БРУ ВАК разработана ВНИИПрБ совместно  с УкрНИИСП. БРУ ВАК косвенно-прямоточного действия состоит из четырех колонн: брагоэпюрационной, эпюрационной, спиртовой  и отгонной (рис. 4.11). В установке под разрежением работают эпюрационная колонна и концентрационная часть спиртовой колонны. Остальные колонны работают под атмосферным давлением.

Рисунок 4.11 – Схема вакуумной брагоректификационной установки: 1, 6, 16 и 19 — брагоэпюрационная, эпюрационная, отгонная и спиртовая колонны; 2 — сепаратор бражки; 3, 4 — пеноловушки; 5, 17 и 20 — кипятильники; 7, 10 — дефлегматоры; 8, 9, 11 и 12— конденсаторы; 13 — сепаратор жидкости; 14 — барометрический конденсатор; 15 — вакуум-насос; 18 — инжекционные устройства; 21 — подогреватель бражки; 22 — барометрические сборники; 23 — сборник спиртовых отгонов; 24 — центробежный насос; обозначения А – бражка; Б – барда;  Л – Лютерная вода; П – греющий пар; CM – сивушное масло; PC – ректификованный спирт; ГФ – головная фракция. 

     Острый  пар используется для обогрева брагоэпюрационной 1 и отгонной 16 колонн. Эпюрационная 6 и спиртовая 19 колонны обогреваются рекуперированной теплотой спиртовых паров брагоэпюрационной колонны, часть теплового потока поступает в спиртовую колонну через выносной кипятильник от отгонной колонны.

     Вакуумная БРУ работает следующим образом. Зрелая бражка, пройдя нижнюю секцию дефлегматора спиртовой колонны 19 и подогреватель 21, нагревается до 70 —75 °С и направляется в сепаратор бражки 2, где от нее отделяется диоксид углерода. Отсепарированная бражка поступает на 25-ю тарелку брагоэпюрационной 1 колонны, состоящей из шести эпюрирующих и девятнадцати отгонных тарелок, разграниченных между собой цилиндрической обечайкой (вставкой) с патрубком для отвода эпюрированных водно-спиртовых паров. Над зоной ввода бражки установлена трехтарельчатая царга, выполняющая роль пеноловушки для предотвращения уноса частиц бражки с водно-спиртовыми парами из колонны. Брагоэпюрационная колонна работает точно так же, как и обычная установка косвенно-прямоточного действия.

     Эпюрированные водно-спиртовые пары из цилиндрической обечайки брагоэпюрационной 1 колонны через пеноловушку 4 поступают в межтрубное пространство кипятильника 5 к эпюрационной колонне, отдавая теплоту эпюрату для обогрева эпюрационной 6 колонны.

     Дистиллят эпюрированных водно-спиртовых паров  из кипятильника 5 поступает в первый из двух барометрических сборников 22 дистиллята, в которых поддерживается постоянный уровень жидкости. Далее дистиллят через регулирующую арматуру и инжектор за счет разности давлений поступает самотеком на 10-ю тарелку (считая снизу) эпюрационной 6 колонны для дальнейшей очистки от головных и частично промежуточных примесей. Наиболее легкие несконденсировавшиеся пары дистиллята эпюрированных водно-спиртовых паров так же, как и бражного дистиллята, используются для обогрева подогревателя бражки 21.

     Водно-спиртовые  пары, образующие бражный дистиллят, проходят пеноловушку 3 и поступают в кипятильник 20 спиртовой колонны. Конденсируются в нем, отдавая теплоту флегме спиртовой 19 колонны для ее обогрева. Бражный дистиллят затем идет во второй барометрический сборник 22, откуда поступает через регулирующее и инжекционное устройства на 25-ю тарелку эпюрационной 6 колонны. Соотношение потоков водно-спиртовых паров, отбираемых из брагоэпюрационной колонны 1, регулируется шиберными задвижками, установленными перед пеноловушками 4 и 3. Объемная доля спирта в эпюрированных водно-спиртовых парах должна быть в пределах 15—20 %. При этом условии обеспечивается оптимальная работа брагоэпюрационной и эпюрационной колонн. Всего в эпюрационной колонне сорок многоколпачковых тарелок. Она снабжена дефлегматором 7, конденсатором 8, из которого отбирается головная фракция, и дополнительным конденсатором 9, соединенным с барометрическим конденсатором 14.

     Эпюрат  из колонны 6 стекает в сборник 23, сюда же стекает и флегма из спиртовой 19 колонны. Спиртоводная жидкость насосом 24 подается на 16-ю тарелку (считая снизу) отгонной 16 колонны, которая содержит 29 тарелок. Температура в выварной части бражной колонны 105—106 °С.

     Компоненты  сивушного масла вместе с паровой  фазой выводятся с 4—11-й тарелки. Под действием паров спирта, поступающих в кипятильник 17 из отгонной 16 колонны, испаряется флегма спиртовой 19 колонны и вместе с паровым потоком, поступающим из кипятильника 20, обогревает спиртовую колонну. Сконденсировавшиеся в кипятильнике 17 спиртовые пары возвращаются в виде флегмы на верхнюю тарелку отгонной 6 колонны. Часть паров из расширителя через соответствующую регулирующую арматуру поступает в виде питания в спиртовую 19 колонну. Она имеет 47 многоколпачковых тарелок, которые служат для укрепления спирта. Температура в нижней камере 72—73 °С. Отбор ректификованного спирта производится с 8-й или 10-й тарелки, считая сверху.

     Спиртовая 19 колонна снабжена также дефлегматором 10, основным 11 конденсатором и дополнительным 12 конденсатором, который сообщается с барометрическим 14 конденсатором. В качестве барометрического конденсатора используется 8—10-тарельчатая царга с камерой для ввода газовой оттяжки из эпюрационной и спиртовой колонн.

     Нестандартный (непастеризованный) спирт из конденсатора 11 частично возвращается обратно в спиртовую и эпюрационную колонны на 36-ю тарелку.

     Для создания вакуума в системе барометрический 14 конденсатор через сепаратор 13 жидкости подключен к вакуум-насосу 75 водокольцевого типа марки ВВН. В верхней части эпюрационной и спиртовой колонн поддерживается разрежение 50 кПа, а в нижней части этих колонн — 30 кПа.

     Создание вакуума в системе снижает температуру кипения, что приводит как к экономии теплоты, так и к повышению качества спирта. За счет исключения новообразований и более полного удаления примесей можно получить практически нейтральный этиловый спирт.

     Брагоректификационная установка обеспечивает стабильную выработку спирта высокого качества при удельном расходе пара 34 кг/дал, воды 0,3 м³/дал и дополнительном расходе электроэнергии 0,17 кВт • ч/дал спирта.

     Установка надежно работает лишь при автоматическом управлении процессом.

4 Этапы модернизации БРУ

     В борьбе за качество спиртзаводы зачастую тратят большие деньги, не получая при этом желаемого результата. Бывают и противоположные случаи, когда средства ограничены и их надо потратить так, чтобы при этом значительно повысить качество (под качеством понимается физхимия + органолептика пищевого этилового спирта).

     В связи с этим хотелось бы посоветовать, что необходимо делать в первую очередь при модернизации брагоректификационных установок (БРУ). Допустим, мы имеем трехколонный аппарат косвенного действия. Обогрев всех колонн открытый. Требуется, затратив минимальную сумму, получить максимальную пользу, т. е. поднять органолептику и уменьшить содержание примесей в спирте.

     Приводим  перечень основных необходимых, на наш взгляд, мероприятий в порядке их значимости:

1. Установка полной сивушной колонны.
2. Установка кипятильника на эпюрационную колонну.
3. Автоматизация БРУ с использованием микропроцессорных средств.
4. Установка дополнительных царг на эпюрационную и ректификационную колонны, а также установка кипятильника на ректификационную колонну.
5. Установка эфирной колонны (концентрирования примесей).
6. Установка дополнительной царги на бражнуюколонну.
7. Установка метанольной колонны (колонны окончательной очистки).

     Теперь объясним подробнее, почему мы расположили пункты именно в такой последовательности.

1. Ни для кого не секрет, что гидроселекция позволяет получать значительно более чистый (кроме метанола) и лучшей органолептики спирт. Осталось мало заводов, работающих без гидроселекции. Нам доводилось сравнивать многие спирты, и почти всегда оказывалось, что, чем глубже гидроселекция, тем лучше органолептика. Расчеты в математических программах и данные хроматографии подтверждают также, что примеси тем легче извлекаются в эпюрационной колонне, чем глубже гидроселекция (только метанол полностью переходит в ректификационную колонну, но об этом позже).

     Однако  существует ограничение — ректификационная колонна. Почему нельзя повысить нагрузку на ректификационную колонну? Потому, что она рассчитана на определенный поток жидкости и пара. Основным ограничением разбавления эпюрата является большая концентрация сивушного масла в ректификационной колонне. Для того чтобы сивушное масло отделялось в декантаторе, необходимо иметь концентрацию его в парах не меньше, чем спирта. Это действительно очень высокая концентрация, и на трехколонном аппарате это основной фактор, не дающий увеличить гидроселекцию.

     Из  ректификационной колонны сивушное масло поступает в декантатор. Там масло отделяется водной экстракцией и выводится. Однако весь секрет в том, что выводится только часть его. Достаточно посмотреть треугольную диаграмму «сивушное масло — этанол — вода», и сразу становится понятно, что даже теоретически невозможно вывести все сивушное масло. С подсивушной водой возвращаются компоненты сивушного масла в передаточный чан или в бражную колонну. Ничего страшного не было бы, если концентрация сивушного масла на абсолютный спирт была меньше чем в бражке. Но на самом деле концентрация сивушного масла выше, чем в бражке и поэтому неизбежно происходит накопление примесей в системе БРУ. Реальная картина такова, что в начале месяца сивушного масла в бражном дистилляте содер жится 3,5-5,0 г/л, а в конце — 115-135 г/л. Здесь уже ни о какой гидроселекции не может быть и речи. С этим количеством сивушного масла и так невозможно справиться, не уменьшая производительности. Увеличить отбор сивушного масла из ректификационной колонны тоже нельзя, так как масло перестанет отделяться и, естественно, перестанет отводиться из БРУ. Получается замкнутый круг. Вот и приходится частенько сливать подсивушную воду в речку вместе с содержащимся в ней спиртом, травя рыбу.

     На  приведенном рисунке показано движение различных примесей в БРУ классической схемы.

     Следующая проблема: куда подавать непастеризованный спирт? Обычно, его подают на верхние тарелки эпюрационной колонны. Но ведь туда же мы подаем воду, чтобы уменьшить там концентрацию спирта для лучшего извлечения примесей. И получается, что, с одной стороны, мы пытаемся разбавить вводно-спиртовую жидкость на верху эпюрационной колонны, а с другой стороны, укрепляем крепким (до 97 % об) непастеризованным спиртом. Очередное противоречие.

     Все это усугубляется тем, что большие  концентрации сивушного масла в ректификационной колонне искажают температуру кипения на тарелке питания и отбор спирта ведется в неоптимальном режиме. Так как при таких концентрациях сивушного масла невозможно подавать достаточное количество гидроселекции, то, естественно, головные и промежуточные примеси хуже отделяются в эпюрационной колонне. Но это еще не все. Сивушное масло снижает летучесть всех примесей, и, чем больше масла поступает в эпюрационную колонну, тем хуже летучесть примесей. В таких условиях не поможет наращивание эпюрационной колонны хоть до ста тарелок.

     Все эти проблемы полностью решает установка  сивушной колонны, работающей в режиме ректификации. Отбор сивушного масла из ректификационной колонны увеличивают в несколько раз, и, следовательно, значительно уменьшаются зоны концентрации в ректификационной колонне. Это, в свою очередь, позволяет увеличить гидроселекцию. Подсивушная вода теперь возвращается в сивушную колонну. Из самой же сивушной колонны погон, соответствующий «Экстре», возвращается в эпюрационную колонну.

     Мы  считаем, что установка сивушной колонны,— наиболее важный фактор снижения примесей и повышения органолептики,

2. На второе место по значимости факторов мы поставили кипятильник эпюрационной колонны. Если мы ограничены крепостью эпюрата, то, для того чтобы больше подавать воды на гидроселекцию, нужно поставить кипятильник. Например, если на двухты-сячнике подводится 800 кг/ч открытого пара, то^при установке кипятильника начинают дополнительно подавать SOO кг/ч воды на гидроселекцию. Естественно, что крепость эпюрата в обоих случаях равна. Это дает возможность более полно извлекать примеси в эпюрационной колонне.
3. В необходимости автоматизации, разумеется, не надо никого убеждать. Сомневающиеся в ее необходи 
   мости могут попробовать походить по канату и при этом еще крутить на шее обруч: так же чрезвычайно сложно в ручном режиме обеспечить постоянство в стабильном поддержании оптимальных параметров ведения  процесса при множестве контролируемых показателей. Никакое количество колонн не поможет, пока действует человеческий фактор. К сожалению, приходилось видеть «автоматизацию», при которой даже отбор спирта из ректификационной колонны осуществляется вручную. Уж если тратить деньги на автоматизацию БРУ, то надо прописывать в Техническом задании все требования к системе, в частности то, что отбор спирта с ректификационной и сивушной колонн должен вестись в автоматическом режиме.
4. Установка дополнительной царги на эпюрационную колонну позволяет уменьшить содержание верхних промежуточных примесей в спирте. Не надо забывать, однако, что гидроселекция эффективнее извлекает эти примеси. Поэтому если гидроселекция недостаточно глубока, то наращивание эпюрационной колонны не даст ожидаемого эффекта. Наращивание ректификационной колонны дополнительной царгой позволяет уменьшить содержание нижних промежуточных примесей в спирте. При этом наращивать колонну больше 84 тарелок не имеет смысла, так как гораздо больший эффект дает правильная организация отбора сивушного масла из ректификационной колонны. Например, при правильном режиме отбора сивушного масла крепость спирта увеличивается на 0,3-0,4%, что равносильно установке дополнительной царги. Так зачем же тратить деньги?
5. Установка эфирной колонны позволяет убить сразу двух зайцев. Во-первых, за счет увеличения отбора головной фракции в эфирную колонну чище становится эпюрат, а следовательно, и спирт. Во-вторых, повышается выход спирта примерно на 4 %. По подсчетам заводов, поставивших эфирные колонны, срок окупаемости затрат составил всего 3 мес.