящегося в растворенном состоянии:
m10 = 14857 – 1485 = 147085 кг.
Содержание глюкозы и декстринов в фильтрате сусла принимаем в отношении 1:1 тогда количество глюкозы составит:
Г = 147085051111 = 81706 кг.
где 1111– коэффициент учитывающий образование глюкозы из крахмала;
Д = 14708505 = 73542 кг.
В сусле содержится несбраживаемых веществ:
m11 = m4 – m10 = 2591 – 147085 = 112015 кг.
Принимаем что 50 % общего количества несбраживаемых веществ переходит в растворимое состояние при разваривании и осахаривании. Тогда количество растворимых несбраживаемых веществ в фильтрате составит:
m12 = 11201505 = 5601 кг.
Общая масса несбраживаемых веществ в дробине сусла (с учетом несбраживаемых веществ получаемых при разваривании) составит:
m13 = m12 + m9 = 5601 + 1485 = 57495 кг.
Общая масса сухих веществ в сусле:
m14 = m12 + Г = 5601 + 81706 = 137716 кг;
в дробине: 57495 кг.
Всего в нефильтрованном сусле содержится сухих веществ:
m15 = m14 + m13 = 137716 + 57495 = 195211 кг.
Общее количество сусла при условии что в сусле 177 % сухих веществ составит:
m16 = 195211100177 = 1102825 кг.
Общее содержание воды в сусле составляет:
m17 = m16 - m15 = 1102825 - 195211 = 907614 кг.
В бродильное отделение поступают сусло из продуктового сборника в количестве 1102825 кг и зрелые дрожжи в количестве 515 кг.
Всего в бродильное отделение поступит сусла и зрелых дрожжей с промывными водами:
m17 = 1102825 + 515 + 11028250005 + 5150025 = 1161127 кг
где 05 % – количество промывных вод для сусла; 25 % – количество промывных вод для дрожжей.
При брожении сусла выделяется диоксида углерода:
mСО2 = 789270955 = 75375 кг
где 78927 – масса 100 дал безводного спирта кг;
55 – выход диоксида углерода по отношению к безводному спиртукгкг.
Масса зрелой бражки составит:
61127 – 75375 = 1085752 кг.
Объем зрелой бражки при плотности 100993 составит:
Vб = 1085752100993 = 1075076 л
Принимаем что потери спирта при перегонке составляют 02 %. С учетом этого на перегонку должно поступить 1002 дал или:
mспирта = 100278927 = 7908 кг безводного спирта.
Содержание спирта в зрелой бражке составит:
Сспирта = 100210010 1075076 = 932 % об.
Всего в брагоректификационное отделение поступит бражки с учетом разбавления ее водой при ополаскивании освободившихся чанов
mб1 = 1075076 + 10750760005 = 108045 кг
где 05 % – количество промывных вод при ополаскивании % объему бражки.
2 Расчет продуктов брагоректификации
Для расчета принимаем бражку с содержанием в ней спирта 85 % об. (68 % по массе). Начальная температура бражки 28 С. Температуру бражки на входе в бражную колонну принимаем равной 75 °С. Концентрация сухих веществ в зрелой бражке составляет 10 % по массе. Концентрацию сухих веществ в барде принимаем равной 8 % по массе. Теплоемкость бражки См и барды Сб вычисленная по уравнениям Г.М. Знаменского составляет:
См = (102 – 0009510) 4187 = 385 кДж(кгК);
Сб = (102 – 000388) 4187 = 406 кДж(кгК).
Состав и выход полупродуктов и продуктов ректификации принятые для расчета приведены в таблице 4.
Таблица 4 - Состав и выход полупродуктов и продуктов ректификации
Продукты и полупродукты ректификации спирта
Спирт ректификованный
Непастеризованный спирт
Продолжение таблицы 4
Дистиллят паров сивушного масла
Потери спирта в ректификационной колонне
Количество безводного спирта в бражке:
Mc = 10010078927 = 7893 кг.
Масса бражки по спирту:
Mб = 789310068 = 1160609 кг.
Масса бражки с учетом содержания в ней сухих веществ:
Mб1 = 11606911 = 127676 кг.
Температура кипения бражки при содержании в ней спирта 68 % по массе равна 934 °С. Для доведения 100 кг бражки до кипения потребуется тепла:
Q = 100(934 – 75)385 = 7094 кДж
где 385 – теплоемкость бражки кДж(кг К).
Согласно диаграмме Е.Ф. Четверикова данной величине нагрева бражки соответствует концентрация спирта на тарелке питания равная 83 % по массе (Приложение В). При крепости бражки на тарелке питания 83 % по массе содержание спирта в паровом потоке поступающем в подогреватель бражки составляет 483 % мас.
Принимаем что бражная колонна работает с коэффициентом избытка пара равным 11. Количество спиртово-водных паров поступающих в подогреватель бражки составляет:
Mпаров = 7893100(48311) = 14856 кг.
Примем что потери спирта в бражной колонне составляют 05 %. Тогда количество бражного дистиллята составит:
Mдистиллята = 17876 - 789305100 = 17936 кг.
Выход барды составляет 010 м3 на 1 дал спирта или 10 м3 на 100 дал спирта.
Эпюрационная колонна
Расход пара на эпюрацию спирта принимаем равным 10 кгдал. В колонну поступают бражный дистиллят в количестве 17936 кг; непастеризованный спирт из ректификационной колонны 118 кг. Примем что потери в эпюрационной колонне составляют 05%. Количество безводного спирта поступающего в колонну составляет:
M1 = 7893 - (789305)100 = 7853 кг
V1 = 7533078927 = 95443 л
Расход пара в колонне составляет:
M2 = 95410 = 954 кг.
Из колонны отбирается головная фракция в количестве 213 кг. Количество эпюрата составляет:
M3 = 17936 + 994 - 213 = 27663 кг.
Количество спирта перешедшее с эпюратом в ректификационную колонну:
M4 = 7853 - 197 = 7656 кг.
Концентрация спирта в эпюрате:
C = 765627663100=2767 % по масс.
Ректификационная колонна
В колонну поступает эпюрат в количестве 27663 кг и греющий пар.
Из колонны согласно таблице 4 отбираются спирт ректификованный 8084 кг сивушный спирт 144 кг непастеризованный спирт 122 кг дистиллят паров сивушного масла 556 кг. Потери спирта в ректификационной колонне составляют 22 кг. Количество лютерной воды составляет:
M5 = 27663 - (8084 + 122 + 144 + 556 + 22) = 18735 кг.
Таблица 5- Материальный баланс производства спирта из зерна
Ректификованный спирт
Дистиллят паров сивушного масла
Непастеризованный спирт
Вода после заполаскивания чанов
Пар в эпюрационную колонну
Выбор и характеристика оборудования переработки отходов
1 Барабанная сушилка для сушки дрожжей [8]
Рисунок 3 – Барабанная сушилка
Данные сушилки широко применяются для непрерывной сушки при атмосферном давлении.
Приведенная на рисунке барабанная сушилка имеет цилиндрический барабан 1 установленный с небольшим наклоном (1—4°) в сторону выгрузки продукта и опирающийся с помощью бандажей 2 на ролики 3. Барабан приводится во вращение электродвигателем через зубчатую передачу 4 и редуктор. Число оборотов барабана обычно не превышает 5 – 8минс. Положение барабана в осевом направлении фиксируется упорными роликами 5. Дрожжи подаются в барабан питателем 6 предварительно подсушивается перемешиваясь лопастями 7 насадки а затем поступает на внутреннюю насадку расположенную вдоль всей длины барабана. Высушенные дрожжи удаляятся через камеру 8.
2 Дрожжевой сепаратор [9]
Рисунок 4 – Схема дрожжевого сепаратора
Дрожжевой сепаратор состоит из барабана с коническими тарелками через отверстия которых дрожжевая суспензия поступает в межтарелочные пространства. Под действием центробежной силы легкая фракция (бражка) стремится к центру вращения а тяжелая (дрожжевое молоко) – к периферии барабана. Сгущенный концентрат выводится из барабана через мундштуки в сборник дрожжевого концентрата. Отсепарированная бражка пройдя через пакет тарелок поднимается вдоль наружной поверхности тарелкодержателя и попадает в камеру из которой выводится напорным диском.
Расчет барабанной сушилки [10]
Принимаем температуру окружающего воздуха = 15 °С с относительной влажностью = 80 % давление в сушилке атмосферное Р = Па.
Таблица 6 - Исходные данные для расчета
Производительность сушилки по высушенному материалу Gк кгч
Начальная влажность дрожжей wн %
Конечная влажность дрожжей wн %
Температура сушильного агента на входе в барабан tн °С
Температура сушильного агента на выходе из барабана tк °С
Коэффициент заполнения барабана
Температура материала на входе в сушилку ºС
Объемное напряжение по влаге А кг(м3
1 Расход сушильного реагента
Из уравнения материального баланса сушилки определим расход влаги W удаляемой из высушиваемого материала:
W = Gк(wн – wк)(100 – wк); (1)
W = 150(15 – 01)(100 – 15) = 2629 кгч.
Запишем уравнение внутреннего теплового баланса сушилки:
= с +qдоп. – (qт + qм + qп) (2)
где - разность между удельным приходом и расходом тепла в сушильной камере;
с – теплоемкость влаги во влажном материале при температуре кДж(кгК);
qдоп. – удельный дополнительный подвод тепла в сушильную камерукДжкг влаги; при работе сушилки по нормальному сушильному варианту qдоп. = 0;
qт – удельный подвод тепла в сушилку с транспортными средствамикДжкг влаги;
qм – удельный подвод тепла в сушильный барабан с высушиваемым материалом кДжкг влаги;
qп – удельные потери тепла в окружающую среду кДжкг влаги. Примем потери теплоты в количестве 0.07.
где cм – теплоемкость высушенного материала равная 0664 кДж(кгК);
– температура высушенного материала на выходе из сушилки равная 45 °С.
qм = 1500664(45 - 20)2629 = 9471 кДжкг влаги.
Запишем уравнение рабочей линии сушки:
= I – I1(x – x1) (4)
I = I1 + (x – x1) (5)
По диаграмме Рамзина (Приложение В) определяем по принятым значениям температуры воздуха и влажности параметры состояния воздуха перед калорифером:
= 0009 – влагосодержание наружного воздуха кгкг;
= 30 – энтальпия наружного воздуха кДжкг.
В калорифере повышение теплосодержания происходит без изменения влагосодержания поэтому значения воздуха на входе в сушилку определяется по рисунку Приложения В. При = 200 ºС и = 0009 кгкг и равно = 230 кДжкг.
В теоретической сушилке при = 230 кДжкг процесс сушки шел бы по линии постоянной энтальпии ВС1 обозначенной на рисунке ПриложенияВ и удельная теплота равнялась бы:
= (230 - 30)(0055 – 0009) = 43103Джкг
где = 0059 – влагосодержание воздуха в точке С1 кгкг.
В действительной сушилке конечное влагосодержание воздуха (в точке С) будет меньше . Задаваясь произвольным значением х меньшим находим I.
Примем потери теплоты в количестве 007 т.е:
= 00743103 = 301 кДжкг.
Будем считать = 0 тогда разность расходуемой удельной теплоты в действительной и теоретической сушилках будет определяться по формуле:
q = 9471 + 301 + 0 – 41920 = 31191 Джкг.
Зададимся произвольным значением х = 002 кгкг и найдем:
I = 230 – 724(002 - 0011) = 212 кДжкг.
Проведя через точки В и D ( = 002 ; = 212 кДжкг) прямую линию до пересечения с изотермой = 80 ºС получим точку С для которой влагосодержание = 0.038 кгкг.
2 Расчет массообмена
Определим расход сухого воздуха в сушилке согласно уравнению:
= 2629(0038 - 0009) = 9065 кгч = 0252 мс.
Расход влажного воздуха на выходе из сушилки:
где определяется по формуле:
Тогда количество влажного воздуха
Примем скорость газов на выходе из сушилки = 2 мс при > 2 и = 1200 кг. Тогда внутренний диаметр сушильного барабана можно рассчитать по формуле:
Наружный диаметр с учетом футеровки = 015 м:
= 0517+2015 = 0817 м.
где - объем барабана определяющийся по формуле:
Тогда длина барабана сушилки будет равна:
L = 4243(314) = 4637 м.
Согласно ГОСТ 11875-88 окончательно принимаем барабанную сушилку типа БН с размерами =1000 мм L =6000 мм.
Расчет дрожжевого сепаратора [11]
Таблица 7 - Исходные данные для расчета
Диаметр взвешенных частиц (дрожжевых клеток) dч м
Частота вращения барабана nбар. с-1
Средний радиус пакета тарелок барабана Rср. м
Максимальный радиус тарелки Rmax
Минимальный радиус тарелки Rmin
Коэффициент динамической вязкости дрожжевой суспензии Пас
Плотность дрожжевых клеток ρч кгм3
Плотность бражки ρбр кгм3
Эксцентриситет центра тяжести е м
Технологический КПД сепаратора
Число тарелок в барабане
Угол наклона образующей тарелки αº
Диаметр вала сепаратора dвал. м
Модуль упругости металла Е Па
Расстояние от верхнего подшипника до центра тяжести l1 м
Расстояние между верхним и нижним подшипниками l2 м
Масса барабана mбар. кг
Скорость выделения дрожжевых клеток в барабане дрожжевого сепаратора определяется уравнением Стокса:
= (710-6)2431421002015(1100-1000)(180001) = 0016 мс
При вращении барабана дрожжевого сепаратора возникают значительные центробежные силы которые необходимо учитывать. Из-за неточности изготовления центр тяжести барабана находится на некотором расстоянии от оси вращения. Центробежная сила возникающая в результате смещения тяжести барабана будет равна:
Fц = 43142100200001170 = 670453 Н.
Момент инерции сечения вала:
I = 314006464 = 63610-7 м4.
Критическая угловая скорость вращения барабана сепаратора подшипник которого имеет пружинный амортизатор:
где k – коэффициент деформации Нм; определяется по формуле:
k = 322101163610-7(032(03 + 036)) = 707105 Нм.
wкр. = [036(03 + 036](707105170)-2 = 111 с-1.
Производительность дрожжевого сепаратора-разделителя:
Q = 1650006100267tg55(0243 – 0063)(710-6)2(1100 – 1000)0001 =000063 м3с = 227 м3ч.
По вычисленной производительности выбираем сепаратор марки СОС-501К-01.
Решением проблемы рационального использования вторичных материальных ресурсов в спиртовой промышленности является применение методов комплексной переработки отходов. Это создает предпосылки для перехода спиртовых заводов на малоотходное производство при котором создается возможность для оздоровления окружающей среды.
В ходе работы были выполнены расчеты барабанной сушилки и дрожжевого сепаратора; произведен расчет материального баланса производства спирта из зерна; разработана технологическая схема переработки отходов производства пищевого спирта.
БРУ - брагоректификационная установка
ЭАК – эфироальдегидный концентрат
ЭАФ - эфироальдегидная фракция
Библиографический список
Технология спирта [Текст] В. Л. Яровенко В. А. Маринченко В. А Смирнов [и др.]. – М.: Колос 2002. – 464 с.
Справочник работника спиртовой промышленности [Текст] П. В. Рудницкий А. Д. Коваленко З. А. Раев [и др.]. – Киев: Техника 1972. – 384с.
Ресурсосберегающая технология в производстве спирта [Текст]: справочное пособие под ред. Н. С. Терновского – М.: Пищевая промышленность 1994. – 168 с.
Оноприйко А. В. Пищевой спирт: получение очистка и использование [Текст]: учебное пособие А. В. Оноприйко В. А. Оноприйко Н. А. Рябченко. – Ставрополь: Изд-во СевавГТУ 2001. – 68 с.
Лебедев Е. И. Комплексное использование сырья пищевой промышленности [Текст] Е. И. Лебедев. – М.: - Легкая и пищевая промышленность 1982. – 236 с.
Справочник по производству спирта. Сырье технология и технохимконтроль [Текст] В. Л. Яровенко Б. А. Устинников Ю. П. Богданов [и др.] – М.: - Легкая и пищевая промышленность 1981. – 336 с.
Баракова Н.В. Технологические расчеты при производстве спирта и крепких алкогольных напитков [Текст]: учеб.-метод. пособие. – СПб.: Университет ИТМО 2015. – 94 с.
Касаткин А.Г Основные процессы и аппараты химической технологии [Текст]: учебник для вузов. – М.: Альянс 2004. – 753 с.
Тимонин А. С. Основы конструирования и расчета химико-технологического и природоохранного оборудования [Текст]: справочник. Т.2. Калуга: Изд-во Н. Бочкаревой 2002. 1028 с.
Процессы аппараты химической технологии [Текст]: пособие по проектированию под ред. Ю. И. Дытнерского – М.: Химия 1991. – 496 с.
Кректов И. Т. Инженерные расчеты технологического оборудования предприятий бродильной промышленности [Текст]: учебное пособие И. Т. Кретов С. Т. Антипов С. В. Шахов. – М.: Колос 2004. – 391с.
Рисунок 5 - Номограмма зависимости содержания спирта на питающей тарелке от температуры бражки (по Четверикову Е.Ф.)
Рисунок 6 - Диаграмма Рамзина
Рисунок 7 - Схема реального процесса сушки

srssrrre.dwg

Технологическая схема производства пищевого спирта из зерна и переработки отходов
Кафедра ППЭ Группа РСП-41
Условное обозначение
Наименование среды в трубопроводе
Осахаривающий материал
Водно-спиртовые пары
Барометрическая вода
Водно-спиртовая смесь
Ректификованный спирт
Смесь амилола и воды
Смесь бутанола и пропанола
Сжатый углекислый газ
Жидкий углекислый газ

srrrsrrrrer.docx

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«Вятский государственный университет»
Кафедра промышленной и прикладной экологии
ЗАДАНИЕ ДЛЯ КУРСОВОГО ПРОЕКТА
по дисциплине «Технология защиты биосферы»
Тема: Проект переработки отходов производства пищевого спирта
Студент Ершова А.Л. группы РСП-41
Исходные данные: производство пищевого спирта
Пояснительная записка (20-30 листов ф. А4):
1 Технологическая схема производства пищевого спирта и переработки отходов
2 Расчет материального баланса производства спирта из зерна
3 Выбор и характеристика оборудования переработки отходов
4 Расчет барабанной сушилки
5 Расчет дрожжевого сепаратора
Технологическая схема производства пищевого спирта и переработки отходов
1 Линия производства пищевого спирта
2 Линия производства кормовых дрожжей
3 Линия производства сжиженного СО2
Расчет материального баланса производства спирта из зерна
1 Расчет продуктов при выработке спирта из крахмалсодержащего сырья
2 Расчет продуктов брагоректификации
Выбор и характеристика оборудования переработки отходов
1 Барабанная сушилка для сушки дрожжей
2 Дрожжевой сепаратор
Расчет барабанной сушилки
1 Расход сушильного реагента
2 Расчет массообмена
Расчет дрожжевого сепаратора
Приложение А (справочное) Список сокращений
Приложение Б (справочное) Библиографический список

rssrerryer.dwg