Брагоректификационные установки непрерывного действия

Брагоректификационные установки предназначены для получения спирта-ректификата непосредственно из бражки. Брагоректификационные установки непрерывного действия являются основным типом оборудования для выделения и очистки спирта на предприятиях спиртовой промышленности. Бражка в этих установках разделяется на спирт-ректификат, эфироальдегидную фракцию, сивушное масло и барду. В них же отбираются промежуточные продукты (сивушные спирты).

Брагоректификационные установки бывают прямого, полупрямого и косвенного действия.

В установках прямого действия (рис. 21.11) эпюрации (выделению головных примесей) подвергается бражка. Бражка представляет собой слабоконцентрированный раствор спирта и примесей. При низких концентрациях спирта коэффициенты ректификации примесей имеют большие значения; следовательно, их удаление будет более интенсивным. Установка состоит из эпюрационной колонны 3 с концентрационной частью 4 и ректификационной колонны 9, в состав которых входят дефлегматоры 5 и 7, а также конденсаторы 6 и 8. После выделения основной массы головных примесей и значительной части промежуточных примесей в эпюрационной колонне бражка поступает в бражную колонну 1. Здесь из бражки выделяются этиловый спирт, хвостовые примеси и остатки головных и промежуточных примесей. Основную массу паров из бражной колонны 1 направляют в ректификационную колонну 9. Некоторая часть паров из бражной колонны 1 поступает в эпюрационную колонну 3 для ее обогревания. Для этой цели служит труба 2, снабженная дроссельным клапаном. Количество пара, поступающего в эпюрационную колонну, регулируется дроссельным клапаном. Хвостовые и промежуточные продукты, а также остатки головных продуктов отбирают в ректификационной колонне. Ректификат отводят в жидком виде с одной из верхних тарелок ректификационной колонны.

Очищенный от головных примесей спирт, содержащий хвостовые и промежуточные примеси (эпюрат), в жидком виде поступает в ректификационную колонну 9, снабженную дефлегматором 8 и конденсатором 7. Отбор спирта-ректификата, сивушного масла и промежуточных продуктов производится так же, как и в аппаратах прямого действия.В установке полупрямого действия (рис. 21.12) бражка, не подвергаясь предварительной эпюрации, поступает непосредственно в бражную колонну 1. В этой колонне выделяются спирт и все примеси. Пары направляются через ловушку-сепаратор 3 в эпюрационную колонну 2 с концентрационной частью 4, дефлегматором 5 и конденсатором 6, где из них выделяются головные примеси.

В трехколонной брагоректификационной установке косвенного действия (рис. 21.14) бражка насосом 37 подается в подогреватель (дефлегматор) 4.В установках косвенного действия (рис. 21.13) водно-спиртовые пары, поднимающиеся из бражной колонны 1, полностью концентрируются в дефлегматоре 2 и конденсаторе 3, образуя бражной дистиллят, который поступает на эпюрацию в эпюрационную колонну 4 с дефлегматором 5 и конденсатором 6. Эпюрат направляется в ректификационную колонну 9, снабженную дефлегматором 8 и конденсатором 7, где выделяются промежуточные продукты, сивушное масло и спирт-ректификат. Данная установка принята как типовая из-за высоких эксплуатационных показателей.

Подогревание бражки происходит за счет конденсации паров, поступающих из бражной колонны 35. Пары проходят при этом через ловушку 3, где отделяются увлеченные жидкие частицы.

Подогретая бражка поступает в сепаратор 2, где из нее выделяется диоксид углерода. Выделившийся в сепараторе газ поступает в конденсатор 1, где конденсируются увлеченные газом пары спирта и примесей, а затем направляется в спиртоловушку 8.

Бражка поступает в бражную колонну 35 с регулятором 36 для выпуска барды. Из конденсаторов 1, 5, 7, подогревателя бражки 4 и спиртоловушки 8 конденсат водно-спиртовых паров направляется в эпюрационную колонну 10, которая имеет дефлегматор 11 и конденсатор 12.

Головные продукты из конденсатора 12 поступают в холодильник 26, а далее через ротаметр 28 – в фонарь 27. Освобожденный от основной части головных примесей водно-спиртовой раствор (эпюрат) направляется в ректификационную колонну 20. Эта колонна снабжена дефлегматором 13 и конденсатором 15, из которого часть конденсата (нестандартный или непастеризованный спирт) отводится в эпюрационную колонну. Количество его составляет около 3 % от введенного в колонну безводного спирта. Другая часть конденсата присоединяется к флегме, поступающей из дефлегматора 13 в ректификационную колонну 20.

Спирт-ректификат в жидком виде с 3, 4, 5, 6 и 7-й тарелок (считая сверху) ректификационной колонны поступает в холодильник 23, откуда через ротаметр 25 направляется в фонарь 24. Сивушное масло поступает в виде паров через сепаратор 18 в конденсатор 16. Конденсат направляется в маслоотделитель 17. Выделенное в нем сивушное масло направляется в хранилище, а водно-спиртовой раствор из этого маслоотделителя возвращается в ректификационную колонну через подогреватель 22. Греющей средой в этом подогревателе служит лютерная вода, отводимая из ректификационной колонны в сборник 31 насосом 32. В ректификационной колонне также отбираются промежуточные продукты (сивушный спирт) и направляются в холодильник 21.

Для предохранения от смятия колонны снабжены вакуум-прерывателями 6, 9, 14, 29, 33. Пробный холодильник 30 предназначен для конденсации паров, выделяемых бардой и лютерной водой. В конденсате этих паров также содержится спирт. Подача греющего пара в бражную и ректификационную колонну регулируется паровыми регуляторами 19 и 34. В эпюрационную колонну пар поступает из выварной части ректификационной колонны.

Техническая характеристика брагоректификационных установок

косвенного действия

Производительность безводного

спирта  в сутки, дал………………………………. 1000      2000        3000        6000

Бражная колонна:

диаметр, мм……………………………………. 1000      1400        1500        2000

число тарелок…………………………………. 23          23            25            24

Площадь поверхности бражного

подогревателя, м²…………………………………. 48          81            114          160

В том числе:

бражной секции………………………………. 33          66            99            120

водяной секции……………………………….. 15          15            15            40

Эпюрационная колонна:

диаметр, мм……………………………………. 700        1100        1200        2000

число тарелок…………………………………. 39          39            37            35

В том числе:

в отгонной части…………………………….. 20          20            25            19

в концентрационной части……………….. 19          19            12            16

Площадь поверхности дефлегматора, м²…. 15          35            50            70

Ректификационная колонна:

диаметр, мм……………………………………. 800        1200        1600        2000

число тарелок…………………………………. 70          70            70            70

В том числе:

в отгонной части…………………………….. 16          16            16            16

в укрепляющей части………………………. 54          54            54            54

Площадь поверхности дефлегматора, м²…. 50          85            100          145

Сивушная колонна:

диаметр, мм……………………………………. –            –              700          900

число тарелок…………………………………. –            –              57            57

В том числе:

в отгонной части…………………………….. –            –              17            17

в концентрационной части……………….. –            –              40            40

Площадь поверхности дефлегматора, м²…. –            –              20            20

Брагоректификационная установка с эпюрацией бражки (рис. 21.15) предназначена для получения ректификационного спирта как высшей очистки, так и спирта «Экстра» без снижения паспортной производительности. Особенность технологической схемы состоит в эпюрации бражки, что позволяет использовать эпюрированные водно-спиртовые пары брагоэпюрационной колонны для обогревания эпюрационной колонны и получить экономию в расходе пара от 8…10 до 14…15 кг/дал, в относительно высоком удельном расходе пара на эпюрацию бражного дистиллята, получаемом за счет ввода в эпюрационную колонну эпюрированных водно-спиртовых паров и способствующем эффективной очистке спирта от головных и промежуточных примесей. Дополнительная очистка спирта от эфирометанольной фракции и промежуточных примесей осуществляется в ректификационной колонне за счет развитой зоны пастеризации и наличия в колонне рециркуляционных контуров для перемещения примесей из зон их накопления в зоны концентрирования.

Брагоректификационная установка состоит из трех колонн: брагоэпюрационной 1, эпюрационной 9 и ректификационной 12. Колонны установки снабжены соответствующей теплообменной аппаратурой и другим оборудованием. Выварные части брагоэпюрационной и эпюрационной колонн взаимосвязаны через пеноловушку 2 трубопроводом эпюрированных водно-спиртовых паров. Брагоэпюрационная колонна 1 предназначена для выделения основной части головных и промежуточных примесей этилового спирта при эпюрации бражки, отгонки спирта из бражки и разделения парового потока, движущегося вверх по колонне, на водно-спиртовой погон с выделенными примесями и поступающими в эпюрационную колонну в виде бражного дистиллята и на эпюрированные водно-спиртовые пары, направляемые в выварную камеру эпюрационной колонны для обогревания последней. Назначение эпюрационной колонны 9 состоит в очистке спирта от эфиров, альдегидов, части метанола и других головных и промежуточных примесей.

В ректификационной колонне 12 производится укрепление спирта, его очистка от головных и промежуточных примесей, концентрирование и вывод высших спиртов.

Бражка, нагретая в подогревателе 5 теплом водно-спиртовых паров до 80…85 °С, направляется в сепаратор 4, освобождается в нем от диоксида углерода и поступает на 27 тарелку брагоэпюрационной колонны (БЭК) 1. На восьми верхних тарелках БЭК бражка подвергается эпюрации. Выделенные при эпюрации бражки водно-спиртовые пары с примесями последовательно проходят через бражные и водяную секции подогревателя 5 и конденсаторы 6 и 7, где они конденсируются и совместно с дистиллятом конденсатора 3 через сборный коллектор бражного дистиллята поступают на 25 тарелку эпюрационной колонны (ЭК) 9.

Освобожденная при эпюрации от основной части примесей спирта бражка переходит в выварную часть БЭК 26, где из нее полностью отгоняется спирт. Эпюрированные водно-спиртовые пары с верхней тарелки выварной части БЭК через пеноловушку 2 поступают в выварную камеру ЭК. Количество спирта, отбираемого при эпюрации бражки, составляет 40…50 % от общего количества спирта в исходной бражке и регулируется задвижкой перед подогревателем бражки 5. На трубопроводе эпюрированных водно-спиртовых паров задвижка при эксплуатации установки открывается полностью. Отвод барды из колонны 26 осуществляется через бардорегулятор 25.

Эпюрационная колонна 9 обогревается эпюрированными водно-спиртовыми парами колонны 26. Из колонны 9 водно-спиртовые пары, содержащие головные примеси, поступают в дефлегматор 8 и конденсатор 10. Конденсат из дефлегматора 8 и частично из конденсатора 10 в виде флегмы возвращается на верхнюю тарелку колонны 9.

Отбор этилового спирта (головная фракция) производится из конденсатора 10. Спирт в количестве 2…3 % через ротаметр 13 поступает в холодильник этилового спирта (головная фракция) 20, в спиртовой фонарь 18, контрольный снаряд и в спиртоприемное отделение.

Эпюрат из выварной камеры колонны 9 поступает на 16 тарелку (тарелку питания) ректификационной колонны (РК) 12, снабженной дефлегматором 11, конденсатором 15 и вакуум-прерывателем 23.

Пары сивушного масла из колонны 12 отбираются с 5, 7, 9 и 10-й тарелок из паровой фазы и направляются в конденсатор 14, откуда конденсат сивушного масла через смеситель поступает в сивухопромыватель 16.

Отбор непастеризованного спирта производится из конденсатора 15, откуда конденсат в количестве 2…3 % через ротаметр 13 направляется на одну из верхних тарелок ЭК 9. Лютерная вода из колонны отводится с помощью затвора 22.

Отбор крепкого сивушного спирта производится с 17, 19, 20, 25 или 27-й тарелок РК 12 в количестве 1…1,5 % с направлением флегмы в сборник промывных вод 24 и последующей ее переработкой на установке.

Ректификационный спирт отбирается одним продуктом с 15-й, считая сверху, тарелки РК 12, откуда затем направляется в холодильник спирта 19, в спиртовый фонарь 17, контрольные снаряды и в спиртоприемное отделение.

Для повышения качества спирта в РК 12 предусмотрена внутриколонная рециркуляция флегмы с перемещением ее из зон накопления примесей в зоны их концентрирования. С этой целью флегма, относительно обогащенная головными примесями и метанолом, с 6-й, считая сверху, тарелки в количестве 20…30 % через ротаметр 13 поступает в испаритель 21, где за счет тепла лютерной воды испаряется и в виде парового потока направляется в дефлегматор 11. Конденсат, относительно обогащенный промежуточными примесями, отбирается с 22-й, считая сверху, тарелки, откуда в количестве 5…7 % через ротаметр 13 направляется в среднюю часть ректификационной колонны 12.

В брагоректификационной установке с двукратным использованием теплоты (рис. 21.16) бражная колонна 14 работает под вакуумом, а эпюрационная 13 и ректификационная 12 колонны как и в обычных условиях.

Все это в обычных установках не только усложняет процесс очистки бражного дистиллята в последующих колоннах, но и снижает выход спирта. В связи с этим проведение перегонки под вакуумом (в более мягком режиме) позволяет получить бражный дистиллят с меньшим содержанием примесей и тем самым облегчить последующую его очистку при меньшем расходе пара и, наконец, получить спирт более высокого качества и с большим, на 0,5…0,7 %, выходом за счет меньшего отбора эфироальдегидной фракции. Наряду с этим пониженная температура перегонки бражек позволяет почти полностью сохранить в барде аминокислоты и витамины, что значительно повышает ее кормовую ценность.В технологическом отношении выбор бражной колонны для работы под вакуумом объясняется необходимостью понизить температуру перегонки бражек до 65…67 °С, при которой (по сравнению с перегонкой в обычных установках) значительно (в 2…4 раза) снижается новообразование таких нежелательных примесей, как уксусно-этиловый эфир, уксусный альдегид и др. Образование этих примесей в значительных количествах в обычных установках объясняется тем, что именно в бражной и частично в эпюрационной колоннах наряду с основными процессами разделения смеси ректификацией происходят сопутствующие им химические и биохимические процессы. Например, образованию уксусно-этилового эфира по реакции этерификации способствуют повышенная температура перегонки, наличие в бражке свободных кислот, спирта и присутствие оксидов меди (из которой изготовлена колонна) как катализатора. В этих же условиях происходит и частичный распад аминокислот бражек.

В теплотехническом отношении из-за работы колонн под различным давлением и двукратного использования теплоты греющего пара значительно снижается удельный расход пара на 1 дал получаемого спирта.

В описываемой установке бражная колонна 14 обогревается вторичным паром, поступающим из дефлегматора-испарителя 9, которым ректификационная колонна 12 оборудуется вместо обычного дефлегматора. Эпюрационная 13 и ректификационная 12 колонны обогреваются паром через кипятильники 15 и 18, что, в отличие от обогревания колонн открытым паром предотвращает отрицательное влияние примесей пара на качество получаемых продуктов, а также позволяет использовать конденсат, отходящий из кипятильников, для получения из него чистого вторичного пара в дефлегматоре-испарителе. Кроме того, в схеме рационально используется тепло барды и лютерной воды. Все это в сочетании с двукратным использованием тепла греющего пара позволяет сократить общий расход пара на установку на 40…45 %.

Бражная колонна 14, работающая под вакуумом, в конструктивном отношении отличается от обычных: она изготовлена из нержавеющей стали марки Х18Н10Т (что по сравнению с медью в 1,5…2 раза уменьшает новообразование примесей) толщиной 6 мм, имеет ребра жесткости, тарелки ситчатые с отверстиями диаметром 10 мм, живое сечение тарелки 14 %, расстояние между тарелками 500 мм.

Техническая характеристика колонн

                                                  Бражная   Эпюрационная      Ректификационная

Диаметр, мм……………………….. .1100               800                                   900

Число тарелок…………………….. .24                   20+10                                              16+54

Тип тарелок……………………….. .Ситчатые                                 Многоколпачковые

Зрелая бражка насосом 29 подается в подогреватель 28, где она нагревается бардой до 35…38 °С, а затем до температуры кипения 56…58 °С в нижнем барабане дефлегматора 5 эпюрационной колонны 13 и направляется на верхнюю тарелку бражной колонны 14, обогреваемой вторичным паром, поступающим из паросепаратора 8 и дефлегматора-испарителя 9. Недостающая для обогревания колонны часть пара (около 2 кг из необходимых 21 кг/дал) вводится в колонну через барботер из парового коллектора. Барда из колонны 14 через регулятор 25 насосом 27 подается в подогреватель 28.

Водно-спиртовые пары из верхней части бражной колонны 14 поступают в ловушку 4 и, отделившись в ней от капельной жидкости, направляются в межтрубное пространство трехбарабанного конденсатора 3 для конденсации водой температурой не выше 14…15 °С.

Окончательная конденсация паров и охлаждение газов до 20…22 °С происходит в конденсаторе-холодильнике 2, а осушка газов при 10…15 °С – в осушителе 1.

Полученный в конденсаторе 2 и осушителе 1 конденсат крепостью 42…45 об. % и температурой 42…45 °С отводится по барометрической трубе 26 в сборник бражного дистиллята 24. Газы и увлеченная ими незначительная часть спиртовых паров из осушителя 1 откачиваются водокольцевым вакуум-насосом 30, в котором одновременно с образованием необходимого разрежения происходит улавливание спиртовых паров водой, поступающей для работы насоса. Получаемая при этом водно-спиртовая жидкость крепостью 2…4 об. % направляется в сборник бражки, а газы – в атмосферу.

Бражный дистиллят из сборника 24 насосом 23 подается в подогреватель 22, в котором нагревается до 80 °С горячей лютерной водой и направляется на 20 тарелку, считая снизу, эпюрационной колонны 13, снабженной трубчатыми конденсаторами 6 и 7.

Конденсат из кипятильников 15 и 18 отводится в сборник конденсата 19, а из него под действием давления поступает по трубопроводу 17 в паросепаратор 8.

Дефлегматор-испаритель 9 наряду с питанием ректификационной колонны флегмой обеспечивает получение из горячего конденсата вторичного пара, необходимого для обогревания бражной колонны 14.

Спиртовые пары из ректификационной колонны 12 поступают в межтрубное пространство дефлегматора-испарителя 9, в котором за счет теплообмена с конденсатом температурой около 67 °С, циркулирующего в трубах, частично конденсируются и в виде флегмы поступают на верхнюю тарелку колонны. Наряду с этим за счет перепада температур поступающего конденсата (около 120 °С) и в паросепараторе (около 67 °С), а также использования скрытой теплоты конденсации спиртовых паров в дефлегматоре-испарителе 9 происходит интенсивное испарение горячего конденсата с образованием вторичного пара.

Избыток конденсата из паросепаратора отводится по барометрической трубе 16 в сборник 21, а из него – на теплотехнические нужды.

Несконденсировавшиеся в дефлегматоре-испарителе 9 спиртовые пары поступают в конденсатор 10. Конденсат из конденсатора газовой линии 11 направляют к ЭАФ.

Спирт высокого качества отбирают с 3-й, 4-й и 5-й тарелок, считая сверху, ректификационной колонны 12. Сивушное масло отбирают с 7-й, 9-й и 10-й тарелок, а сивушный спирт – с 17-й, 19-й или 21-й тарелок, считая снизу, колонны. Колонна 12 снабжена вакуум-прерывателем 20.