Классификация оборудования

Брагоректификационные установки, применяемые в спиртовой промышленности, укомплектованы бражной, эпюрационной и ректификационной колоннами.

Ректификационные установки могут быть разделены на следующие группы (рис. 21.1):

брагоперегонные установки (для получения из бражки спирта-сырца) бывают двух типов:

– одноколонные установки, в которых флегма освобождается от спирта (вываривается) совместно с бражкой в нижней части колонны (в бражной колонне);

– двухколонные установки, в которых флегма вываривается отдельно от бражки в лютерной колонне;

ректификационные установки (для получения спирта-ректификата из спирта-сырца) периодического и непрерывного действия;

брагоректификационные установки непрерывного действия;

установки для получения абсолютного спирта (из бражки или спирта-ректификата).

Ректификационные колонны (рис. 21.2), входящие в состав установок, бывают полными, отгонными и концентрационными.

Полная колонна 1 (рис. 21.2, а) состоит из отгонной (исчерпывающей) и концентрационной частей. Греющий пар подводится в нижнюю часть колонны, а вода проходит через дефлегматор 2 и холодильник дистиллята 3.  Питание в полную колонну вводится в среднюю часть (на верхнюю тарелку отгонной части колонны). Дистиллят отводится из холодильника дистиллята.

Отгонная колонна 1 (неполная) (рис. 21.2, б) имеет только отгонную часть, в ней отсутствует дефлегматор 2, а питание подается на ее верхнюю тарелку. В этой колонне поступающее питание истощается низкокипящим компонентом.

Концентрационная колонна 1 (неполная) (рис. 21.2, в) снабжена дефлегматором 2, а питание поступает под нижнюю тарелку в парообразном виде.

Контактное устройство – основной элемент ректификационной колонны, на котором осуществляется процесс массообмена между паром и жидкостью. Интенсивный массообмен на контактном устройстве достигается путем создания развитой поверхности контакта фаз и активной гидродинамической обстановки.В полной ректификационной колонне 1 создается возможность для получения практически в чистом виде обоих компонентов разделяемой бинарной (двухкомпонентной) смеси. В неполной отгонной колонне из нижней части отводится практически чистый труднолетучий компонент, а из верхней – пар, несколько обогащенный легколетучим компонентом. Из верхней части неполной концентрационной колонны отводится практически чистый легколетучий компонент, а из нижней – остаток S, несколько обогащенный труднолетучим компонентом.

В спиртовой промышленности, как правило, применяют тарельчатые контактные устройства, на которых осуществляется последовательно ступенчатый контакт фаз. Тарелки ректификационных колонн могут быть (рис. 21.3): колпачковыми, ситчатыми (решетчатыми), клапанными, чешуйчатыми, ситчатоклапанными, жалюзийно-клапанными и др. Во всех случаях на тарелке удерживается слой жидкости, через который проходит пар, в результате чего осуществляется массообмен.

Простейшая одноколпачковая тарелка одинарного кипячения 1 используется в бражных колоннах установок малой производительности (для разделения жидкостей со взвешенными частицами или способных выделять осадки). В одноколпачковой тарелке двойного кипячения 2 барботаж происходит из под краев колпачка и воротника. Благодаря этому создаются встречные потоки пара, улучшающие контакт пара и жидкости. Многоколпачковые (капсульные) тарелки 3 применяют в колоннах для разделения жидкостей, не содержащих взвешенных частиц. Они имеют большой периметр барботажа и более эффективны.

Ситчатые (решетчатые) тарелки 4 с отверстиями диаметром 2,5…3,5 мм (для разгонки жидкостей, не содержащих взвешенных частиц) и 8…12 мм (для разгонки жидкостей со взвешенными частицами или жидкостей, способных выделять осадки).

В клапанных тарелках 6 распределительным устройством для пара являются клапаны (пластины той или иной формы), которые перекрывают отверстия тарелки и под давлением пара поднимаются, пропуская пар. Предельная высота подъема клапана определяется высотой ограничительного устройства. Клапанные тарелки обладают способностью к самоочищаемости. Они используются в ректификационных и эпюрационных колоннах.В провальной тарелке (решетчатого типа) 5 нет сливных стаканов, и жидкая фаза сливается через те же отверстия, через которые поступает на тарелку пар. Тарелки изготовляются из стальных или медных листов толщиной 2,5…6 мм. Щели тарелки выполняются штамповкой или фрезеровкой с живым сечением 10…15 %. Расстояние между тарелками составляет 300…600 мм. Такие тарелки применяются в бражных колоннах при перегонке паточной и зернокартофельной бражки.

Некоторые разновидности ситчатых тарелок являются чешуйчатые тарелки 7, отверстия которых выполнены так, что поток пара проходит через тарелку под углом меньше 90° к плоскости тарелки с наклоном паровых струй в сторону движения жидкости по тарелке. Характерной особенностью чешуйчатых однонаправленных тарелок является значительное снижение брызго- и пеноуноса при относительно высокой скорости движения пара в колонне и более широкий диапазон нагрузок при сохранении высокого значения КПД.

Работу тарелок оценивают по пропускной способности пара и жидкости, по способности разделять рабочую смесь, по диапазону устойчивой работы, по гидравлическому сопротивлению и др. Пропускная способность по пару и жидкости характеризует производительность колонн (удельный объем конечного продукта с единицы поперечного сечения колонны).

Способность разделять перегоняемую смесь называют эффективностью контактного устройства или колонны в целом. Обычно определяют число теоретических тарелок (ступеней изменения концентраций) или число единиц переноса и по нему оценивают эффективность тарельчатых колонн.

Под теоретической тарелкой понимают такое устройство, которое обеспечивает контакт пара и жидкости, в результате покидающие его потоки достигают фазового равновесия. Практически на реальных тарелках такое равновесие почти никогда на достигается. Теоретическая тарелка служит эталоном для установления эффективности реальных тарелок.