Брагоректификационные установки

3.2 Аппараты полупрямого действия

     В аппаратах этого типа (рис.5.35) бражка не подвергается предварительной эпюрации. Она поступает в бражную колонну 1, где выделяются пары, содержащие все  примеси, спирт и воду.

     Эти пары через ловушку 9, отделяющую взвешенные частицы, поступают в среднюю часть эпюрационной колонны (нижняя часть этой колонны 2 - выпарная, а верхняя 3 - концентрационная), где и подвергается эпюрации.

     Очищенный от головных примесей спирт, в котором  содержатся головные и промежуточные примеси, поступает в жидком виде в ректификационную колонну 6, снабженную дефлегматором 7 и конденсатором 8.

     Такая схема в тепловом отношении менее  экономична, подает возможность получать высококачественный спирт-ректификат.

     Схема трехколонного брагоректификационного аппарата полупрямого действия, образованного как бы из бражной колонны и двухколонного ректификационного аппарата, наиболее распространена на заводах.

     Бражка  без предварительной эпюрации поступает  в бражную колонну 1. Пары из бражной колонны через ловушку 9 поступают в среднюю часть эпюрационной колонны. Нижняя часть 2 этой колонны выварная, верхняя 3 - концентрационная. Дефлегматор 4 конденсирует основную массу паров и конденсат возвращается в колонну в виде флегмы. Несконденсировавшиеся в дефлегматоре пары, содержащие головные примеси, поступают в конденсатор 5, откуда частично направляются в холодильник и фонарь, а частично возвращаются в колонну 3. Жидкий эпюрат, освобожденный от головных примесей, направляется в ректификационную колонну 6, снабженную дефлегматором 7 и конденсатором 8. Пастеризованный спирт отбирается с верхних (четвертой-шестой) тарелок ректификационной колонны. Промежуточные продукты и сивушное масло отбираются та к же, как и в двухколонном ректификационном аппарате.

     Головные  продукты, т.е. непастеризаванный спирт, прошедшие дефлегматор 7, в виде паров  поступают в конденсатор 8, откуда возвращаются частично в ректификационную колонну на верхнюю тарелку, а частично направляются в эпюрационную колонну 3.

     Греющий пар поступает в бражную и  ректификационную колонны через  паровые регуляторы. В эпюрационную колонну пар подается из выварной колонны. Бражка, поступающая в аппарат, предварительно подогревается в  дефлегматоре.

Рисунок 5.35 – Схема брагоректификационного аппарата полупрямого действия:

1 - бражная  колонна; 2 - выпарная часть эпюрационной  колонны; 3 -концентрационная часть эпюрационной колонны; 4 -дефлегматор эпюрационной колонны; 5 - конденсатор эпюрационной колонны; 6 - ректификационная колонна; 7 - дефлегматор ректификационной колонны; 8 - конденсатор ректификационной колонны; 9 - ловушка.

3.3 Аппараты косвенного действия

     Аппараты  этого типа представляют соединение двух аппаратов: один из них дает спирт-сырец, а второй производит его ректификацию. На таких аппаратах получают спирт высокого качества и они приняты как типовые для выработки спирта высшей очистки.

     Бражка  насосом подается в подогреватель 2 (рис. 5.36), здесь она обогревается водно-спиртовыми парами, поступающими из бражной колонны 1. Пары проходят через ловушку 10, где отделяются жидкие частицы. Подогретая бражка поступает в сепаратор 11, в котором из нее выделяется углекислота и несконденсировавшиеся газы. Газы поступают через конденсатор 3' в спиртоловушку, а бражка направляется в бражную колонну 1. Конденсат водно-спиртовых паров из конденсатора 3 и 3', подогревателя бражки 2 и спиртоловушки направляются в эпюрационную колонну 4. Эта колонна снабжена дефлегматором 5 и конденсатором 6.

Рисунок 5.36 – Схема брагоректификационного аппарата косвенного действия: 1 - бражная колонна; 2 - подогреватель; 3 - дополнительный конденсатор; 3' - конденсатор паров из конденсатора; 4 - эпюрационная колонна; 5 - дефлегматор эпюрационной колонны; 6 - конденсатор эпюрационной колонны; 7 - ректификационная колонна; 8 -дефлегматор; 9 - конденсатор ректификационной колонны; 10 - ловушка; 11 - сепаратор; 12 –холодильник сивушного спирта; 13 - холодильник ректификованного спирта; 14 - холодильник сивушных паров; 15 - фонари. 

     Головные  продукты из конденсатора 6 поступают через холодильник и ротаметр в фонарь 15. Освобожденный от основной части головных примесей водно-спиртовый раствор (эпюрат) направляется в ректификационную колонну 7. Эта колонна снабжена дефлегматором 8 и конденсатором 9. Из конденсатора 9 отбираются спирт и головные продукты (непастеризованный или нестандартный спирт). Непастеризованный спирт в количестве 3% от введенного в колонну абсолютного спирта возвращается в эпюрационную колонну. Ректификат отбирается в жидком виде с третьей, четвертой, шестой и седьмой тарелок (считая сверху) ректификационной колонны и поступает в холодильник 13, откуда через ротаметр направляется в фонарь 15.

     Сивушное  масло поступает в виде паров  в холодильник 14, из него направляется в маслоотделитель. Выделенное в нем сивушное масло направляется в хранилище; спиртоводная жидкость из маслоотделителя возвращается в ректификационную колонну.

     В ректификацинной колонне отбираются также промежуточные продукты (сивушный спирт), направляемые в холодильник 12.

     Колонны снабжены вакуум-прерывателями, пробными холодильниками для конденсации паров из лютерной воды и барды для контроля за содержанием спирта в них.

     Подача  греющего пара в бражную и ректификационную колонны регулируется паровыми регуляторами. В эпюрационную колонну пар поступает из выварной части ректификационной колонны.

3.4 Брагоректификационные установки с дополнительными колоннами

     Дополнительные  колонны (сивушная окончательной очистки  и разгонная) можно подключать к  любому типу установки по мере необходимости. На рис. 100 приведены схемы обвязки дополнительных колонн.

Рисунок 100 – Схемы обвязки дополнительных колони: а — разгонной; б — окончательной очистки; в — сивушной;  1 — колонна; 2 — дефлегматор; 3 — конденсатор; 4— декантатор; 5 — кипятильник (испаритель); 6 — холодильник спирта; 7 – фонарь; 8— холодильник сивушной фракции; 9 — гидравлический затвор; 10 — экстрактор сивушного масла; 11 — регулирующие клапаны;  12 — вакуум-прерыватели;  13— ротаметры; 14 — пробный холодильник; В — вода; ГФ и ГФ’ — головная фракция; КЖ— кубовая жидкость; ЭАК — эфироальдегидный концентрат; Н — неконденсирующиеся газы (к спиртоловушке); PC и PC’ — ректификованный спирт; СС — сивушный спирт; СФ — сивушная фракция; СМ — сивушное масло; Л — лютерная вода; П — греющий пар 

     В безводной части головной фракции, отбираемой из конденсатора эпюрационной колонны, обычно содержится 92...97 % этилового спирта и только 8...3 % примесей. На зерно-картофельных заводах этой фракции отбирают 2...3 %, а на мелассных — 3...5 % от спирта, поступающего с бражкой. Благодаря монтажу разгонной колонны (рис. 100, а) можно выделить основную массу спирта из ГФ, а головные примеси получить в концентрированном виде, вследствие чего выход ректификованного спирта повышается с 94...96 до 98..,98,5 % от спирта, введенного с бражкой.

     Колонна имеет 40...45 многоколпачковых тарелок  с межтарелочным расстоянием 170 мм, снабжена дефлегматором и декантатором. Питание (ГФ) подается на 24...28-ю тарелку снизу, на верхнюю тарелку вводится горячая лютерная вода, а в нижнюю часть колонны — греющий пар. При поступлении воды на верхнюю тарелку колонны концентрация спирта на тарелках снижается, а летучесть головных примесей увеличивается, в результате чего они хорошо извлекаются. Спирт, освобожденный от примесей, выходит из нижней части колонны (кубовая жидкость) и направляется в бражку или в бражную колонну и таким образом вводится снова в цикл брагоректификации.

     Головные  примеси концентрируются в верхней  части разгонной колонны. После конденсации пара, выходящего из колонны получается смесь, состоящая в основном из эфиров, альдегидов и воды, которая направляется в декантатор для расслаивания. Верхний слой, представляющий собой эфироальдегидный концентрат (ЭАК) с небольшим содержанием спирта, выводится из установки как побочный продукт ректификации. Нижний водный слой, в котором содержится некоторое количество головных примесей, служит флегмой для колонны.

     В колонне окончательной очистки (рис. 100, 6) из ректификованного спирта выделяют остатки головных и концевых примесей, вследствие чего улучшаются органолептические и аналитические показатели качества спирта. Колонна имеет 30 многоколпачковых тарелок, 20 из них — в отгонной части; обогревается только закрытым паром.

     Головные  и концевые примеси, выделенные в нижней части колонны и сконцентрированные в виде головной фракции, отбирают в количестве 0,5...1 % от спирта, введенного в колонну. Головная фракция направляется в верхнюю часть эпюрационной колонны, а при наличии разгонной колонны присоединяется к ГФ эпюрационной колонны. Ректификованный спирт удаляется из нижней части колонны. При такой схеме колонна окончательной очистки работает в режиме повторной эпюрации и эффективна при повышенном содержании метанола.

     Колонна окончательной очистки может  действовать в режиме повторной ректификации. В этом случае питание (пастеризованный спирт из ректификационной колонны) подается на 6...10-ю тарелку, считая сверху, а ректификованный спирт отводится из жидкой фазы с 6...10-и тарелки, считая сверху. Спирт очищается в основном в результате пастеризации, одновременно он незначительно (на 0,2...0,3 %) концентрируется, в то время как при работе в режиме повторной эпюрации концентрация спирта снижается на 0,05...0,1 %. При эксплуатации колонны в режиме повторной ректификации из куба необходимо отводить небольшое количество (2...5 %) спирта пониженной концентрации (около 80 %) в ректификационную колонну (на тарелку питания).

     В сивушной колонне происходит дальнейшее концентрирование сивушного масла и других промежуточных примесей, начатое в спиртовой колонне. В нее подаются сивушная фракция и сивушный спирт, отбираемый из спиртовой колонны в зоне концентрирования промежуточных примесей. Сивушная колонна (рис. ЮО, в) подобна спиртовой, имеет 56 многоколпачковых тарелок, снабжена дефлегматором и конденсатором. Обогрев колонны может быть как открытым, так и закрытым. В отгонной части колонны устанавливают 15... 17 тарелок. Между отгонной и концентрационной частями колонны располагают аккумулятор (рис. 101), в котором находится значительный объем спирто-водной жидкости, обеспечивающей стабильную работу колонны. Высота слоя жидкости в аккумуляторе от 200 до 700 мм.

     Питание в колонну подают на тарелку, расположенную  непосредственно над аккумулятором, концентрированные промежуточные продукты отбирают из аккумулятора, где накапливается большое количество сивушного масла (СМ), в результате чего поступающая в него флегма расслаивается, образуя верхний слой с высоким содержанием указанных спиртов (концентрат сивушного масла) и нижний — подсивушный, состоящий из раствора этилового спирта и других компонентов в воде. 

     Часть аккумулятора, в которой размещен сливной стакан вышележащей тарелки, отделена перегородкой от основного  объема его так, что образуется карман. Перегородка внизу не доходит до дна, а вверху оканчивается выше уровня жидкости, благодаря чему карман сообщается с остальной частью аккумулятора и устанавливается спокойная поверхность жидкости в. кармане. На уровне жидкости к карману прикреплен фонарь, через который отводится из аккумулятора концентрат сивушного масла (КСМ).

     Этиловый  спирт и головные примеси концентрируются  в верхней части колонны и  выводятся в эпюрационную колонну. Иногда этот спирт отбирают как низший сорт для технических целей. Снизу  колонны отводится лютерная вода.

     По  предложению УкрНИИСПа на некоторых  заводах сивушное масло выделяют методом экстрактивной ректификации (рис. Щ.) Установка состоит из экстрактивно-ректификационной колонны, дефлегматора, конденсатора, инжектора и декантатора.

     Сивушная  фракция в смеси с греющим  паром вводится в боковую часть колонны, имеющей 8...12 тарелок. На верхнюю тарелку поступает горячая вода с таким расчетом, чтобы содержание спирта в кубовой жидкости поддерживалось 1,5...3 об. %.

     При таких условиях компоненты сивушного масла концентрируются в поднимающемся по колонне паре и получаемый дистиллят расслаивается в декантаторе. Из него верхний слой, обогащенный сивушным маслом, поступает на промывку в экстрактор сивушного масла, а нижний (подсивушный) — на орошение экстрактивно-ректификационной колонны. Кубовая жидкость возвращается в цикл ректификации (обычно на одну из средних тарелок бражной колонны). 

3.5 Аппараты, работающие под вакуумом

     В процессе перегонки бражки и ректификации спирта на спиртзаводе расходуется от 70 % энергоресурсов и воды. Поэтому актуальными являются задачи по совершенствованию технологии и аппаратуры для максимальной экономии пара, электроэнергии и воды. Одним из эффективных путей снижения энергозатрат является внедрение брагоректификационных установок, работающих под вакуумом. Вакуумные установки позволяют снизить удельный расход пара и воды по сравнению с установками косвенного действия не менее чем на 35—45 %. Дополнительный расход электроэнергии на создание вакуума невелик и составляет 0,1 кВт • ч/дал спирта.