Антипов С.Т. и др. Машины и аппараты пищевых производств. Книга 2. Том 2

Подождите немного. Документ загружается.

Продуктовые трубопроводы

Паровые трубопроводы

Водяные трубопроводы

Воздушные трубопроводы

Спирт-ректи-

В сборники

В сборник

В канализацию

Рис.

22.8 Принципиальная схема двухколонной ректификационной установки

382

Часть II Машины и аппараты-преобразователи

пищевых сред

Сивушная жидкость, отбираемая в ректификационной колонне, направляется в

сивушную колонну 16, которая имеет дефлегматор 9 и конденсатор 10. Колонна 16

предназначена для удаления из ректификационной колонны сивушного масла, что

создает благоприятные условия для ректификации этилового спирта, а также для

выделения сивушного масла и промежуточных продуктов в более концентрирован-

ном виде.

Сивушная жидкость, отбираемая в колонне 16, поступает через смотровой фонарь

75 в сивухоотделители 11 ив декантатор сивушного масла 72. Отсюда сивушное масло

поступает в сборник 13. Подсивушная жидкость (промывная вода) подогревается в теп-

лообменнике 14 теплом лютерной воды и поступает в сивушную колонну. Холодильник

и фонарь 18 предназначены для отбора концевой фракции (сивушного спирта).

Кроме трехколонных ректификационных установок непрерывного действия

применяются также установки, в которых имеется четвертая колонна - колонна

окончательной очистки. В эту колонну направляется спирт-ректификат из ректифи-

кационной колонны. В колонне окончательной очистки выделяются остатки приме-

сей спирта, что обеспечивает повышение его качества. Окончательная колонна все-

гда обогревается паром, пропущенным через змеевики.

В табл. 22.1 представлены расходные характеристики ректификационных установок.

Таблица 22.1 Расходные характеристики ректификационных установок

Колонна

Расход, кг на

дал безводного спирта

Колонна

пара

воды

Колонна

для производства спирта - ректификата крепостью, об. %

Колонна

95,52 96...96,2 95,5

96,5

Эпюрационная

4...5 4...5

- -

Ректификационная 16...20 24...28

- -

Сивушная 4...6 4...7

- -

Окончательной очистки 3...5 2...3

Всего

четырехколонный аппарат

24...36 34...43

300...360 340...430

трехколонный аппарат 27...31 32...40 270...310

320...

340

двухколонный аппарат 20...25 28...33 175...180 220...250

Рис.

22.9 Принципиальная схема трехколонной ректификационной установки

Глава 22 Оборудование для ведения процесса

ректификации пищевых сред

383

Кубовые ректификационные установки периодического действия в настоящее

время встречаются только на заводах малой производительности ликероводочной и

спиртовой промышленности. Кубовая ректификационная установка (рис. 22.10)

работает по методу непрерывных наполнений, который является наиболее прогрес-

сивным для такого оборудования. Применение этого метода приближает кубовую

установку по способу эксплуатации к непрерывнодействующим установкам.

Основными элементами кубовой установки являются куб 72, ректификационная

колонна 10, дефлегматор 3 и холодильник 4. При работе установки периодического

действия спирт-сырец из напорного бака 75 поступает в куб 72. Для лучшего выде-

ления головных продуктов в верхней части куба устанавливают распределительную

тарелку с зубцами или конический распылитель. В начале загрузки спирта-сырца в

куб он обогревается паром, поступающим через барботер. По мере наполнения куба

включают подогревательные элементы-кипятильники, конденсат из которых отво-

дят конденсационным горшком 77, а затем отбирают альдегиды и эфиры. После это-

го приступают к отбору спирта I сорта, который пропускают через смотровой фо-

нарь 5. В процессе перегонки спирт химически очищают, для чего на верхнюю та-

релку колонны из бачка 7 подают водно-спиртовой раствор каустической соды. Си-

вушные масла скапливаются в определенной зоне колонны. Их выводят во время

отбора последней трети спирта I сорта в виде паров сивушного спирта. Эти пары

ОТРАБОТАННАЯ ВОДА

ОТРАБОТАННАЯ

'ВОДА

БАК

ХОЛОДНОЙ

ВОДЫ

ОТБРОСЫ

Ш И 11

СОРТА

КАНАЛИЗАЦИЮ

КОНДЕНАСАТ ПАРА

ПРОБНИК ПРОБНИК

Рис.

22.10 Принципиальная схема кубовой ректификационной установки

384

Часть II Машины и аппараты-преобразователи

пищевых сред

через сепаратор 9 поступают в холодильник 6; затем после смешивания конденсата с

водой в смесителе 7 сивушная жидкость поступает в маслоотделитель S.

Водно-спиртовой раствор из маслоотделителя возвращается в куб. После отбора

I сорта отбирают концевые сорта, содержащие промежуточные и хвостовые продук-

ты.

Когда жидкость в кубе не будет содержать спирта, воду спускают и приступают

к новому циклу работы.

В дальнейшем все операции повторяют в том же порядке. Подача пара в куб регули-

руется регулятором 13. Аппарат предохраняется от смятия вакуум-прерывателями 2 и 14.

Инженерные расчеты. Количество теплоты Q

(кДж), затрачиваемое на подог-

рев 100 кг бражки до температуры кипения в бражной колонне

где г

ки

„ - температура кипения водно-спиртовой смеси, имеющей массовую долю, рав-

ную массовой доле этанола в бражке, °С; t

- температура бражки после подогревания,

поступающей в бражную колонну, °С; с

6р

- удельная теплоемкость бражки, кДж/(кг-К),

бр

4,266 -0,ШВ

бр

где В(,

- массовая доля сухих веществ в бражке, %

Зная Q

. определяем массовую долю этанола (крепость) в кипящей бражке

А'бр,

%, на питательной тарелке.

Массовый расход алкоголя G

(кг/ч), который поступает в аппарат с бражкой,

=tfp

„/24,

где П - суточная объемная производительность спиртовой линии, дал/сут; р

„ -

плотность этанола, кг/м

(р

(И

= 789 кг/м

Массовый расход бражки Мц

(кг/ч), поступающей на перегонку

6р

=шс

ал

/х

5р

где Х

6р

- массовая доля спирта (абсолютного алкоголя) в бражке, %.

Массовый расход водно-спиртового пара G'

(кг/ч), отходящего из бражной ко-

лонны, рассчитывается с учетом массовой доли водно-спиртового пара А^

, посту-

пающего на питательную тарелку колонны

ню

где

у„

- массовая доля алкоголя в парах, уходящих из бражной колонны, %.

Бражная колонна работает с коэффициентом избытка пара Р, тогда весь массо-

вый расход пара G'„ (кг/ч), поступающего из бражной колонны

g;,=p-g;„.

Действительная массовая доля этанола в парах

у'

у'д

C'«

-y

'd-

На основе определения массы продуктов, поступающих и удаляемых из браж-

ной колонны, составляется уравнение материального баланса

Глава

Оборудование для ведения процесса

ректификации пищевых сред

385

М'

БР

+Р

+Р +

Б,

где

Р -

масса греющего пара

и его

конденсата,

кг; Б -

масса барды

без

конденсата

(дистиллята) водно-спиртовых-паров,

кг.

Уравнение теплового баланса бражной колонны:

БР

БР^БР

+ PI\ = G'

БС

Ф„

где U

удельная энтальпия греющего пара, кДж/кг, берется

из

таблицы

для

сухого

насыщенного пара

по

давлению греющего пара;

г'а -

удельная энтальпия водно-

спиртовых паров, кДж/кг;

С В

удельная теплоемкость барды, кДж/(кг-К).

=4,19-0,01585

где

массовая доля сухих веществ

барде,

температура барды, °С;

тем-

пература конденсата,

°С;

= T

; С

удельная теплоемкость конденсата, кДж/(кг-°С);

Ф„

расход теплоты бражной колонной

окружающую среду, кДж/ч

(для

изолиро-

ванных колонн берутся

из

условия

4 % от

теплосодержания греющего пара, посту-

пающего

бражную колонну, т.е. Ф„

0,04J

Z'I).

Тогда

из

уравнения удельной теплоемкости барды определяется расход грею-

щего пара

(кг/ч)

бражной колонне аппарата

= [

•

'Д

•

&4 -

МБРСБР

•

)/(0,96/

;

По числу тарелок

бражной колонны находится общая высота аппарата

Н, м.

Скорость пара со„ (м/с)

колпачковых тарелках вычисляется

по

формуле

со„

=[0,305h/{60

0,05h)]-0,0\2Z,

где

h -

расстояние между тарелками,

мм; Z -

глубина барботажного слоя,

мм

(рас-

стояние от уровня жидкости

на

тарелке до края колпачка).

Высота колонны

(м) определяется

(п

l)h

}

где

h\ и hi -

соответственно расстояние

от

нижней тарелки

до

основания колонны

расстояние

от

верхней тарелки

до

верхнего днища колонны,

м [h\ = 0,7 м; h

= 0,3 м);

п -

число тарелок,

шт.

Площадь поперечного сечения колонны

(м

)

равна

F = P

/©

p„/

3600,

где

ц и i

соответственно энтальпия греющего пара

при

давлении,

которым

он

поступает

бражную колонну,

рабочем давлении

пара непосредственно

в ко-

лонне, кДж/кг

(р

= 0,115 МПа);

р„ -

плотность водяного пара

при

рабочем давле-

нии

кг/м

(р„

0,661 кг/м

Диаметр колонны

(м) рассчитывается по формуле

)ак 710

386

Часть II Машины и аппараты-преобразователи

пищевых сред

лДЖ.

Расчет эпюрационной и ректификационных колонн брагоректификационного

аппарата косвенного действия осуществляется по аналогичной методике исходя из

балансов тех продуктов, которые поступают в эти колонны.

Истинное лекарство от всех страданий это -

увеличение деятельности ума, души,

что достигается увеличением образования.

ГЮЙО ЖАН (1854-1888),

французский философ

22.5 БРАГОРЕКТИФИКАЦИОННЫЕ УСТАНОВКИ

НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ

Брагоректификационные установки предназначены для получения спирта-

ректификата непосредственно из бражки. Брагоректификационные установки не-

прерывного действия являются основным типом оборудования для выделения и

очистки спирта на предприятиях спиртовой промышленности. Бражка в этих уста-

новках разделяется на спирт-ректификат, эфироальдегидную фракцию, сивушное

масло и барду. В них же отбираются промежуточные продукты (сивушные спирты).

Брагоректификационные установки бывают прямого, полупрямого и косвен-

ного действия.

В установках прямого действия (рис. 22.11) эпюрации (выделению головных

примесей) подвергается бражка. Бражка представляет собой слабоконцентрирован-

ный раствор спирта и примесей. При низких концентрациях спирта коэффициенты

ректификации примесей имеют большие значения; следовательно, их удаление бу-

дет более интенсивным. Установка состоит из эпюрационной колонны 3 с концен-

трационной частью 4 и ректификационной колонны 9, в состав которых входят де-

флегматоры 5 и 7, а также конденсаторы 6 и 8. После выделения основной массы

головных примесей и значительной части промежуточных примесей в эпюрацион-

ной колонне бражка поступает в бражную колонну 1. Здесь из бражки выделяются

этиловый спирт, хвостовые примеси и остатки головных и промежуточных приме-

Рис.

22.11 Принципиальная схема Рис. 22.12 Принципиальная схема брагоректификационной

брагоректификационной установки установки полупрямого действия

прямого действия

Глава 22 Оборудование для ведения процесса

ректификации пищевых сред

387

сей.

Основную массу паров из бражной колонны 7 направляют в ректификационную

колонну 9. Некоторая часть паров из бражной колонны 7 поступает в эпюрационную

колонну 3 для ее обогревания. Для этой цели служит труба 2, снабженная дроссель-

ным клапаном. Количество пара, поступающего в эпюрационную колонну, регули-

руется дроссельным клапаном. Хвостовые и промежуточные продукты, а также ос-

татки головных продуктов отбирают в ректификационной колонне. Ректификат от-

водят в жидком виде с одной из верхних тарелок ректификационной колонны.

В установке полупрямого действия (рис. 22.12) бражка, не подвергаясь пред-

варительной эпюрации, поступает непосредственно в бражную колонну 7. В этой

колонне выделяются спирт и все примеси. Пары направляются через ловушку-

сепаратор 3 в эпюрационную колонну 2 с концентрационной частью 4, дефлегмато-

ром 5 и конденсатором 6, где из них выделяются головные примеси.

Очищенный от головных примесей спирт, содержащий хвостовые и промежу-

точные 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 аппара-

тах прямого действия.

В установках косвенного действия (рис. 22.13) водно-спиртовые пары, подни-

мающиеся из бражной колонны 7, полностью концентрируются в дефлегматоре 2 и кон-

денсаторе 3, образуя бражной дистиллят, который поступает на эпюрацию в эпюрацион-

ную колонну 4 с дефлегматором 5 и конденсатором 6. Эпюрат направляется в ректифи-

кационную колонну 9, снабженную дефлегматором 8 и конденсатором 7, где выделяются

промежуточные продукты, сивушное масло и спирт-ректификат. Данная установка при-

нята как типовая из-за высоких эксплуатационных показателей.

В трехколонной брагоректификационной установке косвенного действия

(рис.

22.14) бражка насосом 37 подается в подогреватель (дефлегматор) 4.

И-

Бражка

nag

Головные

продукты

яг

Эпюрат

•

Пар

Барда

1П

Пар^

_£

Ректификат

ьг

Сивушные

масла

]

Лютерная

вода

Рис.

22.13 Принципиальная схема

брагоректификационной установки косвенного действия

Холодная вода

Продуктовые трубопроводы Водяные трубопроводы Паровые трубопроводы

Рис.

22.14 Принципиальная схема трехколонной брагоректификационной установки косвенного действия

Глава 22 Оборудование для ведения процесса

ректификации пищевых сред

389

Подогревание бражки происходит за счет конденсации паров, поступающих из

бражной колонны 35. Пары проходят при этом через ловушку 3, где отделяются ув-

леченные жидкие частицы.

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, м

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 25

в концентрационной части 19 19 12 16

Площадь поверхности дефлегматора, м

15 35 50

Ректификационная колонна:

диаметр, мм 800 1200 1600 2000

число тарелок 70 70 70 70

В том числе:

в отгонной части 16 16 16

в укрепляющей части

54 54

Площадь поверхности дефлегматора, м

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, м

20,

Подогретая бражка поступает в сепаратор 2, где из нее выделяется диоксид угле-

рода. 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 дефлегма-

тор И и конденсатор 12.

Головные продукты из конденсатора 12 поступают в холодильник 26, а далее че-

рез 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.

390

Часть II Машины и аппараты-преобразователи

пищевых сред

Количество его составляет около 3 % от введенного в колонну безводного спирта. Дру-

гая часть конденсата присоединяется к флегме, поступающей из дефлегматора 13 в рек-

тификационную колонну 20.

Спирт-ректификат в жидком виде с 3, 4, 5, 6 и 7-й тарелок (считая сверху) рек-

тификационной колонны поступает в холодильник 23, откуда через ротаметр 25 на-

правляется 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 рек-

тификационной 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, выделяе-

мых бардой и лютерной водой. В конденсате этих паров также содержится спирт.

Подача греющего пара в бражную и ректификационную колонну регулируется па-

ровыми регуляторами 19 и 34. В эпюрационную колонну пар поступает из выварной

части ректификационной колонны.

Брагоректификационная установка с эпюрацией бражки (рис. 22.15) предна-

значена для получения ректификационного спирта как высшей очистки, так и спир-

та «Экстра» без снижения паспортной производительности. Особенность техноло-

гической схемы состоит в эпюрации бражки, что позволяет использовать эпюриро-

ванные водно-спиртовые пары брагоэпюрационной колонны для обогревания эпю-

рационной 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 конту-

ров для перемещения примесей из зон их накопления в зоны концентрирования.

Брагоректификационная установка состоит из трех колонн: брагоэпюрационной

эпюрационной 9 и ректификационной 12. Колонны установки снабжены соответ-

ствующей теплообменной аппаратурой и другим оборудованием. Выварные части

брагоэпюрационной и эпюрационной колонн взаимосвязаны через пеноловушку 2

трубопроводом эпюрированных водно-спиртовых паров. Брагоэпюрационная колон-

на 1 предназначена для выделения основной части головных и промежуточных при-

месей этилового спирта при эпюрации бражки, отгонки спирта из бражки и разделе-

ния парового потока, движущегося вверх по колонне, на водно-спиртовой погон с вы-

деленными 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 эпюрацион-

ной 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.