Курсовая на тему Оборудование для процесса ректификации спирта

Содержание


Введение 3
Глава 1. Понятие и теплофизические свойства водно-спиртовых растворов при ректификации 5
1.1. Понятие спирта как химического вещества 5
1.2. Теплофизические свойства водно-спиртовых растворов. 6
1.3. Основные свойства спирта-ректификата 11
Глава 2. Теория ректификации спирта 14
2.1. Цель ректификации 14
2.2. Оборудование для ректификации 14
2.3. Работа ректификационной колонны 16
2.4. Понятие и количество «теоретических и физических тарелок» 18
2.5. Пропускная способность колонны. Захлебывание колонны. 21
2.6. Мощность, производительность, резервы и название установок 27
Заключение 29
Список используемой литературы 31
Введение

Актуальность исследования обусловлена тем, что всем хорошо известно, что этиловый спирт находит широкое применение в домашнем хозяйстве не только как пищевой продукт, используемый для приготовления напитков и как консервирующее средство в заготовках плодов, ягод и соков. Он незаменим и при приготовлении лекарственных настоек, является хорошим средством, стимулирующим кровообращение, и поэтому применяется как эффективное средство для компрессов и растирок.
Получение спирта в домашнем хозяйстве всегда было связано с двумя основными проблемами: юридической (запрет самогоноварения) и технической (отсутствие простого, дешёвого и надёжного оборудования).
С 1 января 1997 года не существует запрета на производство спирта для нужд домашнего и фермерского хозяйства. Решение технической проблемы достигнуто с появлением лабораторного универсального малого ректификационного комплекса, из которого комплектуются установки РУМ.
Основными направлениями применения колонн, собранных на базе модулей, являются:
повышение качества органических растворителей на малых предприятиях не химического профиля (например, очистка технических растворителей, таких, как изопропиловый спирт, ацетон и др., до квалификации Ч, ХЧ и ОЧ);
очистка растворов органических веществ в химических, биохимических, фармацевтических лабораториях и малых производствах;
переработка отходов органических растворителей с целью их повторного использования;
выделение душистых веществ на предприятиях парфюмерного профиля;
демонстрация разделения жидкостей с близкими температурами кипения методом ректификации в учебных заведениях – школах, колледжах, институтах и др.
Специалисты по ректификации пищевого спирта подобрали оптимальный (по соотношению цена – качество – производительность) состав модулей лабораторного комплекса ЛУММАРК, позволяющий комплектовать ректификационные установки типа РУМ (ректификационные установки малые) производительностью от 100мл/ч до 3л/ч, и разработали на основе запатентованного способа методику работы на этих установках, обеспечивающую получение высококачественного пищевого спирта. Эти «удачные» установки внесены в реестр лабораторного оборудования, рекомендованного для высших учебных заведений пищевой промышленности РФ.
Установки типа РУМ выполнены их материалов, разрешенных к применению в пищевой промышленности, и сертифицированы.
Цель работы – исследование оборудования для процесса ректификации спирта.
Для реализации этой цели поставлены следующие задачи: дать понятие и охарактеризовать теплофизические свойства водно-спиртовых растворов при ректификации, изучить основные свойства спирта-ректификата, рассмотреть оборудование для процесса ректификации спирта.
Предмет исследования – оборудование для процесса ректификации спирта.
Объект исследования – ректификация спирта.
Работа выполнена на основе нормативно-правовых актов РФ и трудов отечественных авторов в области оборудования для процесса ректификации спирта. Методологической основой исследования явились основные положения материалистической диалектики и логики в их единстве.

Глава 1. Понятие и теплофизические свойства водно-спиртовых растворов при ректификации

1.1. Понятие спирта как химического вещества

Этиловый спирт (этанол, винный спирт) – C2H5OH – бесцветная жидкость с характерным запахом. Получается сбраживанием пищевого сырья, гидролизом растительных материалов и синтетически – гидратацией этилена. Очищается ректификацией. Синтетический путь получения этанола достаточно сложен, а результатом является технический спирт-ректификат, содержащий большое количество не отделяемых ректификацией примесей. Этот путь широко применяется в промышленности. Другой путь получения спирта более доступен и связан с технологией сбраживания простых сахаров дрожжами. Именно так получается обычное вино и именно поэтому первое имя этилового спирта – винный спирт. Химическая формула этого превращения в очень упрощенном виде выглядит так:
C6H12O6 = 2 C2H5OH + 2 CO2 + ТЕПЛО [8, с. 39].
Т.е. из одной молекулы сахара с помощью дрожжевых клеток образуется две молекулы этилового спирта, две молекулы углекислого газа и выделяется приличное количество тепла. Для определения соотношения массовых превращений достаточно подставить в предыдущую химическую формулу мольные массы атомов: водорода Н=1, углерода С=12 и кислорода О=16:
(12·6+1·12+16·6) = 2·(12·2+1·5+16+1) + 2·(12+ 16·2),
или 180 = 92 + 88;
и тогда можно сделать вывод, что из 180кг сахара получается 92кг спирта и 88кг углекислого газа. Таким образом, теоретический выход спирта из сахара составляет 0.511кг/кг, а учитывая плотность этилового спирта (? = 0,8кг/л), будет равен 0,64л/кг. Если спирт получают не из сахара, а из сахаросодержащего сырья (виноград, сахарная свекла, топинамбур и т.д.), тогда, зная сахаристость продукта, легко определить выход из него спирта. Так, например, если яблоки содержат 12% сахара, то теоретический выход спирта из сока этого сырья (выход сока из яблок составляет 70%) будет равен 54мл/кг:
1кг (яблоки) =>0.7 кг (сок) => 0.084кг (сахар) => 0.054л (спирт).
Чаще всего спирт получают из крахмалосодержащего сырья (картофель, зерно и т.д.). Тогда в технологической цепочке приготовления спирта появляется процесс осахаривания крахмала – превращение (гидролиз) крахмала сырья под воздействием определенных ферментов в сахар
(C6H10O5)n + n·H2O + ФЕРМЕНТ = n·C6 H12O6,
а затем производится его сбраживание.
Как и в предыдущем случае можно рассчитать, что из 1кг крахмала теоретически получается 1,11кг сахара. Зная содержание крахмала в сырье можно легко определить выход спирта из того или иного продукта. Так, например, если в пшенице содержится 60% крахмала, то теоретический выход спирта из такого зерна составит 0,426л/кг:
1кг (пшеница) => 0,6 кг (крахмал) => 0,666кг (сахар) => 0,426л (спирт).
Практический выход спирта всегда на 10…15% меньше теоретического. Такие потери считаются нормальными и, главным образом, связаны с: недобродом, то есть с ситуацией, когда часть сахара остается в бражке и не превращается в спирт; неправильным брожением, то есть когда часть сахара превращается не в спирт, а в некоторые другие вещества примеси; прямыми потерями, когда часть спирта просто улетучивается вместе с углекислым газом в процессе брожения, или теряется при перегонке и ректификации.

1.2. Теплофизические свойства водно-спиртовых растворов.

Свойства абсолютизированного 100% этилового спирта (ЭС) с практической точки зрения мало интересны (tкип=78,3°C при 760мм.рт.ст., ?=790кг/м3). Поэтому, здесь мы разберемся со свойствами бинарной (двойной) смеси ЭС + вода, дающими полное представление о работе ректификационного оборудования и получения на нем этилового спирта-ректификата. Всем известно, что ЭС очень хорошо растворяется в воде образуя бинарную водно-спиртовая смесь (раствор), которая может содержать в себе любое количество спирта. В случае использования тех или иных справочных данных необходимо четко различать два понятия концентрации спирта в водно-спиртовом растворе – массовая и объемная концентрации. Массовая концентрация спирта используется только для физических расчетов, анализа процессов горения и др. Массовая концентрация – это масса спирта в массе раствора ( обозначается как % масс. , или кг/кг, или г/г). Чаще и традиционно используется понятие объемной концентрации спирта – это объем спирта в объеме раствора (обозначается как % об. , или м3/м3 , или л/л , или мл/мл). Эта некоторая «путаница» в концентрациях возникает из-за разной плотности спирта (?=790кг/м3=0,79г/мл) и воды (?=1000кг/м3=1г/мл). Разница в цифрах объемной и массовой концентраций одного и того же раствора существенна, поэтому далее мы будем пользоваться только понятием объемной концентрацией спирта [8, с. 39].
Для определения объемного содержания спирта в растворе – концентрации спирта в жидкости (X) используются специальные спиртометры: АСП-3 0…40%, АСП-3 40…70%, АСП-3 70…100%, АСП 95…105%, АСП-2 96…101%, с термометром АСПТ 60…100%. Стоит отметить, что плотность водно-спиртового раствора сильно зависит от его температуры, а все эти приборы измеряют именно плотность раствора (используют силу Архимеда). Поэтому реальное содержание спирта в растворе совпадает с показаниями этих приборов только при 20?C, что и указано на шкалах этих приборов.
Наиболее известными растворами являются водка – 40% и спирт-ректификат – 96,4%. Кстати, содержание спирта в бражке находится в пред