Расчет оборудования

Расчет производительности ректификационного оборудования.

Основными факторами влияющими на себестоимость продукции является:

• Исходная стоимость сырья.
• Производительность оборудования.

Производительность оборудования зависит от:

• Расчетной производительности колонны.
• Времени необходимом для вывода колонны на расчетную производительность.

В реальном производстве при использовании Бражной колонны ректификационная колонна только 60% рабочего времени работает на расчетной производительности, остальное время уходит на подготовку колонны, разогрев, отбор головных фракций.

Если ректификационную колонну использовать для перегонки браги и производства спирта сырца, то реальное время работы на расчетной производительности уменьшается до 25%.

Расчет технологического цикла ректификации по времени.

На этапе ректификации к колонне должна подводиться только та технологическая мощность (Wт), которая указана в паспорте на Вашу установку.
Так, например, при технологической мощности в 1 кВт и производительности 1 л/час теоретически будет испаряться вполне определенное количество спиртовых паров:

Mn = 1кВт\925/Дж/кг = 0,00108кг/с = 3,89кг/час /0,8 кг/л = 4,86 л/час

после конденсации этих паров в дефлегматоре образуется 4,8б л/час дистиллята и 1 л/час ректификата будет отбираться.

В процессе ректификации вы отбираете три основные фракции продукта каждая из которых имеет свое процентное соотношение в пересчете на  100% спирт.

• Головная фракция - 2,5 %
• Товарная фракция - 94 %
• Хвостовая фракция - 3,5 %

Полностью цикл процесса ректификации будет состоять из определенных этапов:

1. Подготовка установки к работе и залив спирта сырца.
2. Разогрев кубовой емкости до температуры начала процесса ректификации.
3. Отбор головной фракции.
4. Отбор товарной фракции.
5. Отбор хвостовой фракции (необязателен).

Каждый из этих этапов занимает определенное время из которого и складывается цикл работы ректификационной установки.

Сделаем расчеты на примере работы ректификационной колонны производительностью 1 л/час и объемом задаваемого спирта сырца 10 л. с концентрацией спирта 40%

Разогрев кубовой жидкости до кипения осуществляется с помощью установленной мощности Wт =1кВт от температуры 20'С до 95'С. Теплоемкость СС очень близка к теплоемкости воды 4,2кДж/(кг град);

Время нагревания 

=(10л*4,2кДж/(л град)* (95-20)град) / (1 кВт) = 3150сек=52мин

В 10л 40%-го спирта-сырца содержится 10л.0,4=4л=4000мл обезвоженного дистиллята. Пусть в этом дистилляте существует следующее распределение по фракциям (точное распределение зависит от качества исходного спирта-сырца и это выясняется только после правильной ректификации):

Полное время ректификации

= подготовка + разогрев + «голова» + спирт + «хвост»
= 15мин + 50мин+ 20мин + Зч45мин + 10мин = 5ч20мин =5,3ч,

за, которые получается 3760 мл чистого спирта-ректификата со средней производительностью 

=3,76л/5,3ч= 0,71л/ч.

Состав по фракциям

Средний темп отбора

Время выделения фракции

Название	%	мл	%	мл/ч	мл/мин	ч	мин	ч.мин
голова	2,5	1000	30	300	5,0	0,3	20	0,20
спирт	94	3760	100	1000	16,6	3,76	225	3,45
хвост	3,5	140	100	1000	16,6	0,14	10	0,10

Пользуясь этим примером можно попутно рассчитать удельную суточную производительность установки РУСЬ-1 от спирта-сырца до ректификата
Суточная производительность 

= 0,71л/ч 24ч = 17л/сут.

Расчет производительности ректификационной установки "Русь-6-2".

Производительность бражной колонны "Русь-6-2"
Бражная колонна перерабатывает 40 л/час браги с средним содержанием спирта 15%.
В результате мы получаем количество спирта сырца с 50% содержанием алкоголя произведенного за сутки 

100% / 15% * 40 л*2= 13,2 л* 24 час =  316,8 л

Количество произведенного спирта сырца в пересчете на 96 % спирт ректификат

316,8 л * 0,5 / 0,96 = 165 л/сутки

Для его производства потребуется определенное количество браги

40 л/час * 24 час = 960 л

Производительность ректификационной колонны "Русь-6-2".

Расчет производительности ректификационной колонны производиться по схеме которую мы рассмотрели выше. Нагрев ректификационной колонны происходит быстрее т.к. на время нагрева увеличивается мощность электротэнов.
Расчетные данные:

• Рабочая мощность 6 кВт
• Мощность разогрева 8,5 кВт
• Скорость отбора головной фракции 3 л/час
• Скорость отбора товарной фракции 6 л/час
• Объем заполняемый спирт сырцом с содержанием 50 % алкоголя 170 л.

Полное время ректификации

= подготовка + разогрев + «голова» + спирт + «хвост»
= 0,3 часа + 1,4 часа + 0,73 часа + 13,87 часа + 0,52/2 часа = 16,56 часа

Хвостовую фракцию обычно отбирают наполовину т.к. в последствии идет очень большое количество сивушных масел и данный продукт практически не находит применения.

Количество произведенного спирта ректификата за один цикл ректификации можно вычислить зная количество спирта сырца, % содержание в нем алкоголя и процентное содержание альдегидов и сивушных масел

= объем сырца * % алкоголя * % товарной фракции / % алкоголя спирта ректификата
= 170 л * 0,5 * 0,94 / 0,96 = 83,23 л

Зная время полного цикла и количество произведенного спирта ректификата мы можем вычислить среднюю производительность колонны и узнать производительность за смену

83,23 л / 16,56 часа * 24 часа = 120,6 л/сутки

Итак мы имеем, что бражная колонна производит за сутки, в непрерывном цикле, практически без участия человека спирта-сырца в количестве 316,8 л с содержанием алкоголя 50%. Данного сырца хватит для производства 165 л спирта ректификата с содержанием алкоголя 96 %.

Две ректификационные колонны могут произвести 241,2 л спирта ректификата. Получается, что нам не хватает для безостановочной работы спирта-сырца для производства 76,2 л спирта ректификата.

Данное несоответствие сделано умышленно, так как в реальном производстве необходимо учитывать некоторые факторы:

• Ректификационные колонны работают под наблюдением человека, а значит присутствует "человеческий фактор".
• Ректификационные колонны периодического действия и возможны задержки при загрузке-разгрузке сырья.
• При использовании некачественной браги возможны отклонения в процентном содержании головной и сивушной фракции, а следовательно увеличение времени на их отбор.