Calculul și Dimensionarea unei Instalații de Separare prin Distilare a Amestecului Binar etanol-apă

1. Tema proiectului

Calculul şi dimensionarea unei instalaţii de separare prin distilare a amestecului binar etanol-apă.

2. Memoriu justificativ

Acest proiect are drept scop rectificarea unei plămezi de cereale şi cartofi plecând de la o concentraţie iniţială de 9 % etanol şi ajungând la concentraţia de 92% etanol în alcoolul brut.

În vederea realizării proiectului s-a consultat literatura de specialitate. Iniţial s-a urmărit înţelegerea procesului de distilare şi rectificare, metode de obţinere şi utilaje necesare.

Pentru obţinerea concentraţiei de 92% etanol, folosind ca materie primă cerealele şi cartofii s-au ales următoarele etape şi instalaţii de separare:

- de la 9% etanol în plămada fermentată până la 30% în instalaţia de distilare continuă tip INDIS 400;

- de la concentraţia de 30% la 92%, separarea are loc într-o coloană de concentrare;

S-au realizat calcule doar pe coloana a doua de distilare.

Pentru încălzirea coloanei am folosit abur cu debitul de 389,78 kg/h, iar necesarul de apă rece la condensator este de 14015,85 kg/h.

Plămada fermentată este introdusă pe la partea superioară a coloanei INDIS 400. Aburul se introduce pe la baza coloanei de distilare. Coloana de distilare este prevăzută cu talere cu sită, iar plămada se scurge prin aceasta cu viteză şi debit constante.

Urmărindu-se păstrarea gradului de productivitate la valori ridicate, instalaţia va funcţiona în regim continuu menţinându-se cifra de reflux la o valoare constantă, de 2,5.

Folosind diferite metode s-a constatat că numărul talerelor teoretice este 16.

Dimensionarea a dezvăluit următoarele valori legate de structura coloanei, diametrul de 0,44 m şi înălţimea de 4 m cu o distanţă între talere de 200 mm.

Pornind de la datele iniţiale de proiectare şi folosind formule preluate din literatura de specialitate, s-a realizat bilanţul masic şi bilanţul energetic pentru coloana de concentrare dimensionându-se apoi condensatorul şi blaza.

3. Figura 1. Schema tehnologică de obţinere a etanolului din cereale şi cartofi

Însăm

4. Descrierea fluxului tehnologic

Recepţia calitativă şi cantitativă

Această etapă se consideră a fi o însumare de mai multe procedee, şi anume: recepţie, depozitare, transport, precurăţire şi curăţire. Aceste au fost grupate deoarece considerăm pierderile de masă ca fiind foarte mici, astfel adunându-le se obţine p1.

Recepţia materiei prime se realizează la nivelul depozitului de marfă disponibil.

Depozitarea (cereale şi cartofi) se face în silozuri sau magazii. În timpul depozitării au loc pierderi în amidon, care sunt cu atât mai mari cu cât umiditatea, timpul şi temperatura de depozitare cresc. Considerăm această etapă scurtă şi deci fără pirderi calitative.

Transportul se realizează prin canale de transport.

Precurăţirea se realizează cu pierderi de materie.

Cântărirea se realizează fără pierderi; masa cântărită se consiră ca cea luată în lucru.

Măcinarea, Fluidizarea şi Răcirea la 55°C

Se foloseşte o metodă de macinare uscată şi umedă (DSA) deoarece prezintă avantajul obţinerii unei granulaţii optime, şi, în plus, avantaje în privinţa consumului de energie (se reduce până la 16kW/t cereale).

Se foloseşte ca enzimă de fluidizare α-amilaza.

Măcinarea se realizează odată cu fluidizarea şi răcirea la 55°C în aceeaşi instalaţie.

Zaharificarea

Pentru a fi favorizată hidroliza enzimatică a amidonului, are loc o gelativizare a granulelor de amidon pe cale hidrotermică, înaintea zaharificării.

Enzimele folosite sunt de natură vegetală sau microbiană. Se adaugă H2SO4 pentru corectarea pH-ului.

Plămada dulce este trecută în zaharificator, apoi are loc răcirea.

Răcirea la 33°C

Se realizează în scopul aducerii plămezii la temperatura optimă de însămânţare.

Însămânţarea

Se face cu drojdii multiplicate în laborator, dar nu înainte ca acestea să fi suferit o prefermentare.

Răcirea la 18-20°C

Se realizează în vederea optimizării condiţiilor de fermentare.