Проект брагоректифікаційного відділення спиртового заводу потужністю 6000 дал спирту ректифікованого на добу

Гріюча пара                                                                   Головна фракція

  Зворотній спирт                                                            Конденсат

                                                                                       Сивушний спирт

                 Гріюча пара                                                 Сивушна фракція                

                                                                                      

   Підсивушна вода                                                       Відпрацьована вода

        Сивушний спирт                                                  Лютерна вода

                                                                 Вода

  

                                                           

Охолоджуюча вода                                                                Сивушне масло            

                                                                                        Відпрацьована вода

                               Ректифікований спирт

                                                  

                                                                                             

                                                                                                        Проект брагоректифікаційного відділення спиртового заводу потужністю

                                                                                                  6000 дал на добу

 

 

 

 

 

 

2.2. Вибір та  обгрунтування способів ректифікації  спирту

Спирт етиловий ректифікований отримують з спирту-сирцю або  безпосередньо з бражки. Виділення спирту з бражки та його очистка відбувається внаслідок перегонки і ректифікації.                                                       

Під перегонкою розуміють  розділення суміші летких речовин, що мають різну леткість, на окремі компоненти або фракції шляхом часткового випаровування та наступної конденсації пари. У процесі перегонки пара збагачується легколеткими компонентами, а залишок – важколеткими компонентами.

Ректифікація – це процес розділення багатокомпонентних однорідних сполук на компоненти або групи компонентів (фракції) шляхом багаторазового двостороннього масо- та теплообміну між паровими і рідинними потоками, що рухаються протилежно один до одного.

Легколеткий компонент  – це компонент з меншою температурою кипіння або з більшою пружністю пари.

Важколеткий компонент  – компонент з більшою температурою кипіння або з меншою пружністю  пари.

Із спирту-сирцю ректифікований спирт одержують на періодично- або  безперервно діючих ректифікаційних  установках.

У спиртовій промисловості  ректифікований спирт отримують виключно з бражки, що вважається економічно більш доцільно. Одержання ректифікованого спирту безпосередньо з бражки здійснюється на безперервно діючих брагоректифікаційних установках (БРУ), на яких можна виділити спирт з бражки й звільнити його від супутніх летких домішок.                                     

Головна мета процесу  очистки спирту – звільнити його від більшості домішок і одержати спирт стандартної концентрації. Одночасно домішки, що відбираються, повинні бути максимально сконцентровані та звільнені від етилового спирту. У цьому випадку втрати спирту з побічними продуктами будуть мінімальними.                                                                                     

Спирт-сирець і бражний  дистилят – це багатокомпонентна суміш. Для розділення їх застосовують декілька послідовно працюючих ректифікаційних колон, кожна з яких розділяє поступаючи до неї суміш на дистилят, що складається із одного чи кількох легколетких компонентів та залишок, що складається з одного чи кількох важколетких компонентів.

Оскільки вміст летких домішок у спирті-сирці невеликий, допускають, що леткість окремих домішок  не залежить від наявності в ньому  інших домішок, але значною мірою вона залежить віл концентрації водно-спиртового розчину.

Теорія перегонки і ректифікації спирту базується на основі законів П.Д.Коновалова і М.С. Вревського.

Леткість окремих компонентів  бінарної суміші характеризується коефіцієнтом випаровування  К = Y/Х – відношення концентрації даної речовини у паровій фазі Y до концентрації її у рідкій фазі X при умові, що розглянуті фази бінарної суміші знаходяться у рівноважному стані.

 

 

Летка частина бражки складається  в основному з води і етанолу, тому в процесі виділення спирту бражку розглядають як бінарну суміш етанолу і води.

При очистці спирту від  супровідних летких домішок доводиться піддавати розділенню багатокомпонентну суміш.

Для оцінки леткості домішок  у порівнянні з леткістю етилового  спирту введено поняття "коефіцієнт ректифікації" домішок:

К = К_д/ К_с = β*Х/(α* Y),

де К_д = β/а – коефіцієнт випаровування домішок;

α і β – вміст  домішок у рідині та парі;

К_с – коефіцієнт випаровування етанолу;

X і Y – вміст етанолу в рідині та парі.

Коефіцієнт ректифікації показує, на скільки збільшується або  зменшується вміст у парі домішок по відношенню до етанолу в порівнянні з рідиною. Він дозволяє в наочній формі відобразити поведінку домішки в процесі ректифікації.

Коефіцієнт випаровування  і ректифікації домішок залежить від концентрації етанолу у водному розчині, з якого виділяються домішки.

Усі відомі домішки за леткістю можна згрупувати в чотири види: головні, хвостові, проміжні та кінцеві.

До головних домішок  належать ті, які мають більшу леткість, тобто більший коефіцієнт випаровування, ніж етиловий спирт, при всіх концентраціях його у розчинні. Для них завжди К > 1. Спирто-водяна суміш у даному випадку виступає у ролі ВЛК. Основні представники головних домішок - оцтовий і масляний альдегіди, акролеїн, мурашиноетиловий, оцтовометиловий, оцтовоетиловий, діетиловий ефіри.

Леткість хвостових  домішок завжди менша леткості спирту (К < 1), і хвостові домішки у суміші із спирто-водяною рідиною можуть розглядати як ВЛК. Вони будуть виходити в залишок. Типовими хвостовим домішками є оцтова кислота і фурфурол.

Проміжні домішки мають подвійну властивість. При високих концентраціях етанолу вони мають характер хвостових домішок (К < 1), а при низьких, навпаки – характер головних домішок (К > 1). При визначеній концентрації етанолу у водно-спиртових розчинах леткість проміжних домішок дорівнює леткості етанол (К = 1). Основні представники проміжних домішок – ізоаміловий, ізобутиловий. пропіловий спирти, ізовалер’яновий, оцтовоізоаміловий, ізовалер’яноетиловий ефіри.

Для кінцевих домішок, як і для проміжних, характерна леткість у локальних умовах, однак на противагу їм. Кінцеві домішки мають коефіцієнт ректифікації (К > 1) при високих концентраціях спирту і (К < 1) при низьких концентраціях. Характерна кінцева домішка – метанол.

Знання коефіцієнтів випаровування спирту і супровідних  домішок дає можливість обгрунтовано підійти до створення схем ректифікаційних установок для видалення спирту з бражки та його очистка від домішок.

 

 

 

 

При взаємодії протитечійно рухомих  потоків у процесі ректифікації відбувається дифузія легколеткого компонента з рідини в пару та важко леткого компонента з пари в рідину. Процес ректифікації здійснються в спеціальних апаратах – ректифікаційних колон. Спосіб контактування потоків у колонах може бути ступінчастим (у тарілчастих колонах) або безперервним (у насадних і плівкових колонах) .

У колонах спеціальні контактні пристрої (тарілки) створюють  умови, що сприяють максимальному наближенню взаємодіючих парового та рідинного  потоків. Щоб ці потоки могли обмінюватися речовиною та енергією, вони повинні  бути нерівноважені. При контактуванні потоків у результаті тепло- і масообміну величина нерівно важності зменшується. Далі потоки відділяються один від одного і процес супроводжується шляхом нового контактування цих фаз уже на другому суміжному ступені з другими рідинами та паровими потоками. У результаті багаторазово повторюваного на послідовних тарілках контактування рідини і пари, що рухається протитечійно по висоті колони, склад взаємодіючих фаз істотно змінюється: паровий потік при прямуванні вгору збагачується ЛЛК,а рідинний, стікаючи вниз, збіднюється наи, тобто збагачується ВЛК.  При достатньо довгому шляху контактування протилежно рухомих по колоні потоків можна одержати в кінцевому підсумку з верхньої частини колони пару, що представляє собою більш чи менш чистий ЛЛК, конденсація якої дає дистилят, а з нижньої частини колони – порівняно чистий ВЛК, так званий кубовий залишок.

Рідинний потік у  колоні (флегма) утворюється в результаті часткової конденсації пари, що виходить з верхньої частини колони, в спеціальних теплообмінних апаратх – дефлегматорах або вводиться в колону у вигляді живлення. Для створення парового потоку в колоні у її нижню частину вводиться відповідна кількість теплоти безпосередньо впуском граючої пари (випадок відкритого обігрівання колони) або подачею її в спеціальний теплообмінник-випарник, через поверхню теплопередачі якого теплота передається киплячому кубовому залишку (випадок закритого обігріву). Огігрівання колон відкритою парою застосовується у тому випадку, коли гріюча пара не впливає негативно на якість кінцевих продуктів, не взаємодіє з продуктами ректифікації й не утворює нових систем, які важко розділяються в колоні.  При відкритому обігріванні конденсат гріючої пари змішується із залишком . При закритому обігріванні потрібна пара більш високих параметрів і наявність випарника.       

Ректифікаційна колона може бути повною і неповною. Повна  колона складається з відгінної  і концентраційної частин. Живлення у повну колону подається в  середню частину . Неповна колона має тільки відгінну частину або одну концентраційну частину. Живлення у неповну відгінну колону подається на її верхню тарілку, в неповну концентраційну – під нижню тарілку в пароподібному вигляді.

 

 

 

 

 

 

2.2.1 Типи брагоректифікаційних установок.

В залежності від способу  включення бражної колони в схему розрізняють брагоректифікаційні установки прямої, непрямої (побічної) й напівпрямої дії.

Принципова особливість установок прямої дії полягає в живленні спиртової колони спирто-водяною парою, що виходить безпосередньо з бражної колони. В установках прямої дії теплота гріючої пари використовується дворазово. Свіжа гріюча пара вводиться тільки в нижню частину бражної колони, а епюраційна колона й спиртова обігріваються спирто-водяною парою, що виходить з верхньої частини бражної колони. У бражну колону подають бражку, звільнену від головних домішок (епюровану), і флегму, яка надходить із спиртової колони. Таким чином, у бражній колоні відбувається спільне вилучення спирту з бражки й флегми. Концентрація сухих речовин у барді при цьому знижується за рахунок розбавлення її лютерною водою, що утворюється після вилучення спирту з флегми.

Використовують дещо видозмінену схему установки  прямої дії, в якій

передбачено роздільне  виділення спирту з бражки й флегми. У зв'язку з цим потрібне додаткове введення гріючої пари в нижню (відгінну) частину

спиртової колони, але при цьому  барда не розбавляється лютерною водою.

Принципова особливість  установок непрямої (побічної) дії  – попереднє вилучення з бражки спирту й супутних йому домішок, в результаті чого одержується спирт-сирець (бражний дистилят), який у рідкому вигляді направляється в епюраційну колону, а потім у спиртову для очистки. Спирто-водна пара, що виходить з бражної колони,, надходить у конденсатор. В епюраційну колону подають спирто-водний (бражний) дистилят, який надходить з конденсатора.

Спирто-водний дистилят у епюраційній колоні очищається від головних домішок під дією свіжої пари, яка вводиться в нижню  частину колони. Рідкий епюрат, що надходить  у колону , звільняється від хвостових і проміжних домішок також у результаті введення свіжої гріючої пари.

Треба відзначити, що в  установках непрямої дії колони зв'язані  між собою тільки рідинними потоками, в той час як в установках прямої дії - рідинними й паровими потоками, що ускладнює регулювання їх роботи.

Також використовують схеми, які близькі до установок непрямої дії. Єдиною відмінністю її є живлення епюраційної колони спирто-водною парою, яка виходить безпосередньо з бражної колони, а не бражним дистилятом.

Ці схеми установок відносять до установок напівпрямої дії, проте цей поділ дещо умовний.