книги из ГПНТБ / Стабников В.Н. Перегонка и ректификация спирта

Ректификационные аппараты с многокрртным использованием тепла . 407

§ 3. РЕКТИФИКАЦИОННЫЕ а п п а р а т ы с МНОГОКРАТНЫМ ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТЕПЛА

Вопрос о применении принципа многократного использова­ ния тепла для ректификационных аппаратов не нов. Известны работы в этом направлении Чусова, Жура, Харина, Четвери­ кова, Осмера, Грегора, Стабникова и других авторов [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7]. Предложенные аппараты могут быть разбиты на три группы:

1) аппараты, в которых комбинируются выпарные и ректи­ фикационные установки. Аппараты этого типа приобретают особенное значение в связи с проблемой упаривания паточной барды;

2)аппараты многоколонного типа, в которых отдельные ко­ лонны работают под различными давлениями;

3)аппараты с термокомпреосией.

В этой последовательности рассмотрим некоторые из пред­ ложенных схем.

§ 4. КОМБИНИРОВАННЫЕ АППАРАТЫ

Одна из первых по времени схем была предложена К- Д. Журой и испытана им в полузаводском масштабе на аппарате производительностью 100 дкл спирта в сутки [2].

5—III корпус; 6—брагоперегонный аппарат; 7—дефлегматор;- в—холо­ дильник; 5—приемник; 10—приемники; 11—16—сборники конденсата.

Схема этого аппарата приведена на pine. 174. Аппарат со­ стоит из трехкорпусной выпарной установки и одноколонного ректификационного аппарата 6 и предназначен для получения концентрированной паточной барды и спирта-сырца.

Этот корпус и второй подогреватель обогреваются свежим па­ ром.

Вторичный пар I корпуса направляется во II корпус выпар­ ки. Часть его идет для обогревания первого подогревателя. Конденсат пара из I корпуса выпарной установки и второго подогревателя собирается в сборник 11 и направляется на пи­ тание котлов.

Водно-спиртовые пары образуются в I корпусе выпарной установки. Они поступают в первый подогреватель и во II кор­ пус выпарки 4. Конденсат этих паров собирается в/приемнике 12 и направляется в ректификационный аппарат 6. Вторичный пар II корпуса поступает в III корпус. Конденсат его соби­ рается в приемнике 13. Он может содержать еще незначитель­ ное количество спирта, поэтому его направляют или на разве­ дение патоки перед сбраживанием ее, или в ректификацион­ ный аппарат. Вторичный пар III корпуса служит для обогрева ректификационного аппарата. В этой схеме ректификационный аппарат включается как IV корпус выпарной установки. Сгу­ щенная барда удаляется из III корпуса в сборник 14, лютерная вода—в сборник 15, а конденсат пара III корпуса—в сбор­ ник 16. Ректификационный аппарат имеет дефлегматор 7, хо­ лодильник 8 и сборник 9, соединенный с конденсатором и ва­ куум-насосом. Приемник 10 служит для сбора сырца.

На описываемом аппарате получали концентрированную барду, содержащую от 40 до 60% сухих веществ. Крепость конденсата в сборнике 12 составляла 18—20% спирта. Расход пара составлял 40 кг/100 кг бражки. Расход пара при раздель­ ной работе выпарного и ректификационного аппаратов соста­ вил бы около 50 кг. Таким образом, экономия расхода тепла со­ ставляет примерно 25%.

К сожалению, комбинированные установки пока не полу­ чили у нас широкого применения. Однако за границей в ряде стран они используются в крупном производственном масштабе. Так, в Чехословакии инж. Грегором построена многокорпусная выпарная установка, состоящая из четырех двухсекционных

корпусов представляют собой водно-спиртовую смесь, которая подвергается перегонке на аппарате системы Гильома. Конден­ сат IV корпуса используется для технологических целей.

Экономия пара, по данным Научно-исследовательского ин­ ститута бродильной промышленности Чехословацкой респуб­ лики, составила 25 кг на 1 дкл спирта. Чтобы оценить размер

экономии, 'следует оказать, что расход пара на перегонку со­ ставляет около 40 кг/дкл сатирта. Таким образом, экономия со­ ставляет примерно 50%.

Остановимся еще на комбинированном аппарате, работаю­ щем на одном сульфитно-спиртовом заводе в Швеции. На рис.

ник конденсата; 17—бражная колонна; 18—экстракционная колонна; 19—эпю- рацнонная колонна; 20—спиртовая колонна; 21—метанольная колонна; 22—ко­ лонна для отделения сивушных масел; 23—вторичная метанольная колонна; 24—мерник; 25—дефлегматор; 26—конденсатор: 27—дефлегматор; 28—холодиль­ ники; 29, 30—теплообменники.

175 приведена схема этого аппарата производительностью 1800 дкл спирта в сутки [9]. Аппарат состоит из пятикорпусной выпарной установки и брагоректификационного аппарата. Пос­ ледний работает при давлении 3 ата.

Корпуса выпарной установки имеют выносные теплообмен­ ники 7, 8, 9,10,11 и сепараторы 1, 2, 3, 4, 5. Циркуляция при­ нудительная при помощи циркуляционных насосов. Подогретая бражка подается в III корпус выпарной установки. В этом кор­ пусе поддерживается температура кипения около 80°. Водноспиртовые пары из этого корпуса греют теплообменник 10. Их конденсат поступает в приемник 15, а отсюда—в бражную ко­ лонну 17. Соковый пар IV корпуса выпарки и его конденсат поступают в теплообменник 11. Температура кипения в IV кор­

410 Аппараты с использованием вторичного пара

пусе 65°, а в V—50—54°. Пары -из V корпуса полностью конден­ сируются в конденсаторе 12. Их конденсат содержит так мало спирта, что его нет смысла направлять на перегонку. Конден­ сатор 12 соединен с вакуум-установкой.

Бражка из V корпуса перекачивается в I, который работает иод давлением при температуре кипения 120°С. I корпус обогре­ вается свежим паром давлением 7 ати. Конденсат его возвра­ щается в котельную. Кроме того, в I корпус выпарки посту­ пают водно-спиртовые пары бражной колонны 17. Конденсато­ ром служит подогреватель 6. Конденсаты соковых паров I и II корпусов не содержат спирта, а потому собираются в отдель­ ном сборнике 16 и используются в производстве. Температура кипения во II корпусе 95°С. Бражная колонна 17 питается све­ жим паром и работает при давлении 3 ати. Эпюрационная колонна 19 питается конденсатом яз подогревателя 6 крепо­ стью по спирту около 15% об. Эпюрационная колонна 19 и спиртовая колонна 20 работают также под давлением 3 ати. Метанольная колонна 21, сивушная колонна 22 и вторичная метанольная колонна 23 работают под нормальным давлением.

Вследствие разницы давления в колоннах 20 и 21 дефлегма­ тор 30 спиртовой колонны служит испарителем для колонны 21.

Таким образом, в этом аппарате осуществлен и принцип ступенчатого использования пара. Барда упаривается в аппа­ рате до концентрации 55% сухих веществ. Расход пара на пе­ регонку спирта и упаривание барды значительно сокращается.

На сульфитно-спиртовых заводах Швеции применяются и другие схемы комбинирования выпарных и ректификационных установок. Так, например, имеются схемы, в которых последний корпус выпарки, работающий под давлением, питает вторич­ ным паром ректификационный аппарат. Такое комбинирование применяется и на некоторых наших паточных заводах.

Опыт эксплуатации комбинированных установок показывает, что в тех отраслях промышленности, где встречаются процессы выпаривания и перегонки, комбинирование их целесообразно и дает значительную экономию тепла. Такое комбинирование мо­ жет быть рекомендовано для 'применения в спиртовой, гидро­ лизной и сульфитно-спиртовой промышленности.

В патентной литературе имеются также предложения по ком­ бинированию выпарных аппаратов с перегонными и для заво­ дов, перерабатывающих зерно-картофельное сырье [1] (рис. 176).

Для проверки технических показателей комбинированных аппаратов инж. Константинова под руководством автора выпол­ нила проект комбинированной установки для упаривания и рек­ тификации паточной бражки.

Схема этой установки представлена на рис. 177. Спроектиро­ ванный аппарат предназначался для получения концентрата

паточной барды с содержанием 50% сухих веществ и спиртаректификата крепостью 95,5% об.

Производительность аппарата 2000 дкл безводного спирта з сутки. Крепость бражки, поступающей на выпаривание, 9%об. Как видно из схемы, аппарат состоит из трех корпусов выпар­ ной установки (последний корпус сдвоенный) и из двухколон­ ного ректификационного аппарата, состоящего из эпюрационной и ректификационной колонн.

Рис. 176. Схема четырехкорпусной выпарной установки для выпаривания зерно-картофельной бражки с отбором конденсата на перегонку:

Бражка крепостью 7,66% вес. при температуре 27°С центро­ бежным насосом 1 подается в подогреватель (решофер) 2. В этом решофере, обогреваемом паром II корпуса выпарки с температурой 92,5"С, бражка нагревается от 27 до 50°С, после чего поступает на второй решофер 3. Конденсат, образовавший­ ся в результате конденсации пара, отводится на рассиропку па­ токи. Пройдя второй решофер, обогреваемый паром I корпуса выпарки с температурой 111°С, бражка выходит с температурой 80°С и поступает в испаритель I корпуса 4, имеющий 8 испари­ тельных тарелок. Благодаря развитой поверхности соприкосно­ вения бражки с паром в испарителе происходит интенсивное ки­ пение и полное удаление спиртовых паров из кипящей жидко­ сти.

Образовавшийся спиртовой пар крепостью.45,5% об. идет на ловушку 5, где освобождается от увлеченных капелек жидкости и поступает частично на второй решофбр 3, а остальная часть идет на обогрев II корпуса 7. Конденсат из ловушки 5 возвра-

щается в I корпус 6. В решофере и во II корпусе спиртовой пар конденсируется и направляется в сборник 8, откуда насо­ сом 9 качается в эпюрационную колонну 11■ I корпус обогре­ вается шаром от паровой турбины с температурой 143°С и дав­ лением 4 ата. Конденсат этого пара отводится для питания котлов. Температура кипения раствора в I корпусе 111°С, дав­ ление 1,75 ата.

Из I корпуса упариваемый раствор поступает во II корпус выпарки, где давление равно 0,8 ата, а температура кипения

95,5°С. '■

Из II корпуса образовавшийся шар, пройдя ловушку, уходит частично на первый решофер, а также на обогрев эпюрационной колонны 4. Остальной пар направляется на обогрев III кор­ пуса.

Раствор из ««жней части II корпуса направляется на окон­ чательное упаривание в III корпус 10. Третий корпус сдвоенный, он состоит из двух корпусов с поверхностью нагрева по 250 м2. Давление здесь 0,5 ата, температура кипения раствора 8б,5°С. В последнем корпусе раствор окончательно упаривается до со­ держания 50% сухих веществ и поступает в сборник упаренного раствора, откуда насосом перекачивается в хранилище.

Из III корпуса вьгпарки пар отбирается на обогрев ректифи­ кационной колонны 14. Остальная часть пара удаляется из кор­ пуса и поступает в барометрический конденсатор.

Спиртовой раствор — сырец из сборника 8 — поступает в смеситель, где рассиропливается до содержания спирта 24,69% вес. лютерной водой, поступающей из сборника лютерной воды.

Пары, содержащие головные примеси (эфиро-альдегидную фракцию), поступают в дефлегматор эпюрационной колонны 12. Флегма стекает на верхнюю тарелку колонны. Несгущенные в дефлегматоре пары поступают в конденсатор 13. Здесь пары, содержащие в основном головные продукты, сгущаются и кон­ денсат направляется на фонарь, откуда сливается в сливное от­ деление. Часть конденсата возвращается в колонну как флегма.

Сивушные масла концентрируются на 17-й тарелке ректифи­ кационной колонны. Отсюда сивушное масло отводится в декан­ татор, где происходит отделение его от лютерной воды.

Спиртовые пары ректификационной колонны 14, также со­ держащие головные примеси, поступают в дефлегматор спирто­ вой колонны 15. Здесь большая часть их конденсируется и воз­ вращается как флегма в колонну. Несгущенные пары следуют "в конденсатор 16, где они конденсируются. Конденсат, представ­ ляющий собой спирт, богатый головными примесями, возвра­ щается в эпюрационную колонну как нестандартный спирт.

Готовый продукт — ректификат — отбирается с верхних таре­ лок в жидком виде («пастеризованный» спирт) и направляется

414 Аппараты с использованием вторичного пара

в холодильник, после чего на фонарь, а оттуда — в сливное от­ деление.

Колонны работают под давлением 0,26 ата. Для создания вакуума колонны соединены с конденсатором 17, который в свою

пара при р = 4 ата составляет 33 кг на 100 кг бражки, или 50 кг на 1 дкл безводного спирта в бражке.

Если учесть, что брагоректификационный аппарат полупрямого действия расходует на 1 дкл спирта около 40 кг пара, то можно констатировать, что расход пара на комбинированном аппарате почти такой же, а это значит, что упаривание барды почти не требует дополнительных затрат тепла против расхода тепла в брагоректификационной установке.

Если принять, что при раздельном выпаривании и ректифи­

При 10-кратной испарительной способности топлива эконо­ мия топлива в сутки составит 3,4 т, или около 1000 т в год.

Таким образом, можно констатировать, что комбинирование выпарного и ректификационного аппаратов может дать значи­ тельный экономический эффект. Стоимость комбинированного аппарата будет незначительно превышать стоимость отдельно установленных аппаратов, однако дополнительные расходы оку­ пятся довольно скоро за счет экономии топлива. Вопрос о ком­ бинировании аппаратов приобретает особо важное значение в связи со строительством цехов по концентрированию паточной барды.

§ 5. МНОГОКОЛОННЫЕ РЕКТИФИКАЦИОННЫЕ АППАРАТЫ С* РАЗЛИЧНЫМ ДАВЛЕНИЕМ В ОТДЕЛЬНЫХ КОЛОННАХ

Перейдем теперь к рассмотрению ректификационных аппа­ ратов, состоящих из ряда колонн, в которых поддерживается различное давление, благодаря чему пар может быть использо­ ван многократно.

Рассмотрим схему брагоректификационного аппарата этого типа [4].

Брагоректификационный аппарат предназначается для по­ лучения стандартных продуктов перегонки из зерновых, карто­

Многоколонные аппараты с различным давлением в отдельных колоннах 415

фельных и паточных бражек. Производительность предлагаемого аппарата по безводному спирту равна 5000 дкл в сутки. Ап­ парат состоит из бражной, эпюрационной, сивушной и ректифи­ кационной колонн. Две последних работают под давлением 2,75 ата, бражная колонна — под давлением 1,2 ата, а эпюрационная — под давлением 0,25 ата.

Рис. 178. Схема брагоректификационного аппарата с многократным использованием тепла:

1—насос; 2—нагнетательный трубопровод; 3—подогреватель; 4—сепаратор; 5—бражная колонна; б—бардяной регулятор; 7—насос; 8—паровая линия вторичного пара; 9—дефлег­ матор-испаритель ректификационной колонны; 10—дефлегматор-испаритель сивушной ко­ лонны; 11—ввод мятого пара; 12—эпюрацнонная колонна; 13—редукционный вентиль; 14—эпюрационный испаритель; 15— насос; 16—ввод горячей воды; 17—трубопровод для хвостовых примесей; J8—сивушная колонна; 19—дефлегматор эпюрационной колонны, 20—конденсатор эпюрационной колонны; 21—насос; 22—лютерный подогреватель; 23—тру­ бопровод; 24—ректификационная колонна; 25—насос; 26—конденсатор: 27—трубопровод

конденсата паров сивушной колонны; 23—насос сивушной колонны.

Схема работы аппарата такова (рис. 178). Зрелая бражка самотеком поступает из бродильного отделения на центробеж­ ный насос 1 и по нагнетательной линии 2 попадает в бражной подогреватель 3. Проходя по ходам подогревателя, бражка на­ гревается до температуры кипения ее на верхней тарелке браж­ ной колонны за счет тепла отходящей барды и лютерной воды. Нагретая до нужной температуры бражка поступает через се­ паратор 4 на верхнюю тарелку бражной колонны 5. Из нижней части бражной колонны барда при 104,2° отводится в бардяной регулятор б и из него поступает на бардяной центробежный насос 7, подающий ее в бражной подогреватель 3.

416 Аппараты с использованием вторичного пара

Коломна питается паром по двум паровым линиям. По пер­ вой ливни 8 основная маоса вторичного пара поступает из опиртового 9 и сивушного 10 кипятильников непосредственно в вы­ варную камеру, а по второй линии 11 в барботер подается в нужном количестве добавочный мятый пар. Освобожденные от бражки в сепарирующем устройстве колонны бражные пары кре­ постью 30,5% вес. поступают на дальнейшую очистку в эшорационную колонну 12.

Большая часть этих паров поступает через редукционный вентиль 13 в верхнюю часть эпюрационной колонны. Другая часть погонных паров бражной колонны поступает в эпюрационный испаритель 14 и, отдавая скрытую теплоту парообразования, иопаряет эпюрат, поступающий из нижней части колонны. По­

лученный в испарителе эпюрационной колонны пар служит грею­ щим для эпюрационной колонны. Образовавшийся в испарите­ ле 14 конденсат бражных паров подается насосом 15 на ниж­ нюю тарелку концентрационной части эпюрационной колонны. Для достижения оптимальных условий очистки крепость эпюрата доводится до 25% вес. путем добавления по линии 16 необ­ ходимого количества горячей воды.. Хвостовые примеси по тру­ бе 17 отводятся в виде раствора для дальнейшей концентрации в сивушную колонну 18.

Поднимающиеся с верхней тарелки эпюрационной колонны пары поступают в межтрубное пространство дефлегматора 19, где конденсируются и возвращаются на верхнюю тарелку ко­ лонны. Несгущенные в дефлегматоре 19 пары поступают на конденсацию в альдегидный конденсатор 20, а затем в виде конденсата — на фонарь. Эпюрат из нижней части эпюрацион­ ной колонны насосом 21 через лютерный подогреватель эпюрата 22 подается по линии 23 в ректификационную колонну 24. Ректификационная колонна питается острым паром из котла. Лютерная вода из нижней части колонны поступает на центро­ бежный насос 25, который подает ее в лютерный подогрева­ тель 3, а затем в лютерный подогреватель эпюрата 22 и кипя­ тильники 9 и 10.

Поднимающиеся с верхней тарелки ректификационной колон­ ны пары направляются в спиртовой конденсатор — кипятиль­ ник 9, где, отдавая скрытую теплоту, образуют вторичный пар, который служит греющим для бражной колонны. Конденсаторкипятильник по устройству представляет собой выпарной аппа­ рат с выносной поверхностью нагрева, в котором выпаривается вода за счет теплоты конденсации спиртовых паров. Потребная разность температур создается за счет разницы давлений в рек­ тификационной и брагоперегонной колоннах.

Конденсат спиртовых паров в виде флегмы возвращается на верхнюю тарелку колонны. Ректификат отбирается с одной или