Короткий опис

1 УНІВЕРСИТЕТ ЕЛЬСАЛЬВАДОРСЬКОГО ІНЖЕНЕРНО-ТЕХНІЧНОГО ФАКУЛЬТЕТУ ШКОЛА МЕХАНІЧНОГО ТЕХНІЧНЯ D.

проектування

Опис

УНІВЕРСИТЕТ ЕЛЬ-Сальвадора ІНЖЕНЕРНО-ТЕХНІЧНИЙ ФАКУЛЬТЕТ ШКОЛА МЕХАНІЧНОЇ ТЕХНІКИ

"Проектування, будівництво та перевірка обладнання для перегонки етилового спирту"

VÍCTOR MANUEL ESPINAL PERLA RENÉ WILFREDO JIMENEZ MORALES KELVIN AARÓN PERAZA ARTEAGA FRANCESCO RAINIERO TINETTI CASTRO

ВИБРАТИ НАЗВАННЯ

МІСТО УНІВЕРСИТЕТУ, ЖОВТЕНЬ 2009.

УНІВЕРСИТЕТ ЕЛЬ САЛЬВАДОР ІНЖЕНЕРНО-ТЕХНІЧНИЙ ФАКУЛЬТЕТ ШКОЛА МЕХАНІЧНОЇ ТЕХНІКИ

Випускні роботи до вибору на ступінь: ІНЖЕНЕР МЕХАНІКИ

"Проектування, будівництво та перевірка обладнання для перегонки етилового спирту" Представлено

: VÍCTOR MANUEL ESPINAL PERLA

RENÉ WILFREDO JIMENEZ MORALES KELVIN AARÓN PERAZA ARTEAGA FRANCESCO RAINIERO TINETTI CASTRO Випускний проект Затверджено: Директорами викладачів

ING. GUSTAVO SALOMÓN TORRES RÍOS LAZO ING. ІТАЛО АНДРЕС ФЛАМЕНКО КЕРДОВА

Сан-Сальвадор, жовтень 2009 р.

УНІВЕРСИТЕТ ЕЛЬ-Сальвадор

: MSc. РУФІНО АНТОНІО КУЕЗАДА САНЧЕЗ

LIC. ДУГЛАС ВЛАДИМИР АЛЬФАРО ЧАВЕЗ

ІНЖЕНЕРНО-АРХІТЕКТУРНИЙ ФАКУЛЬТЕТ

: ING. МАРІО РОБЕРТО НЬЄТО ЛОВО

ING. OSCAR EDUARDO MARROQUÍN HERNÁNDEZ

ШКОЛА МЕХАНІЧНОЇ ТЕХНІКИ

: ING. ХУАН АНТОНІО ФЛОРЕС ДАЗ

Випускні роботи Затверджено:

ING. GUSTAVO SALOMÓN TORRES RÍOS LAZO

ING. ІТАЛО АНДРЕС ФЛАМЕНКО КЕРДОВА

Зусилля для цієї тези не можна було б докласти, якби не ці люди: моя мати, нехай вона спочиває з миром, моя бабуся, мої брати, Карлос Салінас, Оскар Антоніо Мендоса, мої колеги по дисертації, Вільфредо Хіменес, Клаудія Монталво, Ана Естер, Анабель Флорес. Я дякую всім цим людям, які були зі мною і підтримували мене в найважчі хвилини. Віктор Мануель Еспіналь

Я дякую Богу, своїм батькам і життю за те, що вони дали мені можливість досягти своєї мети. Я також дякую Вільфредо Хіменесу та Оскару Мендосі за те, що вони без міри співпрацювали у такому важкому завданні. Рене Вільфредо Хіменес

Перш за все, я дякую Всевишньому Богу, моїм батькам, які об’єднали зусилля для просування вперед з моїми академічними цілями, а також інженеру Густаво Саломону Торресу, який завжди заохочував нас мати добрий настрій, щоб рухатись вперед, прагнучи до дипломної роботи під моєю дипломною роботою колеги, з якими ми просунулись у цій кар'єрі, та всі ті друзі по кар'єрі, яких я мав привілей зустріти в Алма-Матер, наш дім. Кельвін Аарон Пераза

Я вдячний інженеру Густаво Саломону за те, як він направив нас на правильний шлях в університеті та інші аспекти життя в

загалом, оскільки це завжди мотивувало нас давати максимум зусиль і стикатися з проблемами, що виникають. Я також дякую своїй симпатичній матері, яка завжди хотіла для мене найкращого і докладала зусиль, щоб рухатися вперед, а також батькові, який завжди надавав мені свою безумовну підтримку, коли мені це було найбільше потрібно. Я вдячний своїй дівчині Алісії, оскільки вона завжди виявляла цілковиту підтримку моєї випускної роботи і завжди мотивувала мене робити все можливе протягом своєї кар'єри. Дякую, принцесо, бо ти завжди була тоді, коли ти мені найбільше потрібен. Я дякую своїм колегам, дисертантам Келвіну, Рене та Віктору, за все терпіння, яке ми мали між нами, чотирма, для здійснення цього випускного проекту. Франческо Реньєро Тінетті

Присвячується моїй матері, яка так старалася і віддала своє життя, щоб я міг бути кимось у житті. Віктор Мануель

Я присвячую свою роботу дружині та дітям, які дали мені сили та заохочення йти вперед. Вони були важливою частиною мого життя, коли я спіткнувся, вони підняли мене. Рене Вільфредо

Цю тезу я присвячую своїм батькам Марті Артеага та Маріо Перасі, людям, яких я поважаю і захоплююсь, і які завжди підтримували мене протягом усього навчального проекту, маючи впевненість вірити в мене. Кельвін Аарон

Я присвячую цю випускну роботу своїй маленькій матері Ані Рут, яка доклала чимало зусиль, щоб допомогти мені та моїм братам і сестрам, і тепер я збираюся подарувати їй багато щастя, побачивши мене як інженера. Франческо Реньє

ПОКАЗНИК ЗМІСТУ Зміст ГЛАВА 1 1.1.

ЕТИЛОВИЙ СПИРТ. 1

1.2. Історія та загальне. 2 1.3. Фізичні та хімічні властивості. 4 1.4. Виробничі процеси. 6 1.4.1. Синтез з карбіду кальцію. 6 1.4.2. Синтез з етилену та сірчаної кислоти. 7 1.4.3. Пряме зволоження етилену. 8 1.3.4. Синтез з вуглекислого газу. 9 1.4.5. Виробництво етилового спирту ферментацією. 10 1,5. Бродіння 11 1.5.1. Визначення. 11 1.5.2. Історичний огляд. 11 1.5.3 Види бродіння. 13 1.5.4. Спиртове бродіння. 14 1.5.5. Анаеробні бродіння. . 17 1.5.6 Аеробне бродіння. 17 1.5.7. Використання бродіння (їжа). 19 1.5.8. Використання бродіння (палива). 20 1.5.9. Ефекти бродіння. 21 1.6. Дистиляція. 22 1.6.1 Загальне. 22 1.6.2. Опис поділу сумішей дистиляцією. 24 1.6.3. Діаграма точки кипіння. 28 1.6.4. Методи дистиляції. 29 1.6.5. Рівноважна дистиляція. 29 1.6.6. Диференціальна дистиляція. 30 1.6.7. Випрямлення. 30

1.6.8. Дистиляційний апарат. 33 1.7. Процеси теплообміну. 36 1.7.1. Теплопередача. 36 1.7.2. Теорії тепла. 36 1.7.3. Механізми тепловіддачі. 37 1.7.4. Теплопередача. 39 1.7.5. Трубчасті обігрівачі. 39 1.7.6. Теплообмінники. 41 1.7.7. Концентричні трубчасті теплообмінники. 43 2.1. Проектування процесу дистиляції. 44 2.2. Розрахунок тепла, необхідного для випаровування. 46 2.2.1. Розрахунок ентальпії суміші при Т = 25ºС. 47 2.2.2. Розрахунок ентальпії суміші при температурі насичення. 47 2.2.3. Розрахунок теплоти. . 48 2.3. Вибір контейнера парогенератора. . 52 2.3.1 Тангенціальні сили. . 54 2.3.2. Поздовжні сили. . 55 2.3.3 Радіальні сили. 55 2.3.4. Порівняння результатів. . 55 2.4. Тепловтрати та теплоізоляція. 58 2.4.1. Теплова ізоляція. . 58 2.4.2. Втрати тепла. 59 2.4.3. Зовнішній коефіцієнт плівки за допомогою конвекції. . 60 2.4.4. Термічний опір. . 61 2.5. Конструкція для процесу бродіння. 64 2.5.1. Тип процесу отримання алкоголю. 64 2.5.2. Підбір сировини. 64 2.5.3. Бродіння. . 64 2.6. Електрична конструкція нерухомої системи. . 68 2.6.1 Електричний ланцюг для нерухомості. . 68 2.6.1.1 Датчики рівня. 68 2.6.1.2 Датчик температури. . 69

2.6.2 Електричні схеми та мови програмування. . 70 3.1. План технічного обслуговування. 79 3.1.1. План технічного обслуговування на два тижні. 79 3.1.2. Щомісячний план технічного обслуговування. 80 3.1.3. Щоквартальний план технічного обслуговування. 81 3.1.4. Річний план технічного обслуговування. 81 3.2. Процес будівництва. 82 3.2.1. Машинна підтримка. 83 3.2.2. Обігрівач. 85 3.2.3. Допоміжне обладнання. 86 3.3. Процедурний посібник. 87 3.4. Перевірка. 90 3.4.1. Критерії перевірки. 90 3.4.2. Вправи на перевірку. 91 3.4.3. Таблиця результатів. 92 3.5. Бюджет. 94 3.6. Дизайнерські плани. 98 РЕКОМЕНДАЦІЇ. 99 ВИСНОВКИ. 100 Бібліографія. 102 додатки. 103

ІНДЕКС ДОДАТОК Таблиця 1. Характерні дані суміші етанол-вода при різних складах. . 104 Таблиця 2. Теплопровідність розчинів при 20 ºC. 111 Номограма 1. Реєстр питомих нагрівань рідин. . 105 Номограма 1. (Продовження) Запис питомих температур рідин. . 106 Номограма 2. Запис теплопровідності деяких рідин. 107 Номограма 3. Визначення в’язкості різних рідин. . 108 Номограма 3. (Продовження) Визначення в’язкості різних рідин. 109 Номограма 3. (Продовження) Визначення в’язкості різних рідин. 110

Графік 1. Крива для розрахунку дистиляції в простому алембіці. 112 Графік 2. Зміни концентрацій пари та рідини з кількістю дистиляту при відкритій перегонці. а, етанол-вода; b, бензолтолуол; в, водно-оцтова кислота. 113 Графік 3. Діаграма концентрації ентальпії суміші етанол-вода. . 114 Графік 4. Подання типової кривої кипіння. . 115

Загальна мета Розробити та створити команду, здатну виробляти етиловий спирт із речовини, що розглядається під час дослідження, наприклад кукурудзи, кукурудзяного крохмалю або соку з цукрової тростини. Конкретні цілі 1. Встановити процес ферментації, який дозволяє отримувати сусло, з якого буде видобуватися етиловий спирт. 2. Встановіть параметри, що беруть участь у процесі дистиляції, та різні види дистиляції, за допомогою яких можна отримувати етиловий спирт. 3. Визначте механізми теплопередачі, що відбуваються в процесі дистиляції. 4. Визначте процес дистиляції, який використовуватиметься, аналізуючи життєздатність різних запропонованих процесів.

5. Виберіть матеріали, які будуть використані для побудови дистиляційного обладнання, враховуючи умови, яким вони будуть піддаватися.

6. Встановіть аналіз витрат на будівництво, який може бути використаний читачем даної дипломної роботи для відтворення дистиляційного обладнання. 7. Підготуйте проектні плани, які будуть використані в процесі будівництва. ii

8. Надайте необхідні міркування для врахування процесу побудови команди. 9. Підготуйте посібник з експлуатації обладнання. 10. Визначте план технічного обслуговування дистиляційного обладнання мовою, зрозумілою кожному, хто ним користується. 11. Перевірити обладнання за допомогою експериментального випробування, що дозволяє перевірити, чи відповідають розрахунки практиці. 12. Отримайте дев’яносто стійкий алкоголь наприкінці експерименту.

ПРОЕКТУВАННЯ, БУДІВНИЦТВО ТА ВАЛІДАЦІЯ ОБЛАДНАННЯ ДИСТИЛЯЦІЇ ЕТИЛОВОГО СПИРТУ

[ЖОВТЕНЬ 2009]

ЕТИЛОВИЙ АЛКОГОЛ Етиловий спирт звичний для алкогольних напоїв. За своєю формою

ПРОЕКТУВАННЯ, БУДІВНИЦТВО ТА ВАЛІДАЦІЯ ОБЛАДНАННЯ ДИСТИЛЯЦІЇ ЕТИЛОВОГО СПИРТУ

[ЖОВТЕНЬ 2009]

їх можна додавати при низьких температурах. Рідкий крохмаль охолоджують до приблизно 65 ° C і обробляють солодом або грибковою амілазою для перетворення крохмалю

амілоглюкозидаза (або глюкоамілаза), яка перетворює олігосахариди в глюкозу. Подальші процеси ферментації та рафінування такі ж, як і ті, що проводяться, коли меляса використовується як сировина. Виробництво етилового спирту здійснюється за допомогою ефективних та автоматичних процесів. Процес виготовлення не дуже складний, і його легко здійснити. Контроль забруднення, технічне обслуговування та ремонт машин та обладнання також є простими. Ті країни з тропічним та субтропічним кліматом, що мають велике виробництво цукру та кукурудзи, могли б інвестувати у створення якогось виробничого заводу, який може бути орієнтований як на експорт, так і на імпорт.

1.2. Історія та загальні відомості Етиловий спирт - це безбарвна рідина, горюча, з приємним запахом і різким смаком, яка закипає при 78,4 ° C і нелегко затвердіти.

також етанол, винний спирт, метилкарбінол тощо, його формула - C2H5OH. У природному стані він не міститься у великих кількостях, а виявлені сліди походять від спонтанного бродіння цукрів деяких фруктів. Етанол, ймовірно, використовувався людиною з початку своєї історії. У стародавньому священному тексті Індії згадується «Рігведа *, виготовлення * соми *, алкогольного напою, отриманого ферментацією; З іншого боку, широко відомий біблійний епізод Ноя (Буття 13-21), в якому згадуються алкогольні напої, отримані ферментацією; також з'являються різні єгипетські ієрогліфи, натякаючи на

Див. Посилання 1

ПРОЕКТУВАННЯ, БУДІВНИЦТВО ТА ВАЛІДАЦІЯ ОБЛАДНАННЯ ДИСТИЛЯЦІЇ ЕТИЛОВОГО СПИРТУ

[ЖОВТЕНЬ 2009]

ферментовані напої. Вважається, що єгиптяни передавали свої знання арабам, які вивчали та вдосконалювали мистецтво дистиляції. Слово алкоголь походить від арабського слова "puhl" або "pohol", що означає дуже дрібний порошок. Поступово це слово стало означати сутність і нарешті набуло того значення, яке надається сьогодні. Раймундо Луліо (1235-1315) підкреслює властивість алкоголю як хорошого розчинника; він зазначає, що в більшості випадків він забруднений водою, і дає спосіб його зневоднення за допомогою розплавленого калію. У 15 столітті виробництво алкоголю було вже широко поширеним, яке широко вживають як напій.

Однак концепція

Ферментація продовжувала залишатися дуже загальною ідеєю і застосовувалася навіть до реакції між двома речовинами, особливо якщо ця реакція спричиняла виділення газу. У 1500 році знання про дистиляцію були достатньо детальними, щоб заслужити публікацію трактату з цього питання: "Das kleine distillierbuch" Брунсвіга.

Однак еволюція обладнання та процесу

Це було дуже повільно, і лише у 1808 р. У Франції був побудований перший комерційний лікеро-горілчаний завод. З розвитком хімії органічного синтезу у другій половині 19 століття алкоголь став незамінним як паливо та як розчинник; але його використання все ще було дорогим через високі податки. Денатурація алкоголю вирішила податкову проблему та активізувала використання алкоголю в хімічній промисловості

Див. Посилання 9 с. 1029-1032

ПРОЕКТУВАННЯ, БУДІВНИЦТВО ТА ВАЛІДАЦІЯ ОБЛАДНАННЯ ДИСТИЛЯЦІЇ ЕТИЛОВОГО СПИРТУ

[ЖОВТЕНЬ 2009]

гниття. Він горить синім полум’ям, мало світиться, але дуже гарячий і в чистому стані самозаймається під дією сонячних променів. Він сильно полярний завдяки гідроксильній групі і розчиняє полярні речовини, такі як барвники, нітроцелюлози та смоли. Він поглинає кисень, азот, водень та інші гази у більшій пропорції, ніж вода. ЄЕС/FIA/EIM

Його пара стабільна

ПРОЕКТУВАННЯ, БУДІВНИЦТВО ТА ВАЛІДАЦІЯ ОБЛАДНАННЯ ДИСТИЛЯЦІЇ СТИЛОВОГО СПИРТУ

[ЖОВТЕНЬ 2009]

ПРОЕКТУВАННЯ, БУДІВНИЦТВО ТА ВАЛІДАЦІЯ ОБЛАДНАННЯ ДИСТИЛЯТОРУ СТИЛОВОГО СПИРТУ e) твердий спирт;

[ЖОВТЕНЬ 2009]

який готують, роблячи суміш спирту

денатурований і мило, але найкращий результат дає насичення етаноатом кальцію спиртом; При затвердінні він виглядає у вигляді компактної маси, яку можна розділити на таблетки, які горять без диму та з великим тепловиділенням.

1.4. Виробничі процеси

1.4.1. Синтез з карбіду кальцію У цьому процесі карбід кальцію обробляють водою з отриманням ацетилену, який перед наступними каталітичними процесами повинен бути очищений завдяки домішкам сірки та фосфору, які отруюють каталізатори. Ацетилен реагує з водою, у кислому середовищі та в присутності сульфату ртуті, утворюючи оцтовий альдегід, який каталітично відновлюється до етанолу, зі струмом водню при 160 - 170 ° C і використовуючи в якості каталізатора нікель. Реакції, які виникають: a) CaC2