日处理1000吨大豆生产工艺及设备计算.docx

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日处理1000吨大豆生产工艺及设备计算

　　　　　　　　　　　日处理1000吨大豆生产工艺及设备计算

车工艺按日浸出1000吨大豆为基准，1000吨大豆是按预处理后达到浸出工艺要求的指标，其中含杂质1%,大豆含水10%。

则对应预处理车间各设备处理量可通过物料衡算求得：

一：

预处理车间工艺计算及设备选型。

（一）物料衡算：

　预处理车间工艺路线如下：

原料　　　斗升机　　　刮板

（1）　　　振动筛　　　比重去石机　　　刮板

（2）　　　　　破碎机　　　刮板（3）水平刮板（4）　　软化　　　刮板（5）轧坯　

刮板（6）　　干燥　　　去浸出车间

以上工艺可简化为如下流程进行物料衡算

　　　清理设备　　　　破碎　　　　　　软化　　　　　　轧坯　　　　　干燥　　　　

　　　　杂质（P）脱水（W1）脱水（W2）

其中：

F4=1000吨/天;含杂质10%;大豆含水10%;

预处理原料大豆各项指标如下：

　原料大豆含水=16%, 含杂质7%,软化后大豆含水15%.

1）对干燥器做物料衡算得：

F4*（1-1%）*10%=（F3-F4*1%）*15%-W2

F3=F4+W2

即：

1000*0.99*0.1=（F3-0.01*1000）*0.15-W2

F3=1000+W2

　联立求解得：

　　　　F3=1062（t/d）W2=62（t/d）

杂质净量　　10t/d

即：

轧坯机和干燥器处理量为　1062t/d

2）对软化锅做物料衡算得

（F3-10）*0.15=（F2-10）*0,.16-W1

F2=W1+1062

 即：

（1062-10）*0.15=（F2-10）*0.16-W1

F2=W1+1062

联立求得：

F2=1074.5（t/d）W1=12.5（t/d）

即：

软化锅处理量为1074.5t/d,（ 破碎机处理量求为1074.5t/d）.

3）对清理设备做物料衡算

F=P+F2

F*7%=P+10

即：

F=P+1074.5

F*7%=P+10

联立求得：

F=1145（t/d）,P=70（t/d）

根据上央物料衡算结果

斗升机输送量为1145t/d

刮板

（1）输送量为1145t/d

振动筛和比重去石机处理量为1145t/d,去要能力70t/d

刮板

（2）输送量为1074.5t/d

破碎机处理量为1074.5t/d

刮板（3）及刮板（4）输送量为1074.5t/d

软化锅处理量为1074.5t/d

刮板（5）处理量为1062t/d

轧坯机处理量为1062t/d

刮板（6）输送量为1062t/d

干燥器处理量为1062t/d,干燥水分量为62t/d

（二）能理衡算

预处理车间涉及能量的设备有软化锅和干燥器。

已知条件：

软化温度为60℃干燥温度为75℃取原始料温为20℃

则：

对软化锅（杂质量很小，按纯大豆计）

传热负荷Q=F2Cp（60-20）+W*r

其中：

Cp为大豆在20~60oC的平均比热。

r为水在20~60oC的平均汽化潜热。

查相关资料知：

Cp=0.4975Kcal/Kg.oC

其中：

大豆含油18%Cp油=0.5Kcal/Kg.oC

大豆含水16%Cp水=1Kcal/Kg.oC

绝干物质66%Cp干=0.375Kcal/Kg.oC

r=2400Kj/Kg=573Kcal/kg

则：

Q1=F2Cp（60-20）+W*r

=[1074.5*0.4975*（60-20）+12.5*5.73]*1000/24

=1487814Kcal/h

若用0.5Kgf/cm2（ 表压）的蒸汽加热，对应r=533Kcal/kg 热损失取总传热量的5%,则所需蒸汽量为

D1=Q1/0.95r=1487814/0.95/533=2938Kg/h=70.5t/d

对干燥器做能量衡算（忽略杂质影响）

传热负荷Q=（F4*Cp2*t2-F3*Cp1*t1）+W2*r

其中：

Cp2为大豆含水10% 时的比热。

0.46Kcal/Kg.oC

Cp1为大豆含水15%时的比热0.49Kcal/Kg.oC

 r为20~75oC水的平均汽化潜热：

2383Kj/Kg（569Kcal/Kg）

则：

Q2=F4*Cp2*75-F3*Cp1*20+W2*r

=[1000*0.46*75-1062*0.49*20]+62*569]*1000/24

=2473767Kcal/h

若用1Kg/cm2（表压）蒸汽间接加热，则需蒸汽量为：

r=5.6Kcal/Kg

D2=Q/0.95r=2473767/（0.95*526）=4950Kg/h

=118.8t/d

则：

预处理车间所需总蒸汽量为：

D=D1+D2=70.5+118.8=189.3t/d

二．浸出车间工艺和设备计算及选型

（一）浸出车间物料衡算

浸出车间工艺流程简图如下：

预热器溶剂

浸出器湿粕蒸脱机干粕

混合油捕集器

自由气体

过滤

冷凝器

第一蒸发器冷凝器最后冷凝器吸收塔

第二蒸发器冷凝器分水箱

汽提塔冷凝器

毛油

已知：

原料大豆湿基含油18%（ 毛豆），则：

预处理前大豆油量为：

1145*（1-7%）*18%=191.67（t/d）

故：

进浸出器大豆含油为：

191.67/（1000*（1-1%））*100%=19.36%

1）浸出器的物料衡算：

已知：

为将浸出效果，取混合油浓度为20%,粕残溶30%,粕残油小于1%（按1%计），则：

对总物料：

F4+W=F5+F/5

对溶剂：

W=F5*（1-X0）+（F/5-F*1%）*30%

（X0为混合油浓度）

对油脂：

F5*（1-1%）*18=F5*X0+（F/5-F4*1%-F/5*30%）*1%

即：

1000+W=F5+F/5

W=0.8*F5+0.3*F/5-3

178.2=0.2*F5+0.007*F/5-0.1

联立求解得：

F=1182（t/d）

F=849（t/d）

W=1031（t/d）

若混合油浓度按25%计，则：

1000+W=F5+F/5

W=0.75*F5+0.3*F/5-3

178.2=0.25*F5+0.007*F/5-0.1

联立求得：

F/5=1182（t/d）

F5=680（t/d）

W=862（t/d）

2）蒸发过程物料衡算：

1．第一蒸发器物料衡算：

已知：

混合油浓度X0=0.25处理量F5=680t/d

要求一蒸完成液浓度X1=60%操作压力0.04Mpa（真空度）。

蒸发型式：

升膜

设：

第一蒸发器蒸发量为W1，完成液量为F6（t/d）

则：

F5=F6+W1

F5*0.25=F6*0.6

即：

680=F6+W1

680*0.25=0.6F6

联立求解得：

F6=283（t/d）W1=397（t/d）

2.第二蒸发器的物料衡算：

已知：

混合油浓度X1=0.6,处理是F6=283t/d要求完成液浓度X2=0.95,操作压力0.045Mpa（真空度），蒸发型式：

升膜

设：

第二蒸发器蒸发量为W2，完成液量为F7，则：

F6=F7+W2

F6*0.6=F7*0.95

即283=F7+W7

283*0.6=F7*0.95

联立求得：

F7=179（t/d）W2=104（t/d）

3.汽提塔物料衡算：

经汽提塔汽提后，要求毛油残溶小于500PPm,已知：

进塔混合油浓度95%，处理量F为179t/d,则：

设：

毛油量为F8，汽提出溶剂量为W3

F8+W3=F7

F7*95%=F8*（1-500*10-6）

即：

179=F+W

179*0.95=F8*（1-500*10-6）

联立求得：

F8=170.05（t/d）W3=8.95（t/d）

毛油中残溶净量=85Kg/d

4.蒸脱机物料衡算：

湿粕经蒸脱机蒸脱后，要求产品粕中残溶越小越好。

这里按湿粕中溶剂全部去除计算，则：

最终得粕量为：

F6=（F/5-F4*1%）*（1-0.3）+F4*15

=（F/5-1000*1%）*0.7+F*1%

=（1182-10）*0.7+10

=830（t/d）

其中：

除去溶剂量为：

W/1=F/5-F/6=1182-830=352（t/d）

（二）浸出车间能量衡算：

1．溶剂预热器

已知：

溶剂用量W=862t/d,初始溶剂温度取20oC，要求加热至55oC.

在对应条件下溶剂物性数据如下：

比热：

Cp=1.99Kj/Kg.oC

密度：

ρ=652Kg/m3

粕度：

μ=0.36Cp

导热系数：

λ=0.136W/m2.oC

（以上物性以进出品温度的算术平均值计）

加热介质：

0.5Kgf/cm2（表压）水蒸汽，对应汽化潜热r=2230Kj/Kg.冷凝液密

度ρ=951Kg/m3

λ=0.684W/m.oCμ=0.26Cp则：

传热负荷：

Q=W*Cp*（t2-t1）

=862*1000/（24*3600）*1.998（55-20）

=695（KW）

所需生蒸汽量：

（按总传热量5%计热损失）

D=Q/0.95r=695/（2230*0.95）=0.328Kg/s

=1181Kg/h=28.34（t/d）

若选用列管换热器加热溶剂，初选K=400W/m2.K

因0.5Kgf/cm2（表压）水蒸汽饱和温度为110oC.则：

tm=[（110-20）+（110-55）]/2=72.5

S选=Q/（K*tm）=695*1000/（400*72.5）=24m2

加热管选用Ф25X2.5mm,管长L=3m 钢管，则需管数n为：

n=S/（П*d00*L）=24/（3.14*25*10-3*3）=102（根）

采用单管程，双管程列管换热器，管心距t=1.4do,采用正三角形排列。

则

壳径：

D=t*（n1-1）+2*do

=1.4*25*（1.1*（102）1/2-1）+2*25=403（mm）

取：

D=400（mm）

校核：

管内溶剂流速：

u=W/L/（n/2*П/4*dI）=9.98*2/652/（102*П/4*0.022）=0.955（m/s）

Re=d*u*p/μ=0.02*0.955*652/（0.36*10-3）=3.46*104

Pr=Cp*μ/λ=1.99*103*0.36*10-3/0.136=5.27

I=0.023*λ/dI*Re0.8*Pr0.4

=0.023*0.136/0.02*（3.46*104）0.8*5.270.4

=1300W/（m2.oC）

加热蒸汽走壳程：

o=0.725*（g*ρ2*λ3*r/（N2/3*do*μ*t）1/4（N=7）

=0.725*（9.81*9512*0.6843*2230*103/（72/3*25*10-3*0.26*10-3*20））1/4

=7787W/（m2.oC）

考虑不凝气的影响：

取o=0.6*7787=4672W/m2.oC

水蒸汽冷凝面污垢热阻：

Rso=0.8598*10-4m2.oC/W

溶剂的污垢热阻：

Rsi=1.72*10-4m2.oC/W

则1/R0=1/o+Rso+b*d0/（λ*dm）+Rsi*do/di+do/i*di

=1/4672+0.8598*10-4+0.0025/45*25/22.5+1.72*10_4*25/20

+25/（1300*20）

=0.00158（m2.oC/W）

K0=650W/（m2.oC）

S计=Q/（K0*△tm）=695*103/（650*72.5）=14.75（m2）

S实=125%*S计=1.25*14.75=18.43（m2）<24（m2）

故原设计换热器可用:

（D=400mm,ф25X2.5mm,L=3m钢管,单壳程,双管程,n=102根,三角形排布）

3）蒸脱机能量衡算（以下计算,湿粕含杂忽略）

已知条件及有关物性:

总量（t/d）

干物质（t/d）

油（t/d）

溶剂（t/d）

水份（t/d）

湿粕

1182

720

8.27

355

100

成品粕

830

720

8.27

0.4

72

物料有关物性数据:

湿度

C水

Kcal/KgoC

C油

Kcal/KgoC

C干料

Kcal/KgoC

C溶

Kcal/KgoC

C溶气

Kcal/KgoC

r水

Kcal/KgoC

r溶

Kcal/KgoC

450C

0.997

0.4965

0.375

0.5135

700C

1.0

0.5154

0.375

0.5375

720C

1.0

0.375

0.5394

0.362

556

77.9

810C

1.002

0.375

0.5522

0.364

551

80.95

1020C

1.008

0.375

539

1050C

1.009

0.5385

0.375

1）蒸脱第一阶段热量衡算

本阶段分为两部分A）将湿粕从450C加热到720CB）湿粕脱溶过程

A）将湿粕从450C加热到720C

Q水=m水*Cp水*（72-45）=100*103*1*（72-45）=2.7*106Kcal/d

Q油=m油*Cp油*（72-45）=8.27*103*（0.4965+0.5154）/2*（72-45）=1.13*105Kcal/d

Q干料=m干*Cp干*（72-45）=720*103*0.375*（72-45）=7.29*106Kcal/d

Q油=m溶*Cp溶*（72-45）=355*103*（0.5135+0.5394）/2*（72-45）=5.05*106Kcal/d

Q总=Q水+Q油+Q干料+Q油=2.7*106+1.13*105+7.29*106+5.05*106=1.515*107Kcal/d

若用4Kgf/cm2（绝压）的间接蒸汽加热,对应r=511Kcal/kg

则所需消耗间接蒸汽量（按总传热量的5%计热损失）

G1=Q总/0.95/r=1.515*107/（0.95*511）=3.121*104（Kg/d）=31.21（t/d）

B）湿粕脱溶过程

C）用1.5Kgf/cm2（绝压）直接汽加热（r=530Kcal/kg）,蒸汽冷凝水进入粕中,同时料温从720C升至810C,并使粕中含溶汽化为气体,直接蒸汽用量包括两部分

（一）用于加热脱溶;

（二）另一部分则未被冷凝下来与溶剂蒸汽构成混合蒸汽

溶剂从720C升至810C且使溶剂汽化所需热量:

Q溶=m溶*Cp溶*（81-72）+m溶*r溶=355*103*（0.5394+0.5522）/2*（81-72）+355*103*77.9

=1.744*106+2.765*107=2.94*107Kcal/d

干料,油和物料中水的升温所需的热量:

Q'=（m干*Cp干+m水*Cp水+m油*Cp油）*（82-72）

=（720*103*0.375+100*103*1+8.27*103*0.52）*（81-72）

=3.37*106Kcal/d

则:

升温及脱溶所需直接汽量为G'1=Q/r=（2.94*107+3.37*106）/530=6.183*104Kg/d

=61.83（t/d）（忽略冷凝水显热）

设:

被溶剂蒸汽饱和而未被冷凝下来的蒸汽量为G'2（不计空气）

则:

G'2=P1/P0*（M1/M0*Ф）*Go

式中:

P1720C水蒸汽分压（254.6mmHg）

P0720C溶剂蒸汽分压（505.4mmHg）

且在此条件下,溶剂饱和蒸汽压为317.5mmHg.

M1水蒸汽分子量（18）

M0溶剂分子量（93按6#溶剂计）

G0蒸脱溶剂量（355*103Kg/d:

）

Ф饱和和数（取0.6）

则:

G'2=P1/P0*（M1/M0*Ф）*Go=（254.6*18）/（505.4*93*0.60）*355*103

=5.77*104（Kg/d）=57.7（t/d）

故:

直接蒸汽总用量为:

G'=G1'+G2'=58.8+57.7=116.5（t/d）

（2）蒸脱第二阶段的热量衡算:

此阶段用4Kgf/cm2（绝压）间接蒸汽加热,使粕温由810C升至1020C并脱水,此时,粕中含水量为:

100+58.8=158.8（t/d）

成品粕中含水按1%计（7.2t/d）

则:

料温从810C升至1020C所需热量为:

Q1=（m干*Cp干+m水*Cp水+m油*Cp油）*（102-81）

=（720*103*0.375+158.8*103*1+8.27*103*（0.5154+0.5364）/2*21

=9.1*106Kcal/d

蒸发水分（脱水）所需热量（除去水分量=158.8-72=86.8t/d）

Q2=m水*r=86.8*103*539=4.679*107 Kcal/d

则需间接蒸汽量为:

（热损失按传热量的5%计）

G2=（Q1+Q2）/（0.95r）=（4.679*107+9.1*106）/511=1.094*105（Kg/d）

即:

蒸脱机所需间接蒸汽（4Kgf/cm2）总量为:

G1+G2=31.21+109.4=140.61t/d

所需直接蒸汽量：

116.5t/d

（3）成品粕冷却能量衡算:

此过程用空气（初温250C）将1020C的成品粕冷却到常温（按300C计）

Q=（m干*Cp干+m油*Cp油+m水*Cp水）*（102-30）

=（720*103*0.375+8.27*103*（0.5364+0.49）/2+7.2*103*1）*（102-30）

=2.03*107Kcal/d

若空气出口温度按600C计,则所需空气量为:

W空气=Q/（Cp空*△t）=2.03*107/（Cp空*（60-25））

Cp空=Cg+H*Cv=1.013+0.03*1.88=1.07Kj/kg.0C=0.255Kcal/kg.0C

故:

W空气=Q/（Cp空*△t）=2.03*107/（35*0.255）=2.27*106kg/d=2270t/d

按常压下（1atm）,常温（250C）计,空气的体积为:

V=n*R*T/P=（（2270*103/29）*0.082057*298）/1=1.914*106m3/d=79750m3/h

5.蒸发预脱能量衡算及设备选型:

1）第一蒸发器能量衡算及设备计算

已知:

混合油处理量F=680t/d;X0=25%X1=60%W1=397t/d

操作压力:

0.04Mpa（真空度）

加热介质:

蒸脱机的溶剂和水蒸汽混合气,湿度T=810C;总量为355+57.7=412.7（t/d）

[来自喷射真空泵的蒸汽暂不考虑],混合气中溶剂气体所占的摩尔分率为:

X溶=355/93/（355/93+57.7/18）=0.5435

810C时,r水=551Kcal/kgr溶=80.95Kcal/kg

rm=X溶*r溶+X水*r水

=0.5435*80.95+0.4565*551=295Kcal/kg

混合油料液比热:

Cp0=Cp溶*（1-X0）+Cp油*X0

=0.52*0.75+0.4965*0.25=0.514Kcal/kg.0C

查混合油沸点曲线知：

Ｘ=25%时,在0.04Mpa真空度下,tb=560C

当X=60%时,P=0.04Mpa（真空度）下,tb=630C

溶剂在0.04Mpa（真空度）下的气化潜热r'=79Kcal/kg

则:

加热蒸汽消耗量为:

D=[F*Cp0*（t1-t0）+W*r']/rm=[680*0.514*（63-40）+397*79]/295=134t/d

显然,来自蒸脱机的溶剂蒸汽混合气（412.7t/d） 足够加热一蒸所需热量，剩余部分，经后接冷却器冷凝并冷却。

关于蒸发器：

若选用蒸发管为Ф32*3,根据负压蒸发的特点.（L/d=150-200）,这里取L=200d=200*32=6400mm。

实际到Ｌ＝６m。

在真空操作条件下，当上升汽速大于15m/s时,才能升膜过程成膜（由升膜蒸发流体力学特点定）。

因：

Ｗ１＝397T/d

在0.04Mpa真度下，65℃下，（出口汽温略高于其和蒸汽温度）

ρ溶＝ＰＭ／ＲＴ＝（460/760）*1.0133*105*93/8.314*（273+65）=2kg/m3

则：

二次蒸汽体积流量为＝397*103=1.985*105m3/d

设需蒸发管数为n，则：

2.3/（n*π/4*d2）=15

即:

2.3/（n*π/4*0.0262）=15解得:

  n=290（根）

考虑随着蒸发过程进行蒸发管内形成油污及升膜过程中管内形成的液膜层.取管数.

n1=n*1.3=290*1.3=377（根）

蒸发面积S=πd0Ln1=377*π*0.032*6=227（m2）

传热面积的校核：

a、管内升膜对流传热系数：

αi＝（1.3+128di）（λ/di）Pre0.9ReL0.23Revp.34（ρL/ρv）0.25（μV/μL）

其中：

λ油＝0.178w/（mk）λ溶=0.244w/（mk）则有:

λm=0.178*（0.25+0.6）/2+0.244*0.575=0.216w/（mk）

ReL以入口液相流量为基准。

Rev以出口汽相流量为鞭准。

查相关物性图得：

入口液相在40℃,μ0=0.9cp

Cp0=0.514kcal/kg.℃。

溶剂汽相粘度：

μV＝0.0077cp

μL以平均温度计（55℃）：

此时μ油=7.42cp

μ油＝0.3cp

查大豆混合油μ－Ｔ－α关系图。

知：

μL＝1.9cp

在55℃下,

ρL=ρ油X油+ρ溶X溶

=920*0.425+700*0.575=793.5kg/m3

ρv=PM/RT=（460/760）*93/0.082057*（273+55）=2.09kg/m3

40℃时,入口料液密度:

ρL=920*0.25+700*0.75=755kg/m3

则:

ReL=diρLμ/μ0=0.026*755*680*103/24*3600*755*n*π/4di2

=680*103/24*3600*n*di*π/4μL

=680*4*103/π*24*3600*377*0.026*0.9*10-3

=1136

Rev=diμLμV/ρv=diq/rμV

=397*103*4/24*3600*377*π*0.026*0.0077*10-3

=7.754*104

PrL=CPLμL/λL

其中，CPL＝CP油X油+CP溶X溶

＝0.52*0.425+0.4965*0.375