Dimensionarea și calcului unei instalații de separare prin distilare a amestecului binar etanol-apă

MEMORIU JUSTIFICATIV

Acest proiect are drept scop rectificarea unui amestec binar de etanol-apă plecând de la o concentraţie de 6 % alcool în tescovină şi ajungând la concentraţia de 90 % în alcoolul brut.

Pentru realizarea operaţiei de distilare în vederea obţinerii concentraţiei de 90 % alcool, am ales următoarele etape şi instalaţii de separare:

- de la 6% alcool în plămada fermentată până la 30% în instalaţia de distilare continuă tip INDIS 400;

- de la concentraţia de 30 % la 90 %, separarea are loc într-o coloană de concentrare.

Tescovina fermentată este introdusă pe la partea superioara a coloanei INDIS şi este preîncălzită. Aburul se introduce pe la baza coloanei de distilare. Coloana de distilare este prevăzută cu talere, iar tescovina se scurge prin aceasta cu o viteză constantă, în contracurent cu aburul folosit în procesul de încălzire.

Între coloana INDIS şi coloana de concentrare, avem un condensator pentru a transforma vaporii în lichid, fără ca acesta să fie subrăcit. Distilatul astfel obţinut va intra in coloana de concentrare la temperatura optimă, fără ca acesta să mai fie preîncălzit. Deoarece avem nevoie de a îmbogăţi compusul uşor volatil, o parte se refluxează în coloană pentru a ajunge la concentraţia dorită de alcool etilic.

Pornind de la datele iniţiale de proiectare şi folosind formule găsite în literatura de specialitate, am dimensionat blaza, coloana şi condensatorul.

NOŢIUNI TEORETICE

I.1. Distilarea. Rectificarea

Distilarea – operatia de separare a componentilor unui amestec omogen de lichide, pe baza diferentei de volatilitate a componentilor.

Operatia de distilare este o operatie dubla, compusa din:

1. Fierberea partiala a amestecului;

2. Condensarea vaporilor.

In rectificare, perechea de operatii ( fierbere – condensare ) se repeta de mai multe ori.

Rectificarea = distilarea repetata

Separarea prin distilare este cu atat mai usoara si mai completa, cu cat diferenta dintre volatilitatile componentilor este mai mare ( cu cat raportul volatilitatilor este mai departat de unitate ). Separarea si conditiile separarii depind de relatiile dintre proprietatile fazei lichide si a fazei de vapori ale sistemului ( echilibrul lichid-vapori ).Alcoolul de tescovină este o băutură alcoolică obţinută prin distilarea tescovinei după faza de fermentaţie.

I.2. Echilibrul lichid - vapori

Un lichid pur ( format dintr-o singură substanţă ) fierbe la temperatura la care presiunea de vapori a substanţei este egală cu presiunea sub care se face fierberea. Temperatura rămâne neschimbată în timpul fierberii dacă presiunea este mentinută constantă; compoziţia lichidului şi compoziţia vaporilor sunt identice şi nu variază în timpul fierberii.

Într-un lichid format din mai multe substanţe ( mai mulţi componnţi ), fierberea începe când suma presiunilor parţiale ale componenţilor este egală cu presiunea sub care se face fierberea. Temperatura se schimbă ( creşte ) în timpul fierberii ( sub presiune constantă ). Compoziţia lichidului este diferită cu excepţia compoziţiilor azeotrope de compoziţia vaporilor, aceştia fiind mai bogaţi în componentul sau componenţii mai volatili. Compoziţia lichidului şi compoziţia vaporilor variază în timp, îmbogăţindu-se în componentul sau componenţii mai greu volatili.

Dimensionarea coloanelor cu talere, în sensul determinării numărului de talere reale necesare, se realizează prin două metode:

- dimensionarea la echilibru, adică determinarea numărului de echilibre, de talere teoretice, necesare realizării separării cerute. Numărul de talere reale se determină considerând abaterea exprimată ca eficientă a talerului sau eficienţa globală a coloanei;

- dimensionarea pe baza cineticii transferului de masă, metodă care determină concentraţiile şi temperaturile de fierbere pe fiecare taler şi nemijlocit, numărul de talere reale N.

Variante ale operatiei de distilare:

o Distilarea simpla;

o Distilarea fractionata;

o Antrenarea cu vapori;

o Rectificarea;

o Distilarea azeotropa;

o Distilarea extractiva;

o Distilarea adsorbtiva;

o Distilarea moleculara.