Материал: Удосконалення технології виробництва кальвадосів з яблучної сировини

Дистильована вода додається до купажу задля отримання напою міцністю 40-42 % об., проте пропорція решти компонентів, яка приведена вище, в переважній кількості випадків зберігається.

Використовуючи пропорційну залежність і норму втрати при купажуванні 0,5%, знаходимо необхідну кількість яблучного спирту N₂, дал:

3) Витримка кальвадосного спирту в бочках (розрахунок на 3 роки витримки). Норма втрати на один рік складає 0,6%. Об’єм спирту, який треба закласти на витримку, N₃, дал:

) Розведення спирту. Перед закладенням на витримку згідно з рецептурою отриманий яблучний дистилят міцністю 80 % треба розвести до міцності 65%.

Використовуючи пропорційну залежність і норму втрати при проведенні розведення 0,5%, знаходимо необхідну кількість дистильованого спирту N₄, дал:

5) Дистиляція спирту. З розрахунку ректифікаційної колони отримано результат, що при продуктивності установи по яблучному спирту 60 кг/год міцністю 80% витрата бражки міцністю 5% складає 1213,2 кг/год.

Використовуючи пропорційну залежність і норми втрат при проведенні дистиляції, які подані у табл.2.9, знаходимо необхідну кількість бражки N₅, дал:

Таблиця 2.9 - Норми втрат при дистиляції спирту

) Отримання бражки. Норма втрат при отриманні бражки з яблучного соку складає 3%. Враховуючи норму втрати 0,5% на переміщення рідин по технологічним лініям, розрахуємо необхідну кількість яблучного соку N₆, дал:

) Отримання яблучного соку та прийомка сировини. Для виробництва 1 дал яблучного соку необхідно використати 18,5 кг яблук. Враховуючи норму втрати 1% на прийомку сировини, розрахуємо необхідну кількість яблук N₇, кг:

Тобто, для річного виробництва в 20 000 дал нам необхідно використати близько 4,72 тис. т. яблук, або 236,2 кг яблук на 1 дал готової продукції.

.8 Розрахунок та вибір технологічного обладнання

Обладнання, яке використовується на підприємстві з виробництва кальвадосів, подано в табл. 2.10.

Таблиця 2.10 - Обладнання для виробництва кальвадосів

2.9 Розрахунок ректифікаційного апарату та його зображення для проведення технологічного процесу

2.9.1 Принцип роботи ректифікаційного колони

Зазвичай ректифікаційний апарат складається з двох частин: верхньої та нижньої, кожна з яких являє собою організовану поверхню контакту фаз між парою і рідиною. У нижній частині вихідна суміш взаємодіє з парою, початковий склад якого дорівнює складу кубового залишку. Внаслідок цього із суміші витягується низькокиплячий компонент (НКК).

У верхній частині пара початкового складу, що відповідає складу вихідної суміші, взаємодіє з рідиною, початковий склад якої дорівнює складу дистиляту. Внаслідок цього пар збагачується НКК до потрібної межі, а висококиплячий компонент (ВКК) витягується з парової фази.

Пара для живлення ректифікаційної колони (РК) виходить багаторазовим випаровуванням рідини, що має той же склад, що і кубовий залишок, а рідина - багаторазовою конденсацією пари, що має склад, однаковий за складом дистиляту.

Отриманий конденсат ділиться на дві частини. Одна частина спрямовується назад в колону - флегма, інша є відібраним продуктом - дистилят. Відношення кількості повернутого в колону дистиляту (флегми) до кількості дистиляту, відібраного у вигляді продукту - називається флегмовим числом R [27].

У ректифікаційному апараті знизу вгору рухаються пари, а зверху подається рідина, що представляє собою майже чистий НКК. При зіткненні парів, що піднімаються, зі стікаючою рідиною відбувається часткова конденсація парів і часткове випаровування рідини. При цьому з пари конденсується переважно ВКК, а з рідини випаровується переважно НКК. Таким чином, стікаюча рідина збагачується ВКК, а пари, що піднімаються, збагачуються НКК, в результаті чого пари, які виходять з апарату, являють собою майже чистий НКК. Ці пари надходять у конденсатор, званий дефлегматором, і конденсуються. Частина конденсату, що повертається на зрошення апарату, називається флегмою, інша частина відводиться в якості дистиляту.

Як і для всіх масообмінних апаратів ефективність процесів ректифікації залежить від поверхні контакту фаз. Для збільшення поверхні массобміну використовують різні контактні пристрої насадочного або барботажного типу.

.9.2 Класифікація ректифікаційних установок

У промисловості застосовують ковпачкові, сітчасті, насадкові, плівкові трубчасті колони і відцентрові плівкові ректифікатори. Вони розрізняються в основному конструкцією внутрішнього устрою апарату, призначення якого - забезпечення взаємодії рідини і пари. Ця взаємодія відбувається при барботуванні пари через шар рідини на тарілках (ковпачкових або сітчастих), або при поверхневому контакті пари і рідини на насадці або поверхні рідини, що стікає тонкою плівкою.

Тарілчасті ковпачкові колони найбільш часто застосовують у ректифікаційних установках. Пари з попередньої тарілки потрапляють в парові патрубки ковпачків і барботують через шар рідини, у яку частково занурені ковпачки. Ковпачки мають отвори або зубчасті прорізи, які розбивають пару на дрібні струмки для збільшення поверхні стикання її з рідиною. Переливні трубки служать для підведення і відведення рідини і регулювання її рівня на тарілці. Основною областю масообміну і теплообміну між парами і рідиною, як показали дослідження, є шар піни та бризок над тарілкою, що створюється в результаті барботажу пари. Висота цього шару залежить від розмірів ковпачків, глибини їх занурення, швидкості пари, товщини шару рідини на тарілці, фізичних властивостей рідини тощо.

Клапанні тарілки показали високу ефективність при значних інтервалах навантажень завдяки можливості саморегулювання. В залежності від навантаження клапан переміщується вертикально, змінюючи площу живого перетину для проходу пари, причому максимальний перетин визначається висотою пристрої, що обмежує підйом. Площа живого перерізу отворів для пари становить 10 - 15% площі перерізу колони. Швидкість пари досягає 1,2 м/с. Клапани виготовляють у вигляді пластин круглого або прямокутного перерізу з верхнім або нижнім обмежувачем підйому.

Лускаті тарілки подають пару в напрямку потоку рідини. Вони працюють найбільш ефективно при струминному режимі, що виникає при швидкості пари в лусках понад 12 м/с. Площа живого перерізу становить 10% площі перерізу колони. Луски бувають арочними і пелюстковими; їх розташовують на тарілці в шаховому порядку. Простота конструкції, ефективність і велика продуктивність - переваги цих тарілок.

Пластинчасті тарілки зібрані з окремих пластин, розташованих під кутом 4 - 9° до горизонту. У зазорах між пластинами проходить пар зі швидкістю 20 - 50 м/с. Над пластинами встановлені відбійні щитки, які зменшують винос бризок. Ці тарілки відрізняються великою продуктивністю, малим опором і простотою конструкції.

До провальних відносять тарілки гратчасті, колосникові, трубчасті, сітчасті (плоскі або хвилясті без зливних пристроїв). Площа живого перерізу тарілок змінюється в межах 15 - 30%. Рідина і пара проходять поперемінно через кожен отвір у залежності від співвідношення їх напорів. Тарілки мають малий опір, високий ККД, працюють при значних навантаженнях і відрізняються простотою конструкції.

Насадкові колони отримали широке поширення в промисловості. Вони являють собою циліндричні апарати, заповнені інертними матеріалами у вигляді шматків певного розміру або насадочними тілами, що мають форму, наприклад, кілець, кульок для збільшення поверхні фазового контакту та інтенсифікації перемішування рідкої і парової фаз. Масо- і теплообмін в колонах з насадкою характеризуються не тільки явищами молекулярної дифузії, що визначаються фізичними властивостями фаз, але і гідродинамічними умовами роботи колони, які визначають турбулентність потоків: ламінарний, проміжний і турбулентний, при яких потік пари є суцільним, неперервним і заповнює вільний об'єм насадки, не зайнята рідиною, в той час як рідина стікає лише по поверхні насадки. Подальший розвиток турбулентного руху може призвести до подолання сил поверхневого натягу і порушення граничної поверхні між потоками рідини і пари. При цьому газові вихри проникають в потік рідини, відбувається емульгування рідини парою, і масообмін між фазами різко зростає. У разі емульгування рідина розподіляється не на насадці, а заповнює весь її вільний об'єм, не зайнятий парою; рідина утворює суцільну фазу, а газ - дисперсну фазу, розподілену в рідині, тобто відбувається інверсія фаз. Насадкову колону слід розраховувати, виходячи з оптимальної швидкості. При перевищенні оптимальної швидкості починається обернений рух рідини знизу вгору, відбувається так зване “захлинання” колони та порушення режиму її роботи.

Трубчасті плівкові ректифікаційні колони складаються з пучка вертикальних труб, по внутрішній поверхні яких тонкою плівкою стікає рідина, взаємодіючи з парою, яка піднімається по трубам. Пара надходить з куба в трубки. Флегма утворюється в дефлегматорі безпосередньо на внутрішній поверхні трубок, охолоджуваних водою у верхній їх частині. Діаметр застосовуваних трубок - 5 - 20 мм. Ефект роботи плівкового апарату зростає зі зменшенням діаметра трубок. Трубчасті колони характеризуються простотою виготовлення, високими коефіцієнтами масопередачі і дуже малими гідравлічними опорами руху пари. Багатотрубні (і довготрубні) колони з штучним зрошенням мають значно менші габаритні розміри і масу, ніж тарілчасті.

Сітчасті колони застосовують головним чином при ректифікації спирту та рідкого повітря. Допустимі навантаження по рідини і парі для них відносно невеликі, і регулювання режиму їх роботи ускладнене. Масо- та теплообмін між парою і рідиною в основному відбуваються на деякій відстані від дна тарілки в шарі піни та бризок. Тиск і швидкість пари, що проходить через отвори сітки, повинні бути достатні для подолання тиску шару рідини на тарілці і створення опору її набряканню через отвори. Сітчасті тарілки необхідно встановлювати строго горизонтально для забезпечення проходження пари через всі отвори тарілки, а також щоб уникнути стікання рідини через них. Зазвичай діаметр отворів сітчастої тарілки приймають в межах 0,8 - 3,0 мм [28].

.9.3 Вибір ректифікаційної колони

В ректифікаційних колонах застосовуються сотні різних конструкцій контактних пристроїв, які істотно різняться за своїми характеристиками і техніко-економічними показниками. При цьому в експлуатації знаходяться поряд з найсучаснішими конструкціями контактні пристрої таких типів (наприклад, жолобчасті тарілки та ін), які, хоча і забезпечують отримання цільових продуктів, але не можуть бути рекомендовані для сучасних і перспективних виробництв.

Найбільш поширеними ректифікаційними установками є барботажні колони з різними типами тарілок: ковпачковими, сітчастими, провальними тощо. Добре зарекомендували себе апарати з сітчастими тарілками, що відрізняються простотою конструкції і легкістю в обслуговуванні.

При виборі типу контактних пристроїв зазвичай керуються наступними основними показниками:

а) продуктивністю;

б) гідравлічним опором;

в) коефіцієнтом корисної дії;

г) діапазоном робочих навантажень;

д)можливістю роботи на середовищах, схильних до утворення смолистих чи інших відкладень;

е) матеріаломісткістю [29].

Сітчасті тарілки з відбійниками мають відносно низький гідравлічний опір, підвищену продуктивність, але більш вузький робочий діапазон порівняно з ковпачковими тарілками. Застосовуються переважно у вакуумних колонах.

Кращі показники по гідравлічному опору мають тарілки сітчасті і S-подібні з клапанами, а по ККД - клапанна баластна і S-подібна з клапаном.

Слід зазначити, що універсальних конструкцій тарілок, ефективно працюючих «завжди і скрізь», не існує. При виборі конкретного типу тарілок з безлічі варіантів слід віддати перевагу тій конструкції, основні (не обов'язково всі) показники ефективності якої в найбільшій мірі задовольняють вимогам, що пред'являються. Переважно застосування контактних пристроїв, що мають якомога менший гідравлічний опір [30].