Співвідношення потоків пари й рідини та визначення

НЕОБХІДНОГО ЧИСЛА ТАРІЛОК У КОЛОНІ Співвідношення між кількістю зрошуючої рідини й пари, а також кількістю

тарілок у колоні - основні її параметри, що визначають задане розділення суміші. Користуючись кривою фазової рівноваги і робочою лінією, можна графічно визна­чити число теоретичних тарілок, які необхідні для розділення суміші в заданих межах зміни концентрацій.

Розглянемо спочатку графічне зображення дії теоретичної тарілки на діаграмі X- Y (рис. 10.10, а). Припустимо, що ділянка колони, яка обмежена перерізами І і II, відповідає одній теоретичній тарілці. Концентрація фаз на одній тарілці зміню­ється від робочого стану на вході до рівноважного (позначимо останній індексом співвідношення потоків пари й рідини та визначення - student2.ru на виході. Паровий потік вступає у контакт при робочій концентрації співвідношення потоків пари й рідини та визначення - student2.ru а рідинний - відповідно при співвідношення потоків пари й рідини та визначення - student2.ru У результаті масообміну на тарілці концентрація парового потоку збільшиться до співвідношення потоків пари й рідини та визначення - student2.ru а рідинного відповідно зменшиться до співвідношення потоків пари й рідини та визначення - student2.ru

співвідношення потоків пари й рідини та визначення - student2.ru

Рис. 10.10 Графічне зображення теоретичної тарілки


Уявимо, що концентрація легколеткого компонента в рідині й парі у перерізі і характеризується точкою А на діаграмі X - Y (рис. 10.10, б). Внаслідок проходжен-


співвідношення потоків пари й рідини та визначення - student2.ru


ня через теоретичну тарілку пара повинна досягти рівноважного стану співвідношення потоків пари й рідини та визначення - student2.ru (точ-

ка В) з рідиною, що має концентрацію співвідношення потоків пари й рідини та визначення - student2.ru Зміна складу парової та рідинної фаз по ЛЛК визначиться за рівнянням матеріального балансу


співвідношення потоків пари й рідини та визначення - student2.ru

співвідношення потоків пари й рідини та визначення - student2.ru

співвідношення потоків пари й рідини та визначення - student2.ru

або звідки

співвідношення потоків пари й рідини та визначення - student2.ru (10.18)

Відклавши значення АХ по осі абсцис, знаходимо розташування на ній співвідношення потоків пари й рідини та визначення - student2.ru Перетин перпендикулярів, проведених до відповідних осей з точок співвідношення потоків пари й рідини та визначення - student2.ru дає

точку С, яка характеризує склад рідини у перерізі II.

Точки А І С характеризують робочі концентрації пари й рідини відповідно у перерізах І і II. З рівняння (10.17) виходить, що співвідношення потоків пари й рідини та визначення - student2.ru тобто відношення

зміни концентрацій обернено пропорційне відношенню значень потоків. Зробивши аналогічні й послідовні побудови для суміжних тарілок, розташованих вище та нижче розглянутої, легко показати, що пряма, яка проходить через точки А і С, є робочою лінією процесу ректифікації. Прямокутний трикутник ABC, вершина пря­мого кута якого лежить на лінії фазової рівноваги, а гіпотенуза - на робочій лінії, характеризує зміну концентрації потоків, яка відбувається в межах однієї теорети­чної тарілки.

Якщо вимагається визначити необхідне число теоретичних тарілок в межах заданої зміни концентрацій, то на діаграмі X - Y між лінією фазової рівноваги та робочою лінією будується ламана лінія з прямими кутами. Число ступенів, одер­жаних при побудові цієї ламаної, і буде числом теоретичних тарілок, які необхідні для заданої зміни концентрації або для заданого розділення суміші. На рис. 10.10, показано, що для зміни концентрації від співвідношення потоків пари й рідини та визначення - student2.ru до; співвідношення потоків пари й рідини та визначення - student2.ru необхідно мати 4 теоретичні тарі­лки. Також видно, що числові значення зміни концентрацій на окремих тарілках неоднакові. Характер зміни концентрацій на окремих тарілках залежить від форми кривої лінії фазової рівноваги та взаємного розташування її з робочою лінією. Ве­личина співвідношення потоків пари й рідини та визначення - student2.ru (по рідкій фазі) й співвідношення потоків пари й рідини та визначення - student2.ru (по паровій фазі) є рушійною силою процесу масо­обміну. Чим далі на діаграмі X - Y лінія фазової рівноваги відходить від робочої лінії, тим більша рушійна сила, тим менше тарілок потрібно для досягнення зада­ного розділення на даній ділянці.

При побудові робочих ліній необхідно знати співвідношення потоків. Розгля­немо межі цих співвідношень.

Відгінна колона.Аналізуючи рівняння (10.16) робочої лінії відгінної колони при обігріванні відкритою парою, легко встановити, що при співвідношення потоків пари й рідини та визначення - student2.ru отже,

робоча лінія перетинає вісь абсцис у точці Xg. У випадку обігрівання закритою парою (рівняння (10.15)) при співвідношення потоків пари й рідини та визначення - student2.ru тобто робоча лінія перетинає діаго-

наль діаграми X - Y у точці з координатами співвідношення потоків пари й рідини та визначення - student2.ru . Ці точки будуть вихідни-

ми при побудові робочих ліній, бо величина співвідношення потоків пари й рідини та визначення - student2.ru є заданою.


співвідношення потоків пари й рідини та визначення - student2.ru


Заданою величиною є також і концентрація ЛЛК у вихідній суміші співвідношення потоків пари й рідини та визначення - student2.ru отже, межа зміни концентрації ЛЛК в рідинному потоці у відгінній колоні буде співвідношення потоків пари й рідини та визначення - student2.ru за умови, що живлення в колону подається при температурі кипіння.

співвідношення потоків пари й рідини та визначення - student2.ru Граничні значення розташування робочих лі­ній відгІнної колони при закритому обігріванні по­казані на рис. 10.11, а. Якщо робоча лінія займає розташування КА, то ро­боча концентрація ЛЛК у парі на верхній тарілці буде дорівнювати рівно­важній концентрації, тоді співвідношення потоків пари й рідини та визначення - student2.ru У цьому

Рис. 10.11 Графік до визначення числа тарілок у відгінній колоні

випадку збагачення пари та збіднення рідини на верхній тарілці не буде, а тому не буде цього й на нижчерозташованих тарі­лках, тому необхідно мати колону з нескінченно великим числом тарілок.

Однією з обов'язкових умов одержання за розрахунком кінцевого числа тарі­лок є наявність різниці між рівноважною і робочою концентраціями ЛЛК у парі на верхній тарілці колони.

Робоча лінія, що проходить через точку А', яка віддалена на будь-яку відстань від точки А, вже дозволяє проводити процес розділення у колоні з кінцевим числом тарілок.

Якщо робоча лінія проходить через точку В, що лежить на діагоналі, то склад пари, яка виходить з колони, буде однаковим із складом живлення, тобто співвідношення потоків пари й рідини та визначення - student2.ru У такому процесі немає ніякої рації, хоча принципово він можливий. При цих умо­вах вимагається мінімальне число тарілок, (що добре видно з рис. 10.11, а) але велика витрата пари (парове число співвідношення потоків пари й рідини та визначення - student2.ru наближається до 1).

Між паровим числом і числом тарілок, які необхідні для розділення суміші, існує визначений зворотний зв'язок. При розрахунку колон на підставі техніко-еко-иомічних розрахунків визначається деякий надлишок робочого парового числа над мінімальним його значенням (при співвідношення потоків пари й рідини та визначення - student2.ru і при цьому визначається необхідне

число тарілок.

Концентраційна колона. Аналізуючи рівняння робочої лінії концентрацій­ної частини колони (10.11) і (10.12), можна встановити, що при співвідношення потоків пари й рідини та визначення - student2.ru XD, тобто робоча лінія перетинає діагональ діаграми X - Y у точці К з координата­ми Y = X = XD. Ця точка є вихідною при побудові робочої лінії концентраційної колони, тому що величина співвідношення потоків пари й рідини та визначення - student2.ru - задана. Заданою величиною є також і концентрація ЛЛК у вихідній суміші ym, яка вводиться в колону у вигляді сухої насиченої пари.


співвідношення потоків пари й рідини та визначення - student2.ru


У концентраційній колоні межею зміни концентрацій парового потоку буде YD ... YM. На рис. 10.12, а показані граничні розташування робочих ліній концент­раційної колони-точки А і А". При проходженні робочої лінії через точку А колона повинна мати нескінченно велике число тарілок, а при проходженні через точку А" потоки пари G і флегми L будуть рівні, а тому D = G - L = 0, тобто колона буде працювати "на себе", не видаючи верхнього продукту. З графічної побудови легко показати, що при цьому вимагається мінімальна кількість тарілок.


співвідношення потоків пари й рідини та визначення - student2.ru


Рис. 10.12 Графік визначення числа тарілок у концентраційній колоні

У першому випадку відношення L/G-число зрошування буде мінімальним і дорівнює співвідношення потоків пари й рідини та визначення - student2.ru у другому L/C досягне своєї максима-

льної межі й буде дорівнювати І.

Концентраційна колона, як і відгінна, повинна працювати при якомусь промі­жному робочому значенні L / G, яке визначається мінімальними сумарними витра­тами, як на виготовлення колони, так і на експлуатаційні витрати (із збільшенням L / G збільшуються витрати води й пари). Для визначення L / G концентраційної частини колони звичайно користуються числом флегми R. Із співвідношення

співвідношення потоків пари й рідини та визначення - student2.ru співвідношення потоків пари й рідини та визначення - student2.ru визначають співвідношення потоків пари й рідини та визначення - student2.ru Робоче значення R визначається на

підставі техніко-економічного розрахунку при умові мінімуму витрат на здійснен­ня процесу (орієнтовно співвідношення потоків пари й рідини та визначення - student2.ru = (1,3... 1,5) співвідношення потоків пари й рідини та визначення - student2.ru ).

співвідношення потоків пари й рідини та визначення - student2.ru

Треба зазначити, що крива фазової рівноваги етанол-вода у верхній частині має такий вигин, при якому з'єднати точки В і А, не перетинаючи кривою фазової рівноваги в інших місцях (особливо при високих концентраціях XD), не завжди вдається. У таких випадках мінімальне значення співвідношення потоків пари й рідини та визначення - student2.ru треба визначати тільки графі­чним шляхом за діаграмою X - Y, проводячи з точки А дотичну В' А до кривої фазової рівноваги (рис. 12, б). З рисунка виходить, що

співвідношення потоків пари й рідини та визначення - student2.ru

тоді


співвідношення потоків пари й рідини та визначення - student2.ru


Повна ректифікаційна колона.Легко довести, що робочі лінії повної ректи­фікаційної колони, живлення в яку надходить при температурі кипіння, перетина­ються на перпендикулярі, поставленому з точки хм (рис. 10.13). При подачі жив- •

співвідношення потоків пари й рідини та визначення - student2.ru
співвідношення потоків пари й рідини та визначення - student2.ru

лення в пароподібному ста­ні вони перетинаються на перпендикулярі, поставле­ному з точки ум . Тому для побудови робочих ліній по­вної ректифікаційної колони достатньо визначити розта­шування однієї її частини -відгІнної або концентрацій­ної, - а потім за побудовою знайти розташування робо­чої лінії для іншої частини колони.

Рис. 10.13 Розташування робочих ліній для повної ректифікаційної колони

Для визначення мініма­льного флегмового числа графічним способом пряму КА (див. рис. 10.12, а) про-

водять до перетину з віссю . Потім визначають Rpo6 =
співвідношення потоків пари й рідини та визначення - student2.ru

ординат. За величиною відрізка В визначають

Rmin ' співвідношення потоків пари й рідини та визначення - student2.ru надлишок флегми. За робочим флегмовим числом визначають вели-

чину відрізка В'. Пряма, що з'єднує точки К та N, буде робочою лінією концентра­ційної частини колони.

Практично при розрахунку повних колон для ректифікації спирту, як правило, визначають розташування робочої лінії концентраційної частини колони, а потім за побудовою - відгінної. Число необхідних тарілок у колоні може бути обчислено графічним або аналітичним способами.

ТЕПЛОВИЙ БАЛАНС КОЛОНИ

На підставі теплового балансу колони визначають витрати гріючої пари, що вводиться до неї, та кількість води або іншого холодоагента, необхідного для відве­дення теплоти на конденсацію пари, яка виходить з колони.

Рівняння теплового балансу повної ректифікаційної колони з врахуванням те­пловтрат співвідношення потоків пари й рідини та визначення - student2.ru має такий вигляд : при обігріванні колони відкритою парою (рис. 10.14, а, в)

співвідношення потоків пари й рідини та визначення - student2.ru (19) при обігріванні колони закритою парою (рис. 10.14. б)

співвідношення потоків пари й рідини та визначення - student2.ru (20)

де співвідношення потоків пари й рідини та визначення - student2.ru тепломісткість відповідно продукту, гріючої пари, конденсату,

пари, що виходить з колони, залишку; Р- кількість гріючої пари; QT-тепловтрати.


співвідношення потоків пари й рідини та визначення - student2.ru


співвідношення потоків пари й рідини та визначення - student2.ru За аналогією легко скласти рівняння теплового балансу для будь-якої колони. Наведені рів­няння дають можливість визна­чити кількість пари й теплоти, яку треба підвести до колони для здійснення процесу ректифі­кації.

Кількість теплоти, що від­водиться в дефлегматорі при по­вній конденсації пари,

співвідношення потоків пари й рідини та визначення - student2.ru (21)

При частковій конденсації пари

Рис. 10.14 Схеми теплових потоків колон

співвідношення потоків пари й рідини та визначення - student2.ru (22)

З рівняння 21 і 22 видно, що

витрата теплоти на здійснення процесу ректифікації прямопропорційна флегмово-му числу.

Витрати води (холодоагента) для відведення теплоти

співвідношення потоків пари й рідини та визначення - student2.ru (23)

де С - питома теплоємкість води; співвідношення потоків пари й рідини та визначення - student2.ru - температура води відповідно на вході й на виході.

ВИЗНАЧЕННЯ ОСНОВНИХ РОЗМІРІВ КОЛОНИ Об'єм пари, що піднімається по колоні,

співвідношення потоків пари й рідини та визначення - student2.ru (24)

де G - кількість пари, що піднімається по колоні, кмоль/с; Т - абсолютна темпера­тура пари, К; Ра - атмосферний тиск, Па; Р - тиск пари в розглянутому перерізі колони, Па.

Швидкість пари в колоні повинна бути такою, при якій гідродинамічна обста­новка на тарілках забезпечує найбільший ККД тарілок. Вона залежить від цілого ряду факторів. Проте фактори, що впливають на виніс рідини з нижчої тарілки на вищу, будуть визначати й допустиму швидкість пари у вільному перерізі колони. Швидкість зростає із збільшенням міжтарілкової відстані та знижується при пере­робці пінистих рідин.

Для колон, що переробляють світлі пінисті рідини при міжтарілковій відстані 170...230 мм вона приймається в межах 0,5...0,7 м/с; така ж швидкість приймається для пінистих рідин (наприклад, бражки) при міжтарілковій відстані 240...340 мм. При міжтарілковій відстані 400...500 мм у бражних колонах швидкість пари може бути в межах 0,8... 1,5 м/с.


співвідношення потоків пари й рідини та визначення - student2.ru


Діаметр колони D визначають на підставі рівняння нерозривності потоку


співвідношення потоків пари й рідини та визначення - student2.ru

(25)

де w - допустима швидкість пари у вільному перерізі колони, м/с. Висота колони визна­чається сумою міжтарілкових відстаней, висоти кубової та верхньої частини колони.

ОДЕРЖАННЯ СПИРТУ-СИРЦЮ

Спирт-сирець виділяється з бражки з усіма леткими домішками і доводиться до заданої концентрації. Слабкоградусні (неміцні) спирти можуть бути в межах 35...65 об. %; більш концентровані - 88...96 об. % (див.табл.10.1).

співвідношення потоків пари й рідини та визначення - student2.ru

Слабкоградусні спирти, як правило, одержують на кубових установках періодичної дії за принципом простої перегонки (див. рис. 10.1) або за допомо­гою перегонки у неповній від-гінній ректифікаційній колоні (див. рис. 10.2).

Рис. 10.15 Схеми сирцевих ректифікаційних установок: а - одноколонна установка; б - двоколонна установка; 1 - бражна колона; 2 - спиртова колона; 3 - дефлегматор; 4 - холодильник спирту; А - бражка; Б - барда; В - вода; Л - лютерна вода; П - гріюча пара; СС - спирт-сирець ника. Бражка нагрівається в дефлегматорі й надходить в середню частину колони. У нижній частині колони (відгінній або бражній) спирт вилучається з бражки па­рою, яка вводиться в кубову частину колони. Бражка, звільнена від ЛЛК зустріч­ним потоком пари у нижній частині колони, називається бардою.Барда безперерв­но виводиться з колони через гідрозатвор або бардорегулятор. У відгінній частині колони звичайно встановлюють 18...22 тарілки. На типових сирцевих ректифіка­ційних установках у верхній частині колони (концентраційній або спиртовій) вста­новлюють 9,..10 ситчастих або багато ко в пачкових тарілок, на яких відбувається концентрування спирту у вихідному потоці пари внаслідок контакту з зустрічним потоком флегми, що стікає. Спиртова пара, концентрацією біля 88 об. %, з колони
кими, порівнюючи з етанолом, домішками. Одноколонна сирцева уста­новка (рис. 10.15, а) складаєть­ся з повної ректифікаційної ко­лони, дефлегматора і холодиль-

Спирт-сирець концентро­ваний (88 об. % і вище) одержу­ють на одно- і двоколонних ре­ктифікаційних установках (рис. 10.15). У процесі одержання спирту-сирцю з бражки відганя­ють етанол разом з більш лет-


співвідношення потоків пари й рідини та визначення - student2.ru


надходить у дефлегматор, де значна його частина (біля 2/3) конденсується, віддаю­чи теплоту бражці та воді, утворюючи флегму (R співвідношення потоків пари й рідини та визначення - student2.ru 2). Залишкова частина (біля V3) спиртової пари надходить у холодильник, де конденсується, і спирт-сирець охоло­джується.

При виробленні спирту-сирцю з більш високою концентрацією кількість тарі­лок у концентраційній частині збільшують до 30...50 шт. і здійснюють більший відбір компонентів сивушного масла (проміжних домішок).

У двоколонних сирцевих установках (рис. 10.15, б) спирт виділяється у відгін-ній колоні, водно-спиртова пара з якої надходить у повну спиртову колону, де він концентрується за рахунок флегми. У відгінній частині спиртової колони спирт ви­лучається гріючою парою; з куба відгінної колони - відводиться так звана лютерна вода(залишок) у типових сирцевих установках бражна колона звичайно має 18...22 тарілки, спиртова-9...10 в концентраційній та 14...16 у відгінній частинах. Підчас вироблення концентрованого спирту число тарілок у концентраційній частині спир­тової колони збільшують.

Зараз у промисловості застосовують тільки одноколонні сирцеві установки. У порівнянні з двоколонними установками вони простіші за конструкцією і в експлу­атації, у них менше витрачається пари й води, їх легше автоматизувати, проте ма­ють більшу робочу висоту та дають барду з меншим вмістом сухих речовин, оскі­льки вона змішується з лютерною водою.

НОВІДВІДНИК

Апаратурно-технологічна схема типової одноколонної сирцевої установки з усіма допоміжними елементами наведена на рис. 10.16. З метою відокремлення діоксиду вуглецю, який виділяється з нагрітої у дефлегматорі бражки, ЇЇ пропуска­ють через сепаратор. Разом з дІоксидом вуглецю із сепаратора виходить і деяка кількість спиртової пари, яку уловлюють у конденсаторі. Спиртовий конденсат спрямовують до концентраційної частини колони, а діоксид вуглецю через повітря-новідвїдник викидається в атмосферу.

Після холодильника встановлюють фільтр, що затримує завислі частинки, які можуть потрапити у спирт при порушенні режиму роботи колони, наприклад, при перекиданні бражки до концентраційної частини, і у дефлегматор при інтенсивній роботі установки та сильному піненні бражки. Як фільтруючий матеріал викорис­товують грубововняне сукно.

Для регулювання роботи установки існує ряд регулюючих пристроїв, а для оперативного управління використовують контрольно-вимірювальні прилади.

Бардорегулятор (або гідравлічний затвор) призначений для безперервного вида­лення барди з колони, він також перешкоджає виходу з неї гріючої пари. Регулятори встановлюють на лініях подачі бражки, пари, води у дефлегматор і холодильник.

Нижній та верхній вакуум-переривач (гідроманометри) використовують для контролю за тиском у колоні; вони ж є запобіжними пристроями (при підвищенні або зниженні тиску в колоні у порівнянні з допустимим вона через вакуум-перери­вач з'єднується з атмосферою).

Пробний холодильник дає можливість контролювати вміст спирту у барді (втра­ти). Через нього безперервно проходить невеликий потік пари, що відбирається з


співвідношення потоків пари й рідини та визначення - student2.ru

співвідношення потоків пари й рідини та визначення - student2.ru

кубової частини колони або бар-дорсгулятора, й конденсується. У конденсаті пари визначають вміст спирту. Для контролю за темпе­ратурним режимом встановлю­ють термометри у нижній, серед­ній і верхній частинах колони, на лінії введення до неї бражки й для заміру температури спирту.

Для обліку кількості спир­ту, що виробляється, всі ректи­фікаційні установки укомплек­товують спиртовимірювальни-ми приладами.

Бражка (особливо мелясна та недозріла) сильно піниться, тому в бражних колонах вста­новлюють тарілки на відстані 280...340 мм одинарного (при малій потужності) або подвій­ного кип'ятіння. З бражки зви­чайно виділяються осади, які за­смічують тарілки, тому над ко­жною з них вмонтовують у сті­нці колони люки для огляду та чистки.

Рис. 10.16 Апаратурно-технологічна схема одно-колонної сирцевої ректифікаційної установки: І - конденсатор сепаратора СО2,2 - сепаратор СО2; 3 - дефлегматор; 4 - вакуум-переривачі; 5-регулюючі клапани; 6-колона співвідношення потоків пари й рідини та визначення - student2.ru -концентра­ційна й 6" - відгінна частини); 7 - холодильник спирту; 8-фільтр; 9-ротаметр; 10-ліхтар; 11 -кип'ятильник (випарник); 12-конденсатовід-відник; 13 - бардовідвІдник; 14-пробний холоди­льник; М - бражка; Б - барда; В - вода; К - конденсат; Н - несконденсовані гази; П - гріюча пара; СС - спирт-сирець

У концентраційній частині колони встановлюють ситчасті, багатоковпачкові або клапанні тарілки з міжтарілковою від­станню 170 мм.

Вони дуже чутливі до за­смічення, тому між бражною частиною колони та концентра­ційною передбачається сепара­ційний пристрій (піновловлю-вач у двоколонних установках, збільшена до 1 м міжтарілкова відстань в одноколонних).

Колони обігріваються відкритою або закритою парою. При закритому обігріванні конденсат гріючої пари повертається у парові котли, зменшується кількість стоків, під­вищується концентрація сухих речовину барді на 0,5... 1 % у порівнянні з відкритим обігрівом.

•--------------------------------------------------------- Виділення спирту з бражки та його очистка------------

Дефлегматори сирцевих установок, як правило, - горизонтальні кожухотрубні багатоходові теплообмінники. У комбінованих теплообмінниках по більшій части­ні трубок дефлегматора рухається бражка, а по меншій - холодна вода. Пара, що конденсується, і бражка, яка нагрівається в дефлегматорі, повинні переміщуватися протитечійно, що дозволяє підвищити температуру нагрівання бражки.

Холодильник спирту, як правило, комбінований - у верхній частині, де кон­денсується пара, він кожухотрубний, у нижній, де відбувається охолодження спир­ту, - змійовиковий.

Бражка, барда й спиртопродукти мають високу кислотність, тому всі деталі, що стикуються з ними, виготовляють з міді або нержавіючої сталі.

Сирцеві ректифікаційні установки звичайно розміщують в окремому ізольо­ваному триповерховому приміщенні. На висоті 4...6 м розташовують робоче місце апаратника, на якому зосереджені всі регулюючі й контрольно-вимірювальні при­строї. На 3-му поверсі на висоті 10... 12 м розміщують дефлегматор, сепаратор диоксиду вуглецю та конденсатор.

Експлуатація ректифікаційної установки зводиться до вибору й стабілізації оптимального режиму її роботи, під час якої необхідно суворо стежити за подачею бражки, пари й води, за відводом спирту, барди та лютерної води (у двоколонних установках).

В одноколонній сирцевій установці подача бражки регулюється в залежності від завантаження колони спиртом. Нормальним завантаженням вважається таке, при якому концентрація спирту в бражці дорівнює концентрації його у флегмі, що стікає на тарілку живлення. При такому режимі колона повинна мати мінімум тарілок для заданого розділення суміші й буде працювати з мінімальною витратою пари й води. У роботі нерідко концентрація спирту в бражці й флегмі не співпадає. У цьому випадку колона буде або вичерпана, або перевантажена спиртом. На рис. 10.17 показаний характер розподілу спирту по тарілках колони в тому та іншому випадках.


співвідношення потоків пари й рідини та визначення - student2.ru

Якщо колона

вичерпана (крива

2), то на нижніх та-

рілках не буде

спирту і в концен-

траційній частині

колони не буде за-

безпечуватись за-

дане концентру-

вання спирту. Для

усунення цього не-

доліку необхідно

збільшити подачу

живлення (браж-

ки) або збільшити

Рис. 10.17 Характер розподі­лу концентрації спирту по тарілках колони: 1 - норма­льне насичення колони спиртом; 2 - колона вичерпа­на; 3 - колона перевантаже­на; А - живлення (бражка); П - гріюча пара; S - залишок (барда); G - в одно-спиртова пара; L- флегма; N - число реальних тарілок; XD -концентрація спирту в дистиляті; Xs - концентрація спирту в залишку



співвідношення потоків пари й рідини та визначення - student2.ru

флегмоне число, зменшити відбір спирту й води. Якщо колона перевантажена спир­том (крива 3), то концентрація його у верхній частині колони може бути більшою від заданої, але тоді спирт спуститься вниз по колоні, що приведе до наднорматив­ного вмісту спирту в барді (залишку). Щоб виключити втрати спирту, необхідно або зменшити подачу живлення, або збільшити відбір спирту чи подачу пари й води. Як в тому, так і в іншому випадку колона буде працювати з меншою продуктивніс­тю й більшими витратами енергії. Оптимальний режим роботи колони по живлен­ню може бути визначений за температурою на живильній тарілці, вона приблизно повинна дорівнювати температурі кипіння бражки, тобто 93...94° С.

Коли колона перевантажена спиртом (температура на тарілці живлення нижче оптимальної), треба або зменшити приплив бражки, або збільшити відбір спирту.

Визначальними параметрами оптимального режиму роботи установки також будуть концентрація спирту-сирцю (не нижче заданої) і відсутність наднорматив­них втрат спирту з бардою. При нормальній роботі установки у барді допускається вміст спирту не більше 0,015 об. %. Вважається, що в пробний холодильник надхо­дить пара, вміст спирту в якій знаходиться у рівновазі з вмістом спирту в барді. При малих концентраціях спирту в барді (менше 1 об. %) коефіцієнт випаровуван­ня спирту К співвідношення потоків пари й рідини та визначення - student2.ru 13, отже, вміст спирту в пробі з холодильника повинен бути не біль­шим 0,015 співвідношення потоків пари й рідини та визначення - student2.ru 0,195 об. %.

При постійній і оптимальній подачі бражки роботу колони регулюють зміною подачі пари до неї та води в дефлегматор. Подачу пари регулюють так, щоб при заданій концентрації спирту-сирцю не було втрат спирту з бардою. Не варто праг­нути до високої (наднормативної) концентрації спирту, оскільки з її підвищенням значно збільшуються питомі витрати пари й води, знижується продуктивність уста­новки. Зміною подачі води у дефлегматор регулюють відбір спирту, а зміною подачі води у холодильник - температуру спирту після холодильника. Температура спир­ту перед надходженням у спиртовимірювальні прилади повинна бути 20° С (най­менша похибка вимірювання).

На роботу сирцевої установки дуже впливає температура бражки, що надхо­дить у колону. Нормальною вважається температура 75...80° С. Зі зниженням її збільшуються питомі витрати пари. Низька температура бражки може бути зумов­лена або недостатньою поверхнею теплопередачі бражної частини дефлегматора, або забрудненням його поверхні теплопередачі.

У сучасних сирцевих установках подачу бражки, пари й води змінюють за допомогою автоматичних регуляторів в залежності від різних параметрів : бражки - від температури на тарілці живлення, пари - від тиску в нижній частині колони, води у дефлегматор - від концентрації спирту, а води у холодильник - від його температури.

Тиску нижній частині колони звичайно підтримується у межах 0,8...1,5 мвод.ст. (8-15 співвідношення потоків пари й рідини та визначення - student2.ru тиск у верхній частині колони залежить від стану й площі поверхні

теплопередачі дефлегматора і може змінюватись у межах 0,1...0,5 мвод.ст. (1-5 кПа).

Витрати пари й води на сирцевих установках коливаються у широких межах і залежать від концентрації спирту в бражці й спирті-сирці, стану і конструкції уста-

співвідношення потоків пари й рідини та визначення - student2.ru

---------------------------------------------------------- Виділення спирту з бражки та його очистка -------------

новки, а також від режиму експлуатації. На 1 дал спирту-сирцю витрачається 18...26 кг пари та 0,1 ...0,15 м3 води. Втрати при одержанні спирту звичайно не перевищу­ють 0,3 % спирту, введеного з бражкою.

Наши рекомендации