4.5.3. Аппараты для получении экстрактов из животного сырья
Жир экстрагируют (вытапливают) из жиросодержащего сырья различными способами: мокрым (с добавлением 20…50% воды к массе сырья) и сухим (без смешивания жира с водой). Вытопку жира в открытых аппаратах периодического действия проводят в два этапа: на первом – измельченное сырье нагревают до 65…75°C, на втором – до 80…90°C. Высшие сорта говяжьего, свиного и бараньего жира получают при открытой крышке аппарата (при температуре 65…80°C в течение 1,5 ч). Все виды жиров первого сорта, сборный и свиной высшего сорта получают при закрытой крышке (температура 120°C и время 3 ч.).
А
ппарат для экстракции желатина (рис. 4.54) состоит из корпуса 1 с паровой рубашкой 2 и перфорированным дном 6, на котором установлен перфорированный стакан 4. Корпус аппарата снабжен штуцером для воды 3 и штуцером для манометра 5.
|
Рис. 4.54. Аппарат для экстракции желатина |
превышает 2%, при этом желатина в них содержится мало и такие бульоны упаривать невыгодно. Целесообразно направлять их вместо свежей воды для варки фракций в другие варочные аппараты.
Расход горячей воды для заливки сырья 1500…1600 кг на 1т готового желатина.
А
ппарат для обезжиривания костей (рис. 4.55) применяют в производстве желатина. Корпус аппарата цилиндрический, в нижней части которого установлено перфорированное днище 8, штуцер для спуска жидкости 9, шлюзовой затвор 6 и разгрузочный люк 7. На крышке аппарата установлен загрузочный люк 1, штуцер для пара 2, перфорированный карман 3 и штуцер для слива жира 4. По обечайке конической части аппарата установлены штуцеры для воды 5 и пара 2.
|
Рис. 4.55. Аппарат для обезжиривания костей |
Окончание процесса обезжиривания характеризуется прекращением выделения жира из кости, легкой отделяемостью прирезей мяса от кости.
Костный бульон спускают через штуцер 8 и направляют на сгущение до 25…30%, а обезжиренную кость после охлаждения холодной водой до 50…60°C выгружают через люк 7. Степень обезжиривания кости горячей водой составляет 50…60%, что является недостатком этого метода. Выход жира из тазовой кости 7…9%, лопатки и челюстной кости – 2…3%, ребра – 5…6%. В среднем выход жира при обезжиривании горячей водой составляет около 6% массы кости.
Диффузор типа К7-ФВ1-Г-3 (рис. 4.56) предназначен для обесклеивания костного шрота и представляет собой стальной сварной цилиндр 1 с верхним и нижним днищами, на которых расположены люки загрузки и выгрузки костного шрота. Люки снабжены затворами 2 для открытия и закрытия. Верхний и нижний люки имеют блокировочные устройства 3, предотвращающие подачу пара в диффузор при неплотно закрытых люках.
Р
аздробленную кость загружают через верхний люк, который герметично закрывают. Затем открывают вентиль подачи пара в диффузор и варят кость согласно технологии. По окончании варки прекращают подачу пара, жир и бульон сливают, выпускают пар, а кость выгружают через нижний разгрузочный люк.
Техническая характеристика диффузоров: производительность по сухому клею – 450…700 кг/смену; вместимость диффузора – 3 или 5,5 м3 (в зависимости от типа); рабочее давление – 0,294 МПа; расход пара – 125…175 или 188…313 кг/с; расход воды – 0,6…07 м3/ч.
|
Рис. 4.56. Диффузор типа К7-ФВ1-Г-3 |
Для расчета интенсивности теплоотдачи в экстракторах, имеющих различные геометрические размеры корпуса, используется обобщенное уравнение вида
,
где: 
– критерий Нуссельта; 
– критерий Рейнольдса центробежный; 
– критерий Прандтля; z – число лопастей; 
– геометрический симплекс; α – коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2·К); δ – толщина пленки продукта, м; λ – теплопроводность продукта, Вт/(м·К); Г - линейная плотность орошения поверхности, кг/(м·с); μ – динамический коэффициент вязкости продукта, Па·с; ρ – плотность продукта, кг/м3; dЛ – диаметр лопасти мешалки, м; с – удельная теплоемкость продукта, Дж/(кг·К); d – диаметр рабочей поверхности аппарата, м; Δ – зазор между пальцами лопастей и стенкой корпуса, м.
Уравнение рекомендуется для инженерных расчетов в следующих пределах: 
=600…10500; Pr = 4,5…7,5; линейная скорость концов лопастей ν = 1,1…2,0 м/с; количество лопастей z = 1…4; зазор Δ = 0,001…0,004 м.
Контрольные вопросы
-
В чем заключается сущность процесса экстракции и что является движущей силой диффузионного процесса? -
Какие основные требования должны быть выполнены при конструировании диффузионных аппаратов? -
Чем диффузионные аппараты отличаются от экстракционных? -
По какому принципу работают экстракционные установки для получения спиртовых настоек и морсов? -
Каково устройство и принцип действия оборудования рассмотренного в данном разделе? -
Чем определяется производительность диффузионных аппаратов? -
Какими способами ведется экстракция растительных масел и в чем их особенность? -
Что отражает коэффициент молекулярной диффузии? -
Что отражает коэффициент конвективной диффузии? -
Каков принцип обесклеивания костного шрота в диффузоре? -
Чем отличаются расчеты производительности экстракторов для полученя растительного масла?
4.6. Оборудование для процесса ректификации спирта
Изучить самостоятельно [2, с. 987…989]:
-
Основные понятия и определения. -
Научное обеспечение процесса ректификации спирта. -
Классификация оборудования.
Полная колонна 1 (рис. 4.57, а) состоит из отгонной (исчерпывающей) и концентрационной частей, в состав которых входит дефлегматор 2 и холодильник дистиллята 3. Греющий пар подводится в нижнюю часть колонны, а вода проходит через дефлегматор и холодильник. Питание в полную колонну вводится в среднюю часть (на верхнюю тарелку отгонной части колонны). Дистиллят отводится из холодильника дистиллята.
Отгонная колонна 1 (неполная) (рис. 4.57, б) имеет только отгонную часть, в ней отсутствует дефлегматор 2, а питание подается на ее верхнюю тарелку. В этой колонне поступающее питание истощается низкокипящим компонентом.
Р
ис. 4.57. Принципиальные схемы ректификационных колонн:а – полная; б – неполная отгонная; в – неполная концентрационная
Концентрационная колонна 1 (неполная) (рис. 4.57, в) снабжена дефлегматором 2, а питание поступает под нижнюю тарелку в парообразном виде.
В полной ректификационной колонне 1 создается возможность для получения практически в чистом виде обоих компонентов разделяемой бинарной (двухкомпонентной) смеси. В неполной отгонной колонне из нижней части отводится практически чистый труднолетучий компонент, а из верхней – пар, несколько обогащенный легколетучим компонентом. Из верхней части неполной концентрационной колонны отводится практически чистый легколетучий компонент, а из нижней – остаток S, несколько обогащенный труднолетучим компонентом.
Контактное устройство – основной элемент ректификационной колонны, на котором осуществляется процесс массообмена между паром и жидкостью. Интенсивный массообмен на контактном устройстве достигается путем создания развитой поверхности контакта фаз и активной гидродинамической обстановки.
В спиртовой промышленности, как правило, применяют тарельчатые контактные устройства, на которых осуществляется последовательно ступенчатый контакт фаз. Тарелки ректификационных колонн могут быть (рис. 4.58): колпачковыми, сетчатыми (решетчатыми), клапанными, чешуйчатыми, ситчатоклапанными, жалюзийно-клапанными и др. Во всех случаях на тарелке удерживается слой жидкости, через который проходит пар, в результате чего осуществляется массообмен.
Простейшая одноколпачковая тарелка одинарного кипячения используется в бражных колоннах установок малой производительности (для разделения жидкостей со взвешенными частицами или способных выделять осадки). В одноколпачковой тарелке двойного кипячения барботаж происходит из под краев колпачка и воротника. Благодаря этому создаются встречные потоки пара, улучшающие контакт пара и жидкости.
Многоколпачковые (капсульные) тарелки применяют в колоннах для разделения жидкостей, не содержащих взвешенных частиц. Они имеют большой периметр барботажа и более эффективны.Ситчатые (решетчатые) тарелки с отверстиями диаметром 2,5…3,5 мм (для разгонки жидкостей, способных выделять осадки) и 8…12 мм (для разгонки жидкостей со взвешенными частицами).
В провальной тарелке (решетчатого типа) нет сливных стаканов и жидкая фаза сливается через те же отверстия, через которые поступает на тарелку пар. Тарелки изготовляются из стальных или медных листов толщиной 2,5…6 мм. Щели тарелки выполняются штамповкой или фрезеровкой с живым сечением 10…15%. Расстояние между тарелками составляет 300…600 мм. Такие тарелки применяются в бражных колоннах при перегонке паточной и зернокартофельной бражки.
Рис. 4.58. Тарелки ректификационных колонн:
а – одноколпачковая одинарного кипячения; б – одноколпачковая двойного кипячения; в – многоколпачковая; г – ситчатые (решетчатые); д – провальная; е – клапанная; ж – чешуйчатая
В клапанных тарелках распределительным устройством для пара являются клапаны (пластины той или иной формы), которые перекрывают отверстия тарелки и под давлением пара поднимаются, пропуская пар. Предельная высота подъема клапана определяется высотой ограничительного устройства. Клапанные тарелки обладают способностью к самоочищаемости. Они используются в ректификационных и эпюрационных колоннах.
Чешуйчатые тарелки относятся к группе однонаправленных, где пар и жидкость движутся в одном направлении, причем пар способствует движению жидкости. Их целесообразно устанавливать в бражных колоннах, работающих на паточной и зернокартофельной бражке. Чешуйчатые тарелки обеспечивают высокую эффективность и производительность при работе в струйном режиме, когда скорость пара в щелях превышает 12 м/с.
Работу тарелок оценивают по пропускной способности по пару и жидкости, по способности разделять рабочую смесь, по диапазону устойчивой работы, по гидравлическому сопротивлению и др. Пропускная способность по пару и жидкости характеризует производительность колонн (удельный объем конечного продукта с единицы поперечного сечения колонны).
Способность разделять перегоняемую смесь называют эффективностью контактного устройства или колонны в целом. Обычно определяют число теоретических тарелок (ступеней изменения концентраций) или число единиц переноса и по нему оценивают эффективность тарельчатых колонн.
Под теоретической тарелкой понимают такое устройство, которое обеспечивает контакт пара и жидкости, в результате покидающие его потоки, достигают фазового равновесия. Практически на реальных тарелках такое равновесие почти никогда не достигается. Теоретическая тарелка служит эталоном для установления эффективности реальных тарелок.
4.6.1. Брагоперегонные установки
В спиртовой промышленности применяются брагоперегонные установки двух типов – одноколонные и двухколонные (рис. 4.59). В одноколонной установке бражка, предварительно подогретая в дефлегматоре 4, поступает на верхнюю тарелку колонны 1. Нижняя часть колонны называется бражной, куда снизу подводится греющий пар. Из бражной колонны водно-спиртовые пары направляются в нижнюю часть спиртовой колонны 2; здесь пары укрепляются. Из колонны 2 укрепленные пары поступают в межтрубное пространство дефлегматора 4.
К
онденсируясь, пары отдают теплоту бражке, протекающей в трубах дефлегматора. Конденсат водно-спиртовых паров возвращается в колонну 2 в виде флегмы. Несконденсировавшиеся пары направляются в холодильник 5, где они конденсируются и образуют спирт-сырец. Спирт-сырец содержит не только воду и спирт, но и другие летучие продукты, входящие в состав бражки.
Рис. 4.59. Принципиальные схемы брагоперегонных установок
В двухколонной установке подогретая в дефлегматоре 4 бражка поступает в бражную колонну 7, где из бражки испаряется спирт. Водно-спиртовые пары через ловушку 6 попадают во вторую колонну. В ловушке отделяется жидкость, увлеченная парами; отсюда она возвращается в колонну 1. Верхняя часть колонны 2 служит для укрепления паров спиртом; нижняя часть колонны 3 предназначена для истощения (вываривания) стекающей флегмы, откуда отводится лютерная вода. Таким образом, в этой установке из бражки и флегмы спирт испаряется раздельно, вследствие чего повышается концентрация сухих веществ в барде.
Гидравлический предохранитель 6 предотвращает образование в колонне вакуума. Жидкость из пробного холодильника поступает в сборник 3.
Колонна изготовляется из меди. При приемке она испытывается под давлением 0,1 МПа.
Техническая характеристика одноколонной брагоперегонной установки: производительность при переработке бражки крепостью 7,5 об.% – 500 дал/сут; избыточное давление – до 0,05 МПа; средняя температура, – 100°C; общее число тарелок – 27; в том числе в укрепляющей части: многоколпачковые – 7; ситчатые – 2; в истощающей части одноколпачковые – 18; диаметр колонны (внутренний) – 700 мм; высота колонны – 8240 мм.
Горизонтальный дефлегматор (рис. 4.60) состоит из двух барабанов 1. Он имеет две трубчатые многоходовые поверхности охлаждения 2. В одной из них по трубам протекает бражка, в другой – охлаждающая вода. Бражка и вода делают в дефлегматоре несколько ходов, что обеспечивается соответствующим расположением перегородок в распределительных коробках.
Р
ис. 4.60. Двухбарабанный горизонтальный дефлегматор
Для направления потока пара в межтрубном пространстве дефлегматора установлены поперечные перегородки. Бражные трубы дефлегматоров изготовляют из меди, водяные трубы – из стали. Дефлегматор испытывают гидравлическим давлением 0,4 МПа для трубного пространства и 0,15 МПа для межтрубного пространства. Корпус дефлегматора, коробки, крышки, решетки, фланцы, патрубки и трубы водяной секции изготовляются из
углеродной стали; трубы бражной секции – из меди; обечайки, фланцы, днище и решетки – из стали.
Техническая характеристика дефлегматора двухбарабанного горизонтального: диаметр (внутренний) барабана – 600 мм; длина – 3465 мм; общая площадь поверхности теплообмена – 32 м2; масса – 495 кг.
К
омбинированный холодильник (рис. 4.61) предназначен для конденсации и охлаждения спирта-сырца в верхней части I имеет прямые медные трубы, по которым движется вода; в нижней части холодильника II установлены медные змеевики. Вода поступает сначала в нижнюю часть холодильника и омывает наружную поверхность змеевиков, затем она направляется в межтрубное пространство верхней части. Трубы змеевиков имеют малое сечение, поэтому скорость конденсата в них и коэффициент теплопередачи значительны.
|
Рис. 4.61. Комбинированный холодильник для спирта-сырца |
4.6.2. Брагоректификационные установки непрерывного действия
Брагоректификационные установки предназначены для получения спирта-ректификата непосредственно из бражки. Брагоректификационные установки непрерывного действия являются основным типом оборудования для выделения и очистки спирта на предприятиях спиртовой промышленности. Бражка в этих установках разделяется на спирт-ректификат, эфироальдегидную ф
ракцию, сивушное масло и барду. В них же отбираются промежуточные продукты (сивушные спирты).
Брагоректификационные установки бывают прямого, полупрямого и косвенного действия.
|
Р  ис. 4.62. Принципиальная схема брагоректификационной установки прямого действия
|
|
Рис. 4.63. Принципиальная схема брагоректификационной установки полупрямого действия |
регулируется дроссельным клапаном. Хвостовые и промежуточные продукты, а также остатки головных продуктов отбирают в ректификационной колонне. Ректификат отводят в жидком виде с одной из верхних тарелок ректификационной колонны.
В
установке полупрямого действия (рис. 4.63) бражка, не подвергаясь предварительной эпюрации, поступает непосредственно в бражную колонну 1. В этой колонне выделяются спирт и все примеси. Пары направляются через ловушку-сепаратор 3 в эпюрационную колонну 2 с концентрационной частью 4, дефлегматором 5 и конденсатором 6, где из них выделяются головные примеси.
|
Рис. 4.64. Принципиальная схема брагоректификационной установки косвенного действия |
В установках косвенного действия (рис. 4.64) водно-спиртовые пары, поднимающиеся из бражной колонны 7, полностью сгущаются в дефлегматоре 2 и конденсаторе 3, после чего в жидком виде поступают на эпюрацию в эпюрационную колонну 4 с дефлегматором 5 и конденсатором 6.
Эпюрат направляется в ректификационную колонну 9, снабженную дефлегматором 8 и конденсатором 7, где выделяются промежуточные продукты, сивушное масло и спирт-ректификат. Данная установка принята как типовая из-за высоких эксплуатационных показателей.
Общий расход теплоты Qобщ (кДж/ч) определяется из теплового баланса ректификационной колонны
,
где: rд – теплота парообразования смеси, кДж/кг (rд = 850 кДж/кг); ск, ср и сд – соответственно удельные теплоемкости кубового остатка, поступающего на ректификацию раствора и дистиллята, кДж/(кг·К) [ск = 4,19 кДж/(кг·К); ср = 4,31 кДж/(кг·К); сд = 3,6 кДж/(кг·К)]; tк, tр и tд – соответственно температуры кипения кубового остатка, поступающего на ректификацию раствора и дистиллята, °C (tк = 95°C; tр = 87°C; tд = 78°C).
Потери теплоты Qп (кДж/ч) принимают в количестве 3…5% общего расхода теплоты
,
Тогда 
.
Расход греющего пара D (кг/ч) определяют по формуле
,
где: i" и i' – энтальпии греющего пара и конденсата, определяемые по давлению насыщенного водяного пара, кДж/кг (i" = 2730 кДж/кг и i'=558,9 кДж/кг).
<предыдущая страница | следующая страница>