Реконструкция цеха по производству глицерина мощностью 100 т/сутки в городе Красноярске

Содержание Введение

1. Технико-экономическое обоснование

1.1 Общая характеристика предприятия

1.2 Технико-экономические показатели предприятия

1.3 Маркетинговые исследования

1.4 Обзор научно-технической информации

1.5 Выбор и обоснование технологического процесса

1.6 Инженерное обеспечение предприятия

1.7 Обеспечение предприятия сырьем, материалами и трудовыми ресурсами

2. Технологические решения

2.1 Теоретические основы процесса

2.2 Описание технологической схемы

2.3 Производственная программа

2.4 Материальные и тепловые расчеты

2.5 Потребность в оборудовании

2.5.1 Вакуум-сушильный аппарат и диаэрационный аппарат

2.5.2 Расчет расхода воды

2.5.3 Расчет расхода пара

2.5.4 Ректификационная колонна

2.5.5 Определение температуры кипения жирных кислот в кубе

2.5.6 Определение числа теоретических тарелок и высоты насадки

2.5.7 Парциальный конденсатор

2.5.8 Поверхностный холодильник для глицерина

2.6 Управление качеством

3. Строительные решения

3.1 Общие сведения о генеральном плане

3.2 Общие сведения и исходные данные для реконструкции цеха

3.3 Бытовые помещения

3.4 Освещение

3.5 Водоснабжение

3.6 Горячее водоснабжение

3.7 Канализация

3.8 Вентиляция и кондеционирование

4. Безопасность и экологичность проекта

4.1 Основные положения законодательства об охране труда

4.2 Общие правила поведения работающих на территории предприятия

4.3 Безопасность производственного оборудования и технологических процессов

4.4 Меры безопасности при работе с технологическим оборудованием

4.5 Правила пожарной безопасности

4.6 Санитарно-гигиенические требования

4.7 Охрана окружающей среды

5. Основные технико-экономические показатели проекта

5.1 Определение капитальных затрат на ввод в действие реконструированного предприятия

5.2 Производство и реализация продукции

5.3 План по труду и заработной плате

5.4 Материально-техническое обеспечение

5.5 План по себестоимости продукции

5.6 Расчет технико-экономических показателей Заключение Список использованных источников Введение В ближайшие годы одно из первых мест по темпам роста среди отраслей народного хозяйства принадлежит химической промышленности и особенно органическому синтезу. В связи с этим, отдельные отрасли химической промышленности предъявляют требования на повышенные количества некоторых продуктов масложировой промышленности. Так, в вырабатываемые промышленностью пластификаторы, детергенты, синтетический каучук, ударопрочный полистирол, химические волокна и другие продукты синтеза в качестве исходного сырья входят различные количества естественных индивидуальных жирных кислот и высших жирных спиртов. Разделение смеси природных жирных кислот и высших спиртов на индивидуальные компоненты эффективно осуществляется методом ректификации в аппаратах колонного типа.

Гидролиз жиров и растительных масел проводится с целью получения глицерина и жирных кислот.

Глицерин имеет важное значение для различных отраслей промышленности, что подтверждается непрерывным ростом его потребления. Он, в частности, находит широкое применение в производстве целлофана, алкидных смол, взрывчатых веществ, пластмасс, косметических изделий, медицинских препаратов, укупорочных изделий, сальниковых уплотнений, в табачной, текстильной и во многих других отраслях промышленности.

В настоящее время заводы производят разные сорта глицерина: динамитный, химически чистый, текстильный и технический.

Глицерин получают из жиров, «расщепляя» их. Расщепление жиров с целью извлечения из них глицерина связано главным образом с производством мыла. Задачей в этом случае, кроме утилизации глицерина, является получение свободных жирных кислот, что позволяет использовать для варки мыла в основном кальцинированную соду, стоимость которой намного ниже каустической соды.

К расщеплению жиров прибегают при получении стеарина, олеина и жирных кислот, используемых и для других технических целей.

Жирные кислоты, чаще всего в виде их эфиров (бутиловых или метиловых) применяют для получения высших жирных спиртов. Жирные кислоты используют в производстве алкидных и глифталевых смол, алифатических аминов и для многих других назначений.

1. Технико-экономическое обоснование Технико-экономическое обоснование — это документ, который разрабатывается для вновь создаваемых и реконструируемых предприятий и подтверждает экономичность проектирования и работы будущего предприятия. В процессе ТЭО устанавливается производственная мощность предприятия, потребности его в материалах, сырье, уточняется место размещения нового предприятия, решаются транспортные вопросы, определяется себестоимость продукции и общие затраты на ее производство, необходимые капитальные вложения и их экономическая эффективность. От качества ТЭО зависит не только решение кратковременных проблем, связанных с капитальным строительством и вооружением завода новой техникой, но и эффективность его дальнейшей деятельности — его будущее как производителя.

1.1 Общая характеристика предприятия При выборе места строительства учитывается географическое положение, наличие полезных ископаемых, рельеф, климатические условия. Важным фактором является также наличие водоемов для обеспечения непрерывного подвода воды, сырья, путей сообщения для безопасной, экологичной и дешевой доставки этого сырья и других полуфабрикатов от поставщиков, а также отгрузки готовой продукции, развитой инфраструктуры, достаточная энергетическая база. Необходимо отметить также важность хорошо развитой научной базы для подготовки специалистов в данном производстве и наличия возможности выбора рабочей силы с учетом технологических особенностей и параметров данного процесса. Учитывая все вышеперечисленные факторы, выбираем для строительства производства для ректификации жирных кислот г. Красноярск, как крупный научно-технический, учебно-производственный и сырьевой пункт.

Красноярск — столица Красноярского края.

Город связан железнодорожными, водными, автомобильными путями с районами — поставщиками и потребителями. Цех по расщеплению жиров предполагается расположить в непосредственной близости от железнодорожного узла, что значительно облегчит доставку сырья и материалов для перевоза в железнодорожных вагонах и цистернах.

Достаточна и энергетическая база. Электропитание планируется провести из систем электроснабжения сети «Красэнерго».

Вода в цехе используется для технологических целей: в теплообменниках, для промывки оборудования. Источником воды является река Енисей.

Производство расположено в плотнонаселенном районе Красноярского края — городе Красноярске, что обеспечит стабильный приток рабочей силы.

В Красноярске имеется ряд учебных заведений, готовящих производственные кадры.

Инженерные кадры готовятся в КрасГАУ.

Однако, учитывая экологическую ситуацию, в том числе повышенную фоновую концентрацию вредных веществ в атмосфере, строительство нового химического предприятия на территории края допустимо лишь при совершенствовании установок для обезвреживания отходов производства и сведения этих отходов к минимальному количеству.

Проектом предусмотрена очистка сточных вод базового производства с целью охраны окружающей среды.

Основная часть продукции будет реализовываться в городе Красноярске, а так же во многих районах Красноярского края. С введением новых технологий в производство, реализация продукции увеличится, что дает расширить рынок сбыта в дальнейшем.

Цех предназначен для расщепления жиров мощностью 100 тонн в сутки. Цех работает в три смены при 8 часовом рабочем дне.

1.2 Технико-экономические показатели предприятия Глицерин имеет важное значение для различных отраслей промышленности, что подтверждается непрерывным ростом его потребления. Он находит широкое применение в производстве целлофана, алкидных смол, взрывчатых веществ, пластмасс, косметических изделий, медицинских препаратов, укупорочных изделий, сальниковых уплотнений, в табачной, текстильной и во многих других отраслях промышленности.

В настоящее время заводы производят разные сорта глицерина: динамитный, химически чистый, текстильный и технический.

Сегодня совершенно ясно, что сложившаяся в народном хозяйстве тенденция к ужесточению требований по ассортименту и качеству с каждым годом будет возрастать.

Получение продукции, соответствующей современным требованиям возможно только при реконструкции или создании новых цехов, использующих современное оборудование, применяющих контроль качества продукции на всех этапах производства.

Так как производство глицерина и жирных кислот основано на использовании отходов масложировой промышленности, проект цеха по расщеплению жирных кислот и получение готовой продукции, с возрастающим спросом представляется экономически целесообразным.

С точки зрения изыскания резервов для нашего производства целесообразно рассмотреть удельный расход сырья и химических реагентов.

Основным сырьем для предприятия являются растительный жир. С введением в производство новых технологий и сроков хранения реализация продукции будет увеличиваться, что даст возможность расширить рынок сбыта.

При выработке планируется достигнуть снижения удельного расхода основного вида сырья за счет внедрения современного оборудования.

В цехе планируется производить 10,7 т/сутки глицерина. В году 265 рабочих суток, 265 раб. суток * 10,7 тонны = 3300 т/год.

Прогнозируя долю конкурентов на Красноярском рынке в 15−20%, можно с уверенностью констатировать благоприятные условия для сбытовой деятельности цеха на длительную перспективу.

1.3 Маркетинговые исследования Маркетинговые исследования показали, что спрос на глицерин высок, так как он является основным сырьем в производстве мыла, косметики, лаков, красок, ПАВ и многих других товаров и продуктов, определяющих уровень жизни и благосостояния людей.

В 2007 году в России общие объемы производства составляли 5 393 тонн. В 2008 году, при наступлении кризиса объемы стали падать, в 2008 году составили 4 714 тонн. В 2010 году были достигнуты докризисные показатели. Рост производства произошел как за счет ввода новых мощностей, так и за счет реконструкции и расширения действующих производств. По статистическим данным 2009 -2010 года одной из крупнейших компаний ОАО «Нэфис Косметикс» — Казанский химический комбинат имени М. Вахитова увеличил объемы собственного производства с 1 512 тонн до 1 679. СанктПетербургские компании (ОАО «Невская косметика» и ЗАО «Аист») увеличили производство с 1452 тонн в 2009 году до 1488 тонн в 2010. «Жировой комбинат» Свердловской области в 2009 гоу производил 108 тонн технического глицерина, его объемы к 2010 году увеличились до 240 тонн. И лишь московской компании ОАО «СВОБОДА» не удалось в 2010 году увеличить объемы, они составили 605 тонн, тогда, как в 2009 году были равны 683 тонны.

Увеличение использования мощностей объясняется главным образом за счет ввода и освоения новых цехов.

Анализируя основные технико-экономические показатели работы предприятий, можно сделать вывод, что на каждом предприятии имеются резервы повышения экономической эффективности их работы.

Так, себестоимость производства 1 глицерина фракции довольно значительно отличается по предприятиям.

Средняя цена глицерина 99,5% за тонну составит 35 000 тысяч рублей. В городе Красноярске спрос на жирные кислоты превышает предложение, поэтому строительство нового завода будет экономически обосновано.

1.4 Обзор научно-технической информации Развитие производства синтетических тканей, пластмасс, специальных смазок, лаков, красок и других материалов вызвало значительный рост потребности в глицерине и жирных кислотах.

Для целого ряда отраслей промышленности, например, медицинской, пищевой и других, могут использоваться только высококачественные продукты гидролиза жиров, поэтому одной из основных задач является разработка способов и процессов гидролиза, позволяющих получать глубоко очищенный глицерин и жирные кислоты, удовлетворяющие требованиям мировых стандартов.

Реакция гидролиза жиров впервые была применена более 150 лет назад для производства жирных кислот стеарина. Увеличение потребности в стеариновых свечах требовало расширения действующих предприятий и организации новых заводов с применением гидролитического способа расщепления жиров.

С 1911 г. по предложению Т. С. Петрова в технике гидролиза стали применять сульфонефтяные кислоты. Такой метод гидролиза получил название контактного, а реактив, ускоряющий процесс, — контакт Петрова.

В последние десятилетия, в соответствии с рекомендациями М. В. Иродова, П. Н. Чукова, докт. техн. наук П. В. Науменко, отечественные предприятия стали переводить процесс гидролиза жиров на безреактивный метод в автоклавах под давлением 2,0−2,5 МПа и при температуре 210−225 °С.

За рубежом применяется непрерывный метод гидролиза в аппаратах колонного типа. Процесс ведется под давлением до 6 -6,5 МПа.

1.5 Выбор и обоснование технологического процесса В настоящее время 75% всех перерабатываемых в нашей стране жиров расщепляется безреактивным способом, 18% - с применением контакта Петрова и около 7% - путем переработки подмыльных щелоков.

При расщеплении жиров различными методами (при прочих равных условиях) безреактивное расщепление позволяет получать глицерин, имеющий лучшие показатели качества. Более современным методам безреактивного расщепления, которые позволяют получать выход глицерина 10,5−10,6%, в то время как при контактном способе эта величина не превышает 9,5−9,8%.

В целом качество глицерина зависит от способа расщепления, вида жиров, содержания в них органических и неорганических соединений и т. д.

Кроме того, при безреактивном методе гидролиза значительно сокращаются производственные площади, уменьшается продолжительность процесса и расход пара, улучшается качество жирных кислот и глицерина. В целом технико-экономические показатели при расщеплении жиров безреактивным способом на 15−20% выше, чем при контактном.

1.6 Инженерное обеспечение предприятия Основным источником водоснабжения данного цеха будет являться водозаборное сооружение реки Енисей, а также родниковые и природные источники.

Сточные воды будут направляться в систему канализации в городскую сеть. В дальнейшем на предприятии планируется применение системы оборотного водоснабжения, ввод в действие современных очистительных сооружений.

Необходимо бережно относится к окружающей среде и на деле заботиться о ней, поэтому будет ежегодно разрабатываться план по защите окружающей среды.

Электроснабжение планируется осуществлять кабельными линиями от ЛЭП, распределение электроэнергии к электроприемникам — от шкафов и щитков.

1.7 Обеспечение предприятия сырьем, материалами и трудовыми ресурсами Сырье для производства будет приобретаться у отечественных поставщиков. Ближайшие ОАО «Новосибирский жировой комбинат» и ОАО, ОАО Иркутский масложиркомбинат.

Рассчитывая на успех в конкуренции, можно полагаться на поддержку местного потребителя. Есть все основания полагать, что сегодня при одинаковом уровне качества, цена на продукт будет ниже.

Снабжение цеха вспомогательными материалами и моющими средствами будет осуществляться из Красноярска, с оптовых баз города.

Изготовление упаковочного материала будет производиться на заказ.

Для привлечения кадров будут заключаться договора со спецучреждениями, в том числе инженерно — технические работники будут набираться из числа студентов окончивших КрасГАУ (специальность технология жиров эфирных масел и парфюмерно-косметических продуктов).

2. Технологические решения

2.1 Теоретические основы процесса При взаимодействии воды с жирами происходи гидролитическое расщепление последних. На практике этот процесс носит название омыления, гидролиза или расщепления жиров. Реакция протекает с образованием жирных кислот и глицерина, которые являются составляющими глицеридов.

Вода в условиях реакции диссоциирует на ионы водорода и гидроксила, которые присоединяются, соответственно, к кислотному и спиртовому остаткам. В результате реакции образуются три молекулы жирных кислот и одна молекула глицерина.

На практике гидролиз жиров протекает с образованием промежуточных продуктов — дии моноглицеридов.

В первой стадии идет взаимодействие триглицерида с одной молекулой воды:

C₃H₅(OCOR)₃ + Н₂0 C₃H₅OH (OCOR)₂ + RCOOH

Образовавшийся диглицерид при взаимодействии с молекулой воды переходит в моноглицерид. При этом образуется вторая молекула жирной кислоты:

C₃H₅OH (OCOR)₂ + Н₂0 C₃H₅(OH)₂OCOR + RCOOH

На последней стадии взаимодействие моноглицерида с водой приводит к получению глицерина с образованием третьей молекулы жирной кислоты:

C₃H₅(OH)₂OCOR + Н₂0 С₃Н₅(ОИ)₃ + RCOOH.

Реакция омыления жиров, по данным проф. Б. Н. Тютюнникова, в основном протекает на поверхности соприкосновения двух фаз и скорость реакции тем больше, чем больше поверхность соприкосновения.

Механизм гидролиза жиров представляется в такой последовательности. В первой стадии процесс протекает в гетерогенной системе, на границах раздела водной и жировой фаз, когда молекулы глицеридов ориентированно расположены на поверхности раздела. В этой стадии в связи с низкой растворимостью триглицеридов в воде процесс гидролиза протекает с малой скоростью.

По мере образования дии моноглицеридов, обладающих по сравнению с триглицеридами большей растворимостью в воде за счет дополнительных гидрофильных ОН-групп, скорость гидролиза увеличивается, а процесс образования жирных кислот носит автокаталитический характер. Нарастание скорости реакции омыления продолжается до определенной фазы, когда система приближается к равновесному состоянию. Скорости прямой и обратной реакции, то есть скорости расщепления глицеридов и их синтеза из продуктов реакции становятся равными. Степень гидролиза глицеридов остается неизменной.

Одним из основных условий при расщеплении жиров является достижение максимально возможного выхода жирных кислот и глицерина с промежуточными продуктами. При достижении глубины расщепления 92−95% выход глицерина составляет 97−98% от эквивалентного количества образующихся жирных кислот.

Из таблицы 1 следует, что предел расщепления жиров повышается с увеличением содержания воды в системе: так, например, с повышением количества воды в жире с 10 до 25% глубина расщепления жиров практически возрастает с 57,6 до 95,5%.

Высокотемпературный гидролиз может осуществляться только под давлением, так как температура кипения воды, участвующей в реакции, зависит от давления и увеличивается с его возрастанием.

При расщеплении жиров выделяющийся глицерин, неограниченно растворяясь в воде, способствует увеличению ее растворимости в глицеридах. Поэтому на практике для ускорения процесса расщепления ис пользуют конденсат пролетного пара, содержащий небольшие количества глицерина.

Таблица 1

Зависимость между количеством воды в системе и максимальной глубиной расщепления жиров

Однако содержание глицерина в воде, способствующее интенсификации гидролиза, имеет предел, так как при достижении концентрации, соответствующей равновесному состоянию системы, реакция прекращается

2.2 Описание технологической схемы Наиболее распространенная принципиальная схема безреактивного расщепления жиров приведена на рис. 14.1. Жиры со сливной станции или из цеховых емкостей подаются на весы 1, после чего через воронку 2 сливаются в емкость 3, установленную над дозаторами и предназначенную для хранения запаса жиров, обеспечивающих бесперебойную работу автоклавного отделения.

Из емкости 3, в соответствии с графиком работы автоклавов, жиры насосами 4 подаются в мерники 14. Подача конденсата и второй глицериновой воды осуществляется через мерники 15.

Из мерников 11 и 15 компоненты, участвующие в процессе расщепления, насосом высокого давления 5 подаются в автоклав 13. Перемешивание реакционной массы в автоклаве осуществляется острым паром, подаваемым под давлением 2,5 МПа.

По окончании первой фазы расщепления и отстоя глицериновая вода выдавливается из автоклава через понизитель давления в теплообменник 12, снабженный тремя змеевиками, один из которых предназначен для пропускания глицериновой воды, другой — для жирных кислот, третий — для пролетного пара.

За счет собственного тепла продуктов, проходящих через змеевики, происходит предварительное упаривание глицериновой воды в теплообменнике.

К жирным кислотам, оставшимся в автоклаве после выдавливания глицериновой воды, добавляется из мерника 14 конденсат, после чего начинается вторая фаза расщепления.

По завершении гидролиза продукты расщепления разделяются отстаиванием, а глицериновая вода выдавливается по указанной выше схеме в теплообменник 12.

Жирные кислоты через сепаратор и змеевики теплообменника подаются в отстойник 8, где промываются и далее передаются на мыловарение, дистилляцию или в цеховые приемные емкости.

Глицериновая вода после частичного концентрирования из теплообменника 12 поступает в ловушку 10 для отделения остатков жирных кислот и недорасщепленных жиров и затем сливается в сборник 9 глицериновых вод.

Отстоявшийся в ловушке и сборниках 9 жир и жирные кислоты перекачиваются в емкость 7, после чего возвращаются на дорасщепление через мерники 14.

Пролетный пар из автоклавов 13 отводится в змеевик теплообменника 12, где конденсируется, а конденсат спускается в жироловушку 11 и далее в сборник 6 для приема конденсата. Конденсат пролетного пара используется для промывания жирных кислот и для расщепления жиров.

2.3 Производственная программа Основным звеном в технологической схеме безреактивного расщепления жиров является автоклав, работающий под давлением. На отечественных предприятиях изготавливаются автоклавы вместимостью от 9,5 до 20 м³.

С целью сокращения цикла расщепления подаваемые в автоклав продукты предварительно подогреваются до 90−95 °С.

Греющий пар высокого давления пускают в автоклав одновременно с вводом жирового сырья, причем до установления необходимой температуры количество подаваемого сырья в зависимости от вместимости автоклава составляет от 2000 до 3500 кг/ч.

При достижении рабочей температуры 225 °C и давлении 2,5 МПа через автоклав пропускают пролетный пар, который перемешивает находящиеся в нем жиры и воду. Указанный режим поддерживают в течение всего цикла расщепления жиров, а расход греющего пара сокращают до 200−400 кг/ч.

В зависимости от глубины расщепления жиров, интенсивности перемешивания содержимого автоклава и степени его заполнения меняется состав пролетного пара. С увеличением времени расщепления растет содержание жирных кислот в пролетном паре, так как происходит процесс дистилляции летучих при данной температуре продуктов.

Таблица 2

Некоторые показатели при расщеплении жира

Сырьем для получения глицерина и жирных кислот служит подсолнечный саломас.

2.4 Материальные и тепловые расчеты Реакция расщепления жиров протекает по известному химическому уравнению:

С₃Н₅(ОСОR)з + ЗН₂О = ЗRСООН + С₃Н₈0₃.

Триглидерид Вода Жирные к-ты Глицерин Основываясь на соотношении реагирующих веществ, можно вывести следующие уравнения для расчета выходов жирных кислот и глицерина^321ё и расхода реакционной воды в процентах к массе расщепляемых триглицеридов:

Жк выход жирных кислот;

Глвыход глицерина;

Wрасход реакционной воды;

Мжмолекулярная масса жирных кислот, образующих триглицерид;

Мгмолекулярная масса глицерина, Мг=92;

Мвмолекулярная масса воды; Мв= 18.

Расчет выхода глицерина и жирных кислот при расщеплении подсолнечного саломаса, Мж=282:

Выход глицерина при этом Соответственно расход реакционной воды Ниже приведен расчет выходов жирных кислот и глицерина расщеплении 1000 кг (G) технического подсолнечного саломаса, характеризующегося следующими показателями.

Число омыления Ч. о…190

Кислотное число Кч…4

Содержание свободных жирных кислот Кн…2%

Эфирное число Э. ч. = (Ч. о. — К.ч.) …186

Содержание жирных кислот Ж_к …95,7%

Расщепление ведут в автоклаве в два периода под давлением 2,5 МПа избыточных.

Глубину расщепления саломаса принимают следующую (по анализу):

после первого периода Р1 = 85%;

после второго периода Р₂ = 95%.

Количество конденсата, подаваемого на второй период расщепления (В_а), равно 300 кг/т.

При расщеплении жиров в результате отщепления глицерина масса жиров и жирных кислот снижается пропорционально количеству триглицеридов, подвергшихся гидролизу. Это снижение зависит от глубины расщепления Р, начальной кислотности жира Кн и теоретического выхода жирных кислот из данного жира Жк. Чтобы определить количество исходного жира, участвующего в реакции, находят переходный коэффициент от расщепленного жира к исходному по уравнению Состав продуктов реакции рассчитывают отдельно для каждого периода расщепления.

Первый период расщепления. При глубине расщепления по анализу Р = 85%, при начальной кислотности Кн = 2% и при теоретическом выходе жирных кислот из подсолнечного саломаса Ж_к = 95,7% переходный коэффициент будет Количество триглицеридов, вошедших в реакцию, будет равно Теоретический выход расщепленного жира после первого периода расщепления (без учета монои диглицеридов) составит В том числе:

а) жирные кислоты б) триглицериды Теоретический выход глицерина рассчитывают на основании эфирного числа жира Э и глицеринового коэффициента ф (ф=0,0547) по следующему уравнению:

Гл=Эф%.

Так, для нейтрального подсолнечного саломаса с эфирным числом, равным числу омыления Э = ч.о. = 190, теоретический выход глицерина составит Гл=190−0,0547=10,4% (в дальнейшем изложении число омыления обозначено буквой О).

При неполном расщеплении жиров выход глицерина подсчитывают по уравнению Гл = (Э-Э_р)ф% ,

где Э — Э. ч. исходного саломаса. Э = 186;

Э_р — Э.ч. частично расщепленного жира.

Фактический выход глицерина несколько меньше рассчитанного по этому уравнению за счет образования монои диглицеридов. Выход глицерина с учетом образования монои диглицеридов подсчитывают по уравнению Гл = (Э — Э_р)фn%,

или по массе Эфирное число расщепленного жира после первого периода находят из уравнения Выход глицерина за первый период расщепления Количество глицерина, связанного в виде монои диглицеридов, после первого периода расщепления можно определить по уравнению

X 0,0547 (1 — 0,94) = 5,2 кг.

Масса расщепленного жира после первого периода расщепления увеличивается по сравнению с рассчитанным по уравнению за счет содержания в нем монои диглицеридов на величину Окончательный выход расщепленного жира после первого периода будет равен С_К1 = G_К1 + П₁ = 964+2,2 = 966,2 кг.

Второй период расщепления. Выход расщепленного жира глицерина подсчитывают, пользуясь теми же уравнениями.

Количество триглицеридов, вошедших в реакцию во втором периоде при глубине расщепления Р₂ = 95% составит Переходный коэффициент от расщепленного жира к исходному будет Выход расщепленного жира после второго периода В том числе:

а) жирные кислоты б) триглицериды Эфирное число расщепленного жира после второго периода Выход глицерина за оба периода расщепления жира В том числе в течение второго периода расщепления Гл_г = Гл — Гл₁ = 94,8 — 81,7= 13,1 кг.

В приведенном выше уравнении принято, что при глубине расщепления Р₂ =95% п₂= 98% = 0,98.

Количество глицерина, связанного в виде монои диглицеридов, после второго периода расщепления находят, как и в предыдущем случае

X 0,0547(1 —0,98) = 1,9 кг.

Масса расщепленного жира после второго периода расщепления увеличится за счёт содержания в нем монои диглицеридов соответственно на 0,8 кг:

Теоретический выход расщепленного жира с учетом содержания в нем монои диглицеридов

G' _К2 = G_К2 + П₂ = 960+0,8 = 960,8 кг Выход глицерина к массе триглицеридов Таблица 3

Полученные данные, характеризующие теоретический выход расщепленного жира и глицерина из 1000 кг подсолнечного саломаса

Расчет концентрации глицериновых вод Первая глицериновая вода. На первый период расщепления жира поступает вторая глицериновая вода в количестве В_Гг =474,4 кг/т массы (веса) расщепляемого жира (расчет см. ниже). В течение первого периода расщепления образуется конденсат при подогреве жира и глицериновой воды до температуры реакции в количестве в'_к = 152+ 55 = 207 кг/т.

Количество конденсата, образующегося при компенсации тепловых потерь автоклава в течение 4 ч на первом периоде расщепления жира, составит Из них 5 кг конденсата образуется за счет расхода свежего пара и 14 кг — за счет конденсации пролетного острого пара подаваемого в автоклав.

Согласно приведенным выше данным, в течение первого периода расщепления жира выделяется Гл₁ =81,7 кг глицерина. На образование глицерина расход реакционной воды по уравнению (I—4) составляет 58,7% от массы глицерина, или Количество первой глицериновой воды В_Г1 =В_Г2++ +Гл1-W₁=474,4+ 207+ 19 +81,7−47,9=734,2 кг Концентрация первой глицериновой воды при выходе из автоклава При температуре 225 °C в расщепленном жире растворяется примерно 10% воды вж = G'_К2 • 0,1 = 960,8. 0,1 = 96 кг Количество первой глицериновой воды, удаляемой из автоклава, равно В'_Г1 = В_Г1 — в_ж = 734,2 — 96 = 638,2 кг Вторая глицериновая вода. На второй период расщепления жира подается свежий конденсат в количестве В_а = 300 кг/т.

Кроме того, при подогреве реагентов перед вторым периодом расщепления жира образуется конденсат в количестве в_к1=46+97+14=157кг/т Количество конденсата, образующегося в процессе компенсации тепловых потерь при работе автоклава в течение 2,5 ч, на втором периоде расщепления жира Из них 2 кг конденсата получают за счет расхода свежего пара и 10 кг — за счет конденсации острого пролетного пара. В течение второго периода образуется глицерин в количестве Гл₂=13,1 кг.

Количество реакционной воды, расходуемой на образование глицерина:

Количество второй глицериновой воды В_г2=В_а+в_к1+в_к2+Гл₂— W₂=300+157+12+13,1−7,7=474,4 кг Воду, растворенную в жире, в расчет не принимают, так как это количество ее компенсируется глицериновой водой, оставшейся в жире после первого периода расщепления.

Концентрацию второй глицериновой воды определяют следующим образом. С расщепленным жиром уносится на второй период расщепления первая глицериновая вода в количестве вж=96кг/т, концентрацией y1=12,9%. Количество уносимого глицерина Общее количество глицерина во второй глицериновой воде Гл_в=Гл₂+Гл_у=13,1+12,4=25,5 кг/т Концентрация глицерина во второй глицериновой воде Примерный баланс продуктов реакции, при безреактивном расщеплении 1000 кг саломаса (расчетные данные) сведен в табл. 3.

Баланс продуктов реакции расщепления жиров, приведенный в табл. 3, имеет некоторые условности. Жирные кислоты при выдавливании из автоклава могут увлечь в виде. эмульсии несколько больше глицериновой воды, чем принято в расчете. Эта вода удаляется вместе с глвцеролем при промывке жирных кислот в отстойниках. Первая глицериновая вода в свою очередь может увлечь некоторое количество жира. Этот жир отделяют в жироловушке и возвращают в процесс. Однако эти детали не меняют методики расчета и не влияют на конечные результаты.

Фактический выход жирных кислот несколько ниже теоретического. Некоторое количество кислот удерживается первой глицериновой водой при удалении ее из автоклава. При последующей обработке жирные кислоты (кроме водорастворимых) извлекают почти полностью. Эти возвратные отходы составляют 0,3—0,5% от массы расщепляемого жира. Принято для расчетов в=0,4%=4 кг/т.

Таблица 4

При последующей обработке глицериновой воды (перед выпариванием) известковым молоком жирные кислоты образуют кальциевые мыла по уравнению

2КСООН + СаО = (КСОО)₂Са + Н₂0 2•228 56 494 18

Если принять, что в раствор переходят преимущественно более низкомолекулярные жирные кислоты с условной молекулярной массой 228, а избыток активной извести составляет 3% от теоретического, то расход окиси кальция на каждую тонну расщепляемого жира будет равен

.

Расход продажной извести, при содержании 67% активной окиси кальция будет или расход известкового молока с концентрацией окиси кальция 60%

При обработке глицериновой воды известковым молоком образуется 4,3 кг кальциевого мыла, которое передают в мыловаренный цех.

Безвозвратные потери жиров д при автоклавном безреактивном расщеплении жиров за счет термического разложения их и потерь летучих кислот, уносимых с пролетным паром, и водорастворимых кислот составляют примерно 0,3—0,5%. Принято для расчетов д = 0,4% =4 кг/т.

Количество расщепленного жира, выгружаемого из автоклава после второго периода расщепления, с учетом безвозвратных потерь (д) и наличия монои диглицеридов составляет С_Р = G’к2 — (в + д) = 960,8 — (4+4) = 952,8 кг.

Если расщепленный саломас направляют на варку мыла, то при доомылении оставшихся в нем триглицеридов потери сырья дополнительно при отщеплении глицерина составляют Следовательно, выход жирных кислот при использовании расщепленного жира для мыловарения составит

G_м= G_р — д' + в = 952,8 — 2,9 + 4 = 953,9 кг, или 95,39%.

Расчет выхода глицерина В процессе расщепления жиров и обработки глицериновых вод часть глицерина теряется. По практическим данным жироперерабатывающих заводов, потери глицерина составляют (табл. 5)

Таблица 5

За вычетом потерь выход глицерина составит Гл_т = Гл • 0,95 = 94,8 •0,95 = 90 кг, или 9%

На производстве выход глицерина учитывают в пересчете на технический глицерин сапонификат. По действующему ГОСТу в сапонификате содержится 86% глицерина. Выход относят к количеству триглицеридов, содержащихся в исходном жире.

Произведя соответствующие расчеты, находят возможный выход глицерина сапонификата при расщеплении саломаса в процентах массе триглицеридов (за вычетом 5% потерь):

То же, в процентах к массе расщепленного жира:

.

Расчет расхода воды В расщепительно-глицеринювом цехе с автоклавным методом расщепления осуществляется замкнутый цикл использования конденсата.

Согласно приведенным данным расход свежего конденсата В_а, вводимого на второй период расщепления, на каждую тонну расщепляемых жиров составляет 300 кг.

Такое количество конденсата можно получить при конденсации пролетного пара, подаваемого в автоклав в процессе расщепления жира, и при конденсации вторичного пара, образующегося в понизителе давления, при прохождении через него жирных кислот.

По расчетным данным, в процессе расщепления жира в автоклав поступает 250 кг/т пролетного пара. Из этого количества при компенсации тепловых потерь конденсируется вара 14 + 10 = 24 кг.

Остальной пар проходит через понизитель, а затем поступает в змеевик аппарата для предварительного упаривания первой глицериновой воды.

Если принять коэффициент использования пролетного пара равным -95%, то конденсата образуется В_а, = (250 — 24) 0,95 = 215 кг.

Кроме того, при конденсации вторичного пара, образующегося в понизителе давления во время прохождения жирных кислот, будет получено конденсата В_а2 = в_ж * 0,95 = 96 * 0,95 = 90 кг.

После промывки жирные кислоты удерживают примерно 0,5% влаги:

В_3з = С'_Кг — 0,005 = 960,8* 0,005 = 5 кг.

Отсюда количество конденсата, получаемого в цехе:

В_а = В_а, + В_а2 — В_аз = 215 + 90 — 5 = 300 кг/т.

При отклонениях в режиме работы автоклавов баланс конденсата в расщепительном цехе может измениться, поэтому на заводе устанавливают запасной бак для конденсата, через который принимают конденсат, поступающий из других цехов, или сбрасывают излишний.

Полученные расчетные данные позволяют рассчитать грузооборот расщепительного цеха. Грузооборот расщепительного цеха производительностью 100 т в сутки приведен в таблице 6.

Таблица 6

Рачет расхода пара Для подогрева жиров и конденсата перед расщеплением и для барботирования в процессе расщепления обычно применяют острый, слегка перегретый (примерно на 10°С) водяной пар давлением 2,5 МПа избыточных.

По теплотехническим таблицам температура водяного пара при таком давлении 225-г-227°С, теплота парообразования r = 438 ккал/кг и теплоемкость с_п = 0,76 ккал/(кг-град).

Полезная теплоотдача такого пара при нагревании жиров и воды до температуры реакции _К = 225 °C будет

I = r +с_п * 10 = 438 + (0,76 * 10) = 446 ккал/кг.

Теплоемкость саломаса, необходимую для тепловых расчетов, принимаем по литературным данным.

Для расчетов принимают мощность расщепительного цеха (G), равную 100 т/сутки. Расщепление ведут в автоклавах полной емкостью 10 м³, рабочей загрузкой жира 4 г и 120 кг возвратного уноса его.

Расход пара на технологические нужды цеха безреактивногорасщепления жиров в автоклавах (мощностью 100 т/сутки), рассчитанный по статьям расхода, приведен в табл. 7.

Таблица 7

2.5 Потребность в оборудовании Для технологических линий проектируемого цеха подбирается серийно-изготавливаемое оборудование, которое наиболее полно соответствует требованиям, предъявляемым к машинам и аппаратам по технико-экономическим показателям производительности оборудования, степени механизации процессов на нем, простоте и безопасности обслуживания, непрерывности работы, величине коэффициента использования производственной мощности, качеству продукции, величине отходов и потерь, габаритным размерам, материалу для изготовления основных деталей.

Необходимая производительность оборудования определяется данными продуктового расчета и должна максимально приближена к расчетной массе обрабатываемого сырья.

При проектировании технологических линий следует, как правило предусматривать установку в цехе комплектно поставляемого оборудования, в том числе импортного, если его приобретение возможно и экономически выгодно.

Предпочтение должно отдаваться машинам и аппаратам непрерывного действия, простым по конструкции, с малыми габаритными размерами и возможно меньшими расходами воды, пара и электроэнергии.

В этом разделе содержатся данные по расчету и подбору необходимых машин и аппаратов: технические характеристики основного и вспомогательного оборудования и транспортных средств. Основанием для подбора оборудования являются результаты продуктовых расчетов, где определено количество сырья поступающих на переработку на отдельные операции технологического процесса, а также технологические требования к выбираемому оборудованию.

Оборудование подбираем в соответствии с принятыми технологическими схемами производства, с таким расчетом, чтобы в цехе было установлено наименьшее число единиц оборудования.

При подборе непрерывно действующего оборудования исходим из часовой выработки и производительности оборудования, при расчете количества единиц периодически действующего оборудования принимаем во внимание характер его работы, способы разгрузки и выгрузки, рабочую емкость и продолжительность цикла работы.

Подобранное и рассчитанное оборудование компонуется в производственном помещении с учетом требований техники безопасности, удобства обслуживания и поточности производства.

Автоклав предназначен для проведения процесса расщепления жиров водой под давлением 23—25 ат избыточных. Он представляет собой сварной цилиндрический аппарат вертикальной конструкции со сферическим дном и крышкой, изготовленный из кислотоупорной стали марки 1Х18Н9Т. Автоклав снабжен двумя трубами для выдавливания из него массы глицериновой воды и расщепленного жира. Одна труба достигает дна автоклава и служит для удаления первой глицериновой воды, другая, находящаяся на некотором расстоянии от дна, — для выдавливания расщепленного жира после второго периода расщепления.

В автоклаве имеется барботер для острого пара, люк и комплект контрольно-измерительных приборов и запорной арматуры. Рабочую емкость аппарата рассчитывают на загрузку (М') 4 т жира. Полный объем автоклава определяют по первому периоду расщепления жира, поскольку загрузка его в этот период большая.

На первый период расщепления в автоклав загружают (М') 4000 кг исходного жира. Кроме того, к исходному жиру добавляют унос, составляющий около 3% от массы жира, загруженного в автоклав.

Общее количество жира на одну загрузку М = 1,03/М' = 1,03 * 4000 = 4120 кг.

Объем, занимаемый жиром:

V_{ж =}М:р = 4120:778'=5,Зм³, .

где р — плотность жира при 225 °C; р = 778 кг/м³.

Количество второй глицериновой воды, остающейся в автоклаве при загрузке в него 4 т жира:

В'_Г2 = 474,4 • 4=1900 кг где 474,4 — количество второй глицериновой воды, остающейся при расщеплении 1 т жира (см. табл. 3). Количество конденсата, образующегося в течение первого периода расщепления, в_к' + в_к'' = 226 кг/т исходного жира, отсюда в_к = 226 • 4 = 904 кг.

Растворяется в жире (по данным табл. 3) воды в_ж = 96 кг/т, или в'_ж = 96 • 4 = 384 кг.

Количество свободной воды, находящейся в автоклаве во время первого периода расщепления:

В = В'_Гг+ в_к — вж = 1900 + 904 — 384 = 2420 кг.

Плотность воды при 225 °C составляет р_в = 830 кг/м³. Объем, занимаемый водой:

V* = В: р_в = 2420: 830 = 2,9 м³.

Суммарный объем, занимаемый жиром и водой:

V = V_ж + V_в = 5,3 + 2,9 = 8,2мі.

Размеры типового автоклава следующие: диаметр D = 1,6 м, полная высота H = 5 м, полная емкость V_с = 10 м³.

При этих размерах коэффициент заполнения автоклава будет

что допустимо.

Наши заводы выпускают также автоклавы полной емкостью 9,2 м³ (D = 1,54 м, Н =_5,0 м).

Для этих автоклавов при коэффициенте заполнения ср = 0,82 загрузка по жиру составляет соответственно 3,7 т. По действующим технологическим инструкциям, режим работы автоклава периодического действия слагается из следующих операций (табл. 8).

Таблица 8

Период оборота автоклава Z = 8ч.

Производительность одного автоклава составляет Количество автоклавов, необходимое для расщепления G= 100 т жиров в сутки:

Полная суточная мощность цеха по автоклавам

G_п = G_а•З= 12•9 = 108 т При установке автоклавов полной емкостью 9,2 м³, рабочейзагрузкой по жирам 3,7 т их производительность составит11,1 т/сутки.

Для цеха мощностью G=100 т жиров, в сутки потребуется Полная мощность цеха по автоклавам G_п = 111 т/сутки.

Ведущее оборудование расщепительного цеха позволяет развить мощность 108−111 т жиров в сутки, поэтому вспомогательное оборудование должно быть рассчитано таким образом, чтобы можно было при необходимости использовать всю мощность цеха.

Теплообменник предназначен для подогрева саломаса, направляемого в мерник, установленный перед автоклавами, за счет физического тепла смеси жирных кислот и глицериновой воды.

Наиболее целесообразным является теплообменник типа «труба в трубе», который прост в изготовлении, удобен в эксплуатации, обеспечивает интенсивный теплообмен, создает наиболее благоприятную для теплообмена схему движения рабочих сред — противоток— и пригоден для охлаждения жирных кислот и глицериновой воды под давлением 25 ат избыточных.

Учитывая давление в системе, жирные кислоты и глицериновую воду целесообразно пропускать по внутренним трубам, а саломас —по кольцевому пространству теплообменника. Размеры труб можно принять: внутренняя труба d_в/d_н = 57/83 мм; наружная D_в/D_н = 119/127мм.

После второго периода расщепления в теплообменник в течение х=30 мин из автоклава поступает:

расщепленный жир в количестве

G’р = G_р. 4 = 952,8 •4 = 3811 кг;

растворенная в жире глицериновая вода в количестве в_ж = 384 кг.

В кольцевое пространство противотоком поступает жир, направляемый на расщепление, в количестве М = 4120 кг.

Температура расщепленного жира и содержащейся в нем глицериновой воды:

на входе в теплообменник t_Н = 220 °C;

на выходе из теплообменника t_к= 165 °C;

температура саломаса на входе в теплообменник t1 = 65 °C.

При этих условиях теплоемкость отдельных компонентов характеризуется следующими показателями, ккал/(кг • град) :

Жирные кислоты с_к0,65

Саломас с_с0,56

Глицериновая вода с_в1,0

Приравнивая приход и расход тепла и учитывая хорошую изоляцию, находят количество передаваемого тепла

Q = (^G'р с_к + в'_жс_в) (t_н — tк)= Мс_сt_х = (3811 • 0,65 + 384 •1)x

x (220— 165) = 4120 * 0,56tx = 157 360 ккал.

Откуда повышение температуры саломаса:

Конечная температура саломаса на выходе из теплообменника:

t2= t1 + t_x = 65 + 68 = 133 °C.

Скорость движения жирных кислот и глицериновой воды во внутренней трубе теплообменника:

где f_в — площадь сечения внутренней трубы.

При диаметре d_в = 57 мм площадь сечения внутренней трубы будет

f = 0,785 • 0.057² = 0,255 мІ.

Скорость движения саломаса в кольцевом пространстве между внутренней и наружной трубами:

где f_н — площадь сечения наружной трубы по ее внутреннему диаметру; f_н = 0,785 • 0,119² = 0,0111 м²;

fв — площадь сечения внутренней трубы по ее наружному диаметру;

f’в = 0,785* 0,083 м² = 0,0054 м²;

р_с — плотность саломаса при средней температуре

р_с = 864 кг/мі;

p1 — плотность глицериновой воды при температуре р₁ = 864 кг/мі.

Поверхность теплопередачи теплообменника находят из известного уравнения где к? коэффициент теплопередачи. Для данных условий принимается к = 150 ккал/ (м²•ч•град);

Дt_ср—средняя разность температур; Дt_ср определяют как среднюю арифметическую:

град;

град;

град.

Понизитель давления. Аппарат предназначен для понижения давления жирных кислот и глицериновой воды и для отделения от жидкости вторичного пара, образовавшегося вследствие снижения давления в системе. Давление в аппарате на входе 25 ат избыточных, на выходе 1,2 ат. Понизитель давления представляет собой вертикальный цилиндр со сферической крышкой и днищем. Внутри аппарата размещены: сопло диаметром 14 мм, по которому поступает глицериновая вода и жирные кислоты, специальные расширители и зонты для сепарации вторичного пара.