6.10 Стадія виділення спирту з культуральної рідини (браги) і його очищення від домішок
Ця стадія є заключною і здійснюється в брагоректификаційнних установках (БРУ). Існує кілька варіантів технологічних схем БРУ, однак принципи їхньої автоматизації схожі, тому як приклад розглядається триколонная установка непрямої дії (рис.6.10).
Брага з бродильного відділення подається в теплообмінник /, де нагрівається парами спирту і води, потім надходить у верхню частину бражної колони VI і по тарілках стікає вниз. Назустріч потоку рідини піднімаються пари води і спирту, що утворяться за рахунок теплоти пари, що гріє, подаваного в кип'ятильник колони. У результаті тепломассообміну концентрація спирту в потоці пари зростає, а в рідині зменшується. Брага, з якої відігнаний спирт, називається бардой. Вона приділяється з нижньої частини колони і, будучи основним відходом спиртового виробництва, використовується або безпосередньо як корм для худоби, або як сировина для виробництва кормових дріжджів. Пари спирту і супутніх йому домішок виходять з верхньої частини колони, холоджуються в теплообміннику / потоком браги конденсуються в дефлегматорі. //, куди подається охолоджена вода.
Очищення спирту-сирцю виробляється в эпюраційнній колоні VII, куди на перегонку надходять конденсат спирту-сирцю з дефлегматора //. Обігрів колони виробляється паром, що подається в кип'ятильник. Температурний режим у епюраційній колоні розрахованій на поділ спирту, що тут є висококипячим компонентом суміші, і легколетучих домішок (ефірів, альдегідів, метанолу й ін.), що концентруються у верхній частині колони /// і виходять з її у виді эфіроальдегідній фракції (ЭАФ).
Очищений спирт концентрацією 20—30 % (эпюрат) виводиться з нижньої частини епюраційної колони і подається в ректифікаційну колону VIII для остаточного очищення і концентрування. У цій колоні легколетучим компонентом є спирт, а основним висококипячим — вода, тому концентрація спирту зростає по висоті колони. Обігрів цієї колони, як і двох інших, здійснюється гострою парою, що подається в кип'ятильник.
Рисунок 6.10-Схема автоматизації триколонной установки непрямої дії
Спирт-ректифікат концентрацією 96 % відбирається з 10—15 тарілок у верхній частині колони і проходить через теплообмінник V, де охолоджується водою. Пари спирту виходять через верхній отвір і після конденсації в дефлегматорі IV повертаються в колону як флегму. З нижньої частини колони відбираються сивушні олії, а ще нижче приділяється вода з залишками спирту.
Брагоректификаційнне відділення є вибухонебезпечним приміщенням, тому в ньому допускається установка тільки приладів і засобів автоматизації у вибухобезпечному виконанні. У системі автоматизації БРУ використані переважно прилади пневматичної галузі ГСП, у тому числі вторинні прилади з пневмоприводом діаграми. Навантаження БРУ визначається витратою браги, для регулювання якого служить система, що складається з комплекту індукційного витратоміра (1-1, 1-2), электропневмоперетворювача 1-3, вторинного приладу 1-4 з Пі-регулятором 1-5 і регулюючого клапана 1-6.
Важливим технологічним параметром, що визначає режим роботи кожної з колон БРУ, є тиск у її нижній частині, що залежить від витрати пари, яка гріє кип'ятильник.Для регулювання тиску в схемі автоматизації БРУ використані однотипні системи, що складаються з датчиків тиску 2-1, 5-1, 8-1, вторинних приладів 2-2, 5-2, 8-2 з П-регулятором 8-3 чи Пі-регуляторами 2-3 і 5-3 і регулюючих клапанів 2-4, 5-4, 8-4 на трубопроводах подачі пари в кип'ятильник відповідної колони.
Основним параметром, що характеризує стан процесу кожній колоні, є концентрація цільового продукту (спирту) в основному технологічному потоці на виході з апарата.Через, відсутності серійних датчиків для автоматичного виміру цього параметра його безпосереднє регулювання неможливе. Однак при постійному тиску в колоні між концентрацією і температурою кипіння рідини на контрольній тарілці існує однозначна залежність, яку можна використовувати для непрямого регулювання концентрації.
У бражній колоні температура на контрольній тарілці регулюється двоконтурною (каскадної) АСР. Температура виміряється манометричним термометром 3-1, пневматичний сигнал з виходу якого подається на вторинний прилад 3-2 з ПІ-регулятором 3-3. Сигнал цього регулятора надходить як завдання на регулятор 2-3 тиску в нижній частині колони. При роботі системи, якщо за якимись причинами концентрація спирту у верхній частині колони змінюється, наприклад зменшується, температура на контрольній тарілці знижується, стаючи менше заданої. Регулятор 8-3 збільшить задане значення тиску для регулятора 2-3, що виявиться більше поточного значення тиску в нижній частині колони. У результаті збільшиться витрата пари в кип'ятильник і інтенсифікується процес кипіння, а також усі тепломасообмінні процеси в колоні, що згодом приведе до відновлення необхідного режиму її роботи.
Аналогічна за структурою АСР (6-1, 6-2, 6-3) застосовується для стабілізації технологічного режиму в епюраційній колоні. Відмінність полягає в тому, що в даної АСР регулюється гемпература в нижній частині колони, відкіля відбирається цільовий продукт-эпюрат.
Особливо високі вимоги пред'являються до якості регулювання концентрації спирту, що відбирається з ректифікаційної колони, оскільки він є кінцевим продуктом виробництва. Для цього служить двоконтурна (каскадна) АСР, що регулює витрату спирту-ректифікату з корекцією по температурі на контрольній тарілці. Датчиком витрати є ротаметр 9-1, пневматичний вихідний сигнал якого подається на вторинний прилад 9-2 з П-регулятором 9-3 і далі на регулюючий клапан 9-4.
Температура на контрольній тарілці виміряється манометричним термометром 10-1, пневмосигнал з який надходить на вторинний прилад 10-2 з Пі-регулятором 10-3. Сигнал з виходу цього регулятора подається як завдання на регулятор 9-4.
Схемою автоматизації БРУ передбачене регулювання витрат холодної води, яка подається в дефлегматор усіх колон. При цьому витрата води в дефлегматор бражної колони забезпечує стабілізацію температури нагрітої води, що відходить, (4-1—4-4). У епюраційній і ректифікаційній колонах застосовані однотипні системи регулювання тиску у верхній частині колони, що складаються з датчиків 7-1 і 11-1, вторинних приладів 7-2 і 11-2 з Пі-регуляторами 7-3 і 11-3 і клапанами 7-4 і 11-4, що регулюють подачу охолодної води в дефлегматор відповідної колони.
Поряд із стабілізацією основних технологічних параметрів брагоректифікаційна система автоматизації БРЕШУ забезпечує регулювання тиску пари в колекторі за допомогою регулятора 13 прямої дії «посля себе», а також температури спирту-ректифікату після теплообмінника V (12-1 — 12-4). Вимір і облік обсягу спирту, одержуваного з БРУ, а також змісту в ньому чистого алкоголю виробляються за допомогою спеціального пристрою, який називається контрольним снарядом (на рис.6.10 не показано).