ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
Исходные данные для проведения материального и теплового расчетов принимаются на основании типовых норм проектирования цехов по производству спирта из технической литературы исходные данные приведены в таблице 1
Таблица 1 – Исходные данны
| Наименование | Величина | Источник |
| Годовая производительность гидролизно-спиртового завода, по а. спирту, млн. дал | ||
| Емкость гидролизаппарата, м3 | ||
| Коэффициент учитывающий переход от номинальной емкости к полезной | ||
| Содержание хвойной древесины в сырье, % | ||
| Содержание лиственной древесины в сырье, % | ||
| Плотность загрузки хвойной древесины, м | ||
| Плотность загрузки лиственной древесины, м | ||
| Влажность хвойной древесины, % | ||
| Влажность лиственной древесины, % | ||
| Выход РВ от а.с. сырья, % | ||
| Выход а.с. лигнина из хвойной древесины, % | ||
| Выход а.с. лигнина из лиственной древесины, % | ||
| Влажность лигнина выводимого из гидролизаппарата, % | ||
| Расход кислоты на 1 тонну хвойной древесины, кг,/г | ||
| Расход кислоты на 1 тонну лиственной, кг/г | ||
| Содержание моногидрата в товарной кислоте, % | ||
| Модуль подачи жидкости при загрузке сырья по отношению к весу а.с. сырья | ||
| Концентрация серной кислоты в жидкости подаваемой на загрузку, % | ||
| Модуль отбора гидролиза до испарению к весу | ||
| Содержание серной кислоты в лигнине от веса а.с.с. | ||
| Выход общих РВ с 1m а.с. древесины, % | ||
| Коэффициент учитывающий потери общих РВ при нейтрализации, осветление и охлождение, % | ||
| Содержание хвойной и лиственной пород для заводов спиртового профиля, % | ||
| Содержание сбраживаемых РВ от общих РВ в гидролизате хвойных и лиственных пород древесины, % | ||
| Выход а. спирта со 100 кг сбраживаемых РВ, л | ||
| Коэффициент учитывающий потери а. спирта при ректификации | ||
| Годовая производительность завода по а. спирту, дал | ||
| Число рабочих дней в году | ||
| Выход а. спирта из 1m а.с.с., л | ||
| коэффициент учитывающий содержание влаги в сырье хвойных и лиственных парод |
Материальные и тепловые балансы
Материальный баланс составляется на основе материального расчета, задачей которого является определение количества перерабатываемого сырья, вспомогательных материалов промежуточных продуктов.
Материальный расчет является основной для ведения последующих расчетов при проектирование производства.
Материальный расчет
Произведен примерных расчет материального баланса варки, для гидролизаппаратов емкостью
1 Определяем объем гидролизаппарата заполненного сырьем, м3
37*0,9*0,95=31,6 м3
Где 0,9 – коэффициент учитывающий переход от номинальной емкости и к полезной.
2 Количества а.с. древесины загружаемой в гидролизаппарат,
m /вар.
31,6*(0,8*0,140+0,2*0,145)=4,45 m/вар,
Где 0,8(80) – содержание хвойной древесины в сырье, %;
0,2(20) – содержание лиственной древесины в сырье, %
0,140 – плотность загрузки хвойной древесины, m/м3
0,145 – плотность загрузки лиственной древесины, m/м3
2.1 количество абсолютно сухой хвойной древесины, m/вар;
4,45*0,8=3,56 m/вар
Где 4,45 – количество а.с.д., загружаемой в гидролизаппарат, m/вар;
0,8(80) – содержание хвойной древесины в сырье, %,
2.2 количество абсолютно сухой лиственной древесины, m/вар.
4,45*0,2=0,89 m/вар
Где 4,45 – количество а.с.д., загружаемой в гидролизаппарат, m/вар;
0,2 – содержание лиственной древесины в сырье, %
3 количество сырья натуральной влажности
3.1 хвойной древесины, m/вар
3,56*100/(100-50)=7,12 m/вар
Где 3,56 – количество а.с. хвойной древесины, m/вар;
100 – влажность хвойной древесины, %
3.2 лиственной древесины
0,8*100/(100*45)=1,62
Где 0,89 – количество а.с. лиственной древесины, m/вар;
100 – влажность лиственной древесины, %
Всего сырья натуральной влажности. m/вар.
7,12+1,62=8,74 m/вар
Где 7,12 – количество хвойной древесины натуральной влажности, m/вар;
1,62 – количество лиственной древесины натуральной влажности, m/вар.
Выход общих РВ, m/вар.
4,45*0,5=2,23 m/вар
Где 4,45 – количество а.с.д., загружаемой в гидролизаппарат, m/вар;
0,5 – выход РВ от абсолютно сухой сырья, %
Выход абсолютно сухой лигнина, m/вар.
3,56*0,38+0.96*0,33=1,66 m/вар
Где 3.56 – количество а.с. хвойной древесины, m/вар;
0,38 – выход а.с. лигнина из хвойной древесины, %;
0,96 – количество а.с. лиственной древесины, m/вар;
0,33 – выход а.с. лигнина из лиственной древесины, %
Выход лигнина 65% влажности, m/вар.
1,66*100/(100-65)=4,74 m/вар
Где 1,66 – выход а.с. лигнина, m/вар;
100 – влажность лигнина выводимого из гидролизаппарата, %
Расход серной кислоты (моногидрата).
На гидролиз хвойной древесины, m/вар
4,45*0,065=0,28 m/вар
Где 4,45 – количество а.с. хвойной древесины, m/вар;
0,065 – расход кислоты на 1 тонну хвойной древесины, кг/m а.с.д.
На гидролиз лиственной древесины, m/вар.
0,89*0,07=0,06 m/вар
Где 0,89 – количество а.с., лиственной древесины, m/вар;
0,07 – расход кислоты на 1 тонну лиственной древесины, кг/т а.с.д.
Всего моногидрата, m/вар.
0,28+0,07=0,35 m/вар
Где 0,28 – расход моногидрата на гидролиз хвойной древесины, m/вар;
0,07 – расход моногидрата на гидролиз лиственной древесины, m/вар.
Расход товарной кислоты, m/вар
0,35/0,925=0,37 m/вар
Где 0,925 – содержание моногидрата в товарной кислоте ГОСТ;
0,35 – расход всего моногидрата на гидролиз m/вар.
Количество жидкости, подаваемой при загрузке сырья, m/вар.
4,45*2,5=11,12 m/вар
Где 4,45 – количество а.с. древесины, загружаемой в гидролизаппарат, m/вар;
2,5 – модуль подачи жидкости при загрузке сырья по отношению к весу а.с. сырья.
В том числе:
Моногидрата серной кислоты, m/вар
11,12*0,01=0.11 m/вар
Где 11,12 - Количество жидкости, подаваемой при загрузке сырья, m/вар
0,01 – концентрация серной кислоты в жидкости, подаваемой на загрузку в массовых долях вещества, %.
Серной кислоты концентрацией 92,5%, m/вар.
0,11/0,925=0,11 m/вар
Где 0,11 – количество моногидрата серной кислоты, m/вар.
Жидкости, m/вар.
11,12-0,11=11,01 m/вар
Где 11,12 – количество серной кислоты концентрацией 92,5%, m/вар;
0,11 – количества жидкости, подаваемой при загрузке сырья, m/вар.
Количество гидролизата отбираемого с варки, m/вар
4,45*16,2=72,09 m/вар
Где 4,45 – количество а.с.д., загружаемой в гиролизаппарат, m/вар;
16,2 – модуль отбора гидролиза до испарения к весу а.с. сырья.
Серная кислота, подаваемая при гидролизе, расходуется:
- на нейтрализацию зольных элементов, содержащихся в сырье, m/вар.
(4,45*(80*0,005+20*0,008))/100=0.024 m/вар
Где 4,45 – количество а.с.д., загружаемой в гиролизаппарат, m/вар;
80,0,005,20,0,008 – расход моногидрата серной кислоты на нейтрализацию зольных веществ содержащихся в 1 тонне а.с.с. в тоннах, соответственно хвойных и лиственных пород древесины, %
- на унос с лигнином, m/вар,
4,45*0,35/100=0,015 m/вар
Где 4,45 - количество а.с.д., загружаемой в гиролизаппарат, m/вар;
0,35 – содержание серной кислоты в лигнине от веса а.с.с., %.
Количество моногидрата серной кислоты, содержащихся в гидролизате, m/вар
0,35-0,024-0,015=0,311 m/вар
Где 0,35 – количество всего моногидрата, m/вар;
0,024 – количество серной кислоты на нейтрализацию зольных элементов, m/вар;
0,015 – количество серной кислоты на унос с лигнином, m/вар.
Количество влаги испарившейся при выстреле
Количество влаги в лигнине, m/вар
4,74-1,66=3,03 m/вар
Где 4,74 – выход лигнина 65% влажности, m/вар;
1,66 – выход а.с. лигнина, m/вар.
Количество влаги испарившейся при выгрузке лигнина из гидролизаппарата, m/вар
(3,03*(718,4-451,2)+1,66*(1169,6-99,1)*1,47)/2264=0,43 m/вар
Где 3,03 – количество влаги в лигнине, m/вар;
718,4 – количество а.с.л., m/вар;
451,2 – теплосодержание влаги (воды) при Р=7,85*10 Па, кДж/кг;
1,66 – теплосодержание воды при Р=0,981*19 Па, кДж/кг;
169,6 – температура жидкости при Р=7,85*10 С;
99,1 – температура жидкости при Р=0,981*10 С;
1,47 – теплоемкость а.с.л., кДж/кг град.
Материальный баланс составляется для определения расхода пара и воды на варку и заносится в таблицу 2.
Таблица 2 – Материальный баланс варки
| приход | Количество | Расход | Количество |
| 1.Сырье натуральной влажности | 8,74 | 1.Гидролизат | 72,09 |
| 2.Пар на подъем давления | Х | 2.Лигнин W=65% | 4,74 |
| 3.Смесь на гидролиз | Y | 3.Испаряется влаги при выстреле | 0,43 |
| 4.Кислота товарная | 0,37 | 4.Потери с парами сдувки 0,05 кг/кг а.с.д. | 0,22 |
| 5.Жидкость на загрузку | 11,12 | ||
| Итого | Х+Y+ 20,23 | Итого | 77,48 |
На основании материального баланса составляем уравнения
X+У=77,48-20,23=57,25
Тепловой баланс варки
Тепловой баланс варки составляется для определения расхода пара на подъем давления, расхода воды на перколяцию.
Для составления баланса принимаем следующие данные:
Начальная температура сырья, 0С-
Начальная температура сырья серной кислоты, 0С-
Температура жидкости подаваемой на загрузку, 0С-
Давление греющего пара – Р=1,47*10 Па (15 ата)
Температура жидкости после решоферов, 0С-
Температура смеси подаваемая на гидролиз, 0С-
Теплосодержание пара Р=1,5*10 Па (15 ата)
Температура прогрева содержимого гидролизаппарата, 0С-
Температура гидролизата, 0С-
Теплосодержание гидролизата, кДж/кг-
Теплосодержание жидкости при Р=7,85*10 Па, кДж/кг-
Теплосодержание жидкости после решоферов, кДж/кг-
Теплоемкость воды поступающей на перколяцию, кДж/кг-
Теплоемкость воды поступающий на загрузку, кДж/кг-
Теплоемкость а.с. лигнина, кДж/кг-
Теплоемкость серной кислоты, кДж/кг К-
Тепловой баланс составляется для определения расхода пара и воды на варку и заносится в таблицу 3.
Таблица 3 – Тепловой баланс варки
| Приход | Кол. | Расход | Кол. |
| 1. С водой на перколяцию * *У 2. С паром на подъем давления 3. С жидкостью на загрузку 4.С кислотой | 825,1*У 2796*Х 11,12 0,37 | 1. С гидролизатом 2. С лигнином 3. Теплопотери 4% | 51904,8 2348,78 2170,14 |
| Итого | Х+У+ 3632,59 | Итого | 56423,72 |
На основании теплового баланса составляется уравнением.
3632,59+825,1у+2796х
Решая совместно уравнения материально и теплового балансов получим:
Х+у+20,23=77,48
2796х+825,1у+1112,37=56423,72
Х+у=57,25
2796х+825,1у=55311,35
Х=57,25-у
2796*(57,25-у)+825,1у=55311,35
160071-2796у+825,1у=55311,35
-1970у=55311,35-160071
-1970у=-1014759,65
У=53,18
Х=57,25-53,18=4,07
Откуда
Х=4,07 – количество пара на подъем давления, m/вар;
У=53,18 – количество смеси на гидролиз, m/вар.
Расход греющего пара и воды на перколяцию определим из балансов водоподогревателя приведенных в таблице 4,5. материального и теплового.
Таблица 4 – Материальный баланс водоподогревателя
| Приход | Кол. | Расход | Кол. |
| 1.Греющий пар на перколяцию | Х1 | 1.Вода на перколяцию | 53,18 |
| 2.горячия вода | У1 | ||
| Итого | Х1+У1 | Итого | 53,18 |
На основании материального баланса составляем уровнение
Х1+У1
Таблица 5 – В тепловой баланс водоподогревателя
| Приход | Кол. | Расход | Кол. |
| 1.С греющим паром Р= | 2796Х1 | 1.Сгреющий водой на перколяцию | 43878,81 |
| 2.С горячий водой t= | 525,4У1 | 2.Теплопотери 4% | 1755,15 |
| Итого | Х1+У1 | Итого | 45633,96 |
На основании теплового баланса составляем уравнение
Х1+У1=53,18
2796х1*525,4у1=45633,96
Решая совместно уровнения материального и теплового балансов получим:
Х1=53,18*У1
2796*(53,18у1)+525,4у1=45633,96
148691,28-2796у1+525,4у1=45633,96
-2270,6у1=4-1486915633,96,28
-2270,6у1=-103057,32
У1=45,38
Х1=53,18-45,38=7,8
Откуда
Х1=7,8 – греющий пар на перколяцию, m/вар;
У1=45,38 – горячая вода на перколяцию, m/вар.
Предварительный расчет
Расчет производится с целью определения выхода готовой продукции.
Расчет выхода этилового спирта, л.
(1*1000*0,5*0,955(80*0,75+20*0,5)*55*0,97)/(100*100)=178, л.,
Где 1000 – переводной коэффициент тонн в кг;
0,5 – выход общий РВ с 1 тонны а.с. древесины (50%);
0,955 – коэффициент учитывающий потери общих РВ при нейтрализации, осветлении и охлаждении (4,5%)
80 и 20 – содержание хвойных и лиственных пород в сырье для заводов спиртового профиля, %;
75 и 50 – содержание сбраживаемых РВ от общих РВ в гидролизате хвойных и лиственных пород древесины, %;
55 – выход а.с. спирта со 100 кг сбраживаемых РВ, в литрах;
0,97 – коэффициент, учитывающий потери абсолютного спирта при ректификации (3%);
100 – переводной коэффициент из процентов в массовые доли вещества.
Суточный материальный баланс
Суточная производительность завода, дал/сутки
1950000/345=5652,17 дал/сут.
Где 1950000 – годовая производительность завода по абсолютному спирту, дал;
345 – число рабочих дней в году.
Расход абсолютно сухой древесины, m/сутки.
5652,17*10/178=317,53 m/сут.
Где 5652,17 – расход абсолютно сухой древесины, m/сут;
178 – выход абсолютного спирта с 1 тонны а.с.с, дал.
Расход а.с. лиственной древесины, m/сутки
317,53*0,2=63,31 m/сут
Где 317,53 – расход абсолютно сухой древесины, m/сут;
0,2 – содержание лиственной древесины в сырье, %.
Расход а.с. хвойной древесины, m/сутки.
317,53*0,8=254,02 m/сут
Где 317,53 – расход абсолютно сухой древесины, m/сут;
0,8 – содержание хвойной древесины в сырье, %.
Расход сырья натуральной влажности, m/сутки.
(317.53*100)/(100(80*0,5+20*0,45))=622,60 m/сут
Где 317,53 – расход абсолютно сухой древесины, m/сут;
0,5 и 0,45 – коэффициенты учитывающие содержание влаги в сырье соответственно хвойных и лиственных парод, %.
В том числе влаги в сырье, m/сутки.
622,60-317,53=305,07 m/сут
Где 622,60 – расход сырья натуральной влажности, m/сут;
317,53 – расход абсолютно сухой древесины, m/сут.
Количество варок в сутки, вар/сутки.
317,53/5,78=54,94 вар/сут
Где 317,53 – расход абсолютно сухой древесины, m/сут;
5,78 – количество а.с. древесины, загружаемой в гидролизаппарат, m/вар.
Количество товарной кислоты в сутки, m/сутки.
0,41*54,93=22,52 m/сут
Где 0,41 – расход товарной кислоты, m/вар;
54,93 – количество варок в сутки, m/сутки.
Количество лигнина 65% влажности, m/сутки
6,05*54,93=332,32 m/сут
Где 60,5 – количество влажного лигнина с варки, m/вар;
54,93 – количество варок в сутки.
Количество влаги испарившейся при выстреле, m/сутки.
0,62*54,93=34,05 m/сут
Где 0,62 - Количество влаги испарившейся при выгрузке лигнина, m/вар;
54,93 – количество варок в сутки.
Расход пара на подъем давления, m/сут
5,29*54,93=290,57 m/сут
Где 5,29 - количество пара на подъем давления, m/вар;
54,93 – количество варок в сутки.
Расход пара на перколяцию, m/сутки.
9,11*54,93=500,41 m/сут
Где 9,11 – количество пара на перколяцию, m/вар;
54,93 – количество варок в сутки.
Количество сдуваемого пара, m/сутки.
0,28*54,93=15,38 m/сут
Где 0,28 – количество воды на загрузку, m/вар;
54,93 – количество варок в сутки.
Количество воды, подаваемой на загрузку, m/сутки.
14,45*54,93=793,73 m/сут
Где 14,45 – количество воды на загрузку, m/вар;
54,93 – количество варок сутки.
Количество воды подаваемой на перколяцию (поступавшие с решоферов), m/сутки
53,06*54,93=2914,58 m/сут
Где 53,06 – количество воды на перколяцию, m/вар;
54,93 – количество варок в сутки.
Количество гидролизата поступающего на испарители, m/сутки.
86,7*54,93=4762,43 m/сут
Где 86,7 – количество гидролизата поступающего на испарители, m/вар;
54,93 – количество варок в сутки.
Материальный баланс отделения гидролиза сводится в таблицу 6.
Таблица 6 – Сводный суточный материальный баланс отделения гидролиза
| Приход | Кол. | Расход | Кол. |
| 1.Сырье абсолютно сухое | 317,53 | 1.Лигнин 65% влажности | 332,32 |
| 2.Влаги с сырьем | 305,07 | 2.Влаги при выстреле | 34,05 |
| 3.Пар на подъем давления | 290,57 | 3.Сдуваемые пары | 15,38 |
| 4.Пар на перколяцию | 500,41 | 4.Гидролизат на испорители | 4762,43 |
| 5.Кислота товарная | 22,52 | ||
| 6.Вода на загрузку | 793,73 | ||
| 7.Вода на перколяцию | 2914,58 | ||
| Итого | 5144,41 | 5144,18 |