Принципові схеми й основні типи брагоректифікаційних установок

Летка частина бражки зумовлена п'ятьма основними компонентами або гру­пами компонентів: етиловим спиртом С, головними домішками Г, проміжними до-

мішками П, кінцевими домішками К та хвостовими X. Кінцеві і проміжні домішки в локальних умовах можуть бути віднесені до головних або хвостових домішок тому дану суміш можна привести до трикомпонентної - С, Г, X. Для розділення трикомпонентної суміші достатньо мати дві колони, з'єднані за одним із варіантів, що приведений на рис. 10.19, а.

Рис. 10.19 Принципи побудови схем установок для очистки спирту

від домішок

У практиці ректифікації застосовують схеми, побудовані як за І, так і за П варіантом, проте переважне поширення одержав і варіант. Це пояснюється тим, що коефіцієнти ректифікації майже усіх головних домішок вищі при низькій концент­рації спирту, у зв'язку з чим виділити їх з низькоконцентрованого спирту легше -при меншому числі тарілок у колоні й менших витратах пари. У даному випадку в колоні А виділяються головні домішки; цей процес називається епюрацією, а колона - епюраційною. Спирт-сирець, звільнений від головних домішок, одержав назву епюрата. У ньому спирт етиловий є ключовим компонентом. Епюрат, що складається із компонентів С і X, надходить у другу колону, де розділяється на практично чистий верхній компонент С (етиловий спирт) і нижній компонент X (лютерну воду),

Наявність проміжних і кінцевих домішок ускладнює процес очистки спирту. Щоб звільнити спирт від проміжних домішок, необхідно забезпечити їх попереднє концентрування. Це можливо здійснити тільки в середній частині колони, по висоті якої концентрація змінюється в межах, що охоплюють зону максимального

и середніх концентраціях спирту мають коефіцієнти випа­ровування, близькі до спирту, тонакопичення проміжної домішки. Найкращими умовами концентрування всіх промі­жних домішок будуть такі, при яких концентрація спирту по висоті колони буде змі­нюватися від нуля до азеотропної точки. Виходячи з цього, виділити проміжні домі­шки, очевидно, можливо тільки в колоні варіанта схеми, або в колоні варіанта схеми, як показано нарис. 10.19, б. Ці колони називаються спиртовими.

Кінцеві домішки прму в колоні А в схемі І і II варіантів вони будуть в значній мірі супутніми етиловому спирту. Потрапивши в колону Б І варіанта схеми, кінцеві домішки підуть догори разом з етиловим спиртом. Прямування їх вниз по колоні Б можливе, але у невеликих кількостях, тому що коефіцієнти випаровування їх при низьких концентраціях спирту залишаються більшими 1, але меншими, ніж в етанолу. Частина кінцевих домішок піде з головними домішками в колоні А.

Для одержання етанолу, звільненого від кінцевих домішок, по І варіанту схе­ми необхідно встановити додаткову колону (рис. 19, в). Для очистки спирту по ва­ріанту II не потрібно монтувати додаткову колону, тому що в колону Б вводиться концентрований спирт (звільнений від води); за цих умов кінцеві домішки мають коефіцієнт ректифікації К'>1 І будуть виходити разом з головними домішками. Ко­лона В одержала назву колона остаточної очистки.

Вміст кінцевих домішок у спирті-сирці звичайно невеликий, у зв'язку з чим у практиці ректифікації спирту замість колони остаточної очистки часто застосову­ють "пастеризацію спирту". Суть її полягає в тому, що в зоні високої концентрації спирту кінцеві домішки мають більшу леткість, ніж етиловий спирт, тому вміст їх у рідкій фазі завжди менший, ніж у паровій, що надходить на дану тарілку. У зв'язку з цим спирт (пастеризований) відбирають із рідкої фази завжди з 4...10-Ї тарілки (рахуючи зверху) спиртової колони. На верхніх тарілках, у дефлегматорі та конден­саторі відбувається концентрування кінцевих (І головних) домішок. Тому при пас­теризації (відборі спирту з рідкої фази) необхідно з верхньої частини колони (прак­тично з конденсатора) відбирати невелику кількість продукту (непастеризованого спирту), збагаченого кінцевими домішками. У результаті пастеризації спирт звіль­няється й від залишку головних домішок, які з тих чи інших причин не повністю виділились в епюраційній колоні А (варіант 1). Очистка спирту від домішок за до­помогою пастеризації тим ефективніша, чим вищий коефіцієнт випаровування до­мішки при концентруванні пастеризованого спирту і чим більше флегмове число (зрошення). Безперечно, пастеризація буде ефективною тільки при невеликому вмісті домішки. Якщо ж концентрація домішки висока, необхідно встановити колону ос­таточної очистки, в якій, по суті, відбувається повторна епюрація спирту, але при високій його концентрації.

Часто розглянуті схеми установок доповнюють колоною Д (рис. 10.19, г), яка за принципом дії подібна колоні Б, проте в колону Д вводиться фракція, збагачена проміжними домішками, і тут вони піддаються подальшому концентруванню. Ко­лона Д дає можливість розвантажити колону Б від проміжних домішок за рахунок збільшеного відбору фракції; при цьому покращуються умови її роботи з відокрем­лення хвостових домішок.

Верхній продукт з колони Д містить цільовий продукт - етанол, що забруднений кінцевими та головними домішками. Він може бути використаний як товарний (на­приклад, технічний спирт) або спрямований на повторну очистку. Фракція яка відбирається з середньої частини колони Д, не є чистим проміжним продуктом, про­те концентрація його значно більша, ніж у проміжній фракції, яка відбирається з ко­лони Б. У зв'язку з тим, що проміжні домішки складають основу сивушного масла, колона Д для виділення (концентрування) цих домішок одержала назву сивушної.

Розглянуті схеми звичайно застосовують в установках при очистці спирту -сирцю (установки для ректифікації спирту). При одержанні ректифікованого спир­ту безпосередньо з бражки використовують (БРУ). Вони звичайно мають три основні колони та 1...3 додаткові, що встановлюються в разі необхідності (рис. 10.20).

Рис. 10.20 Принципи побудови схем брагоректифікаційних установок: колони: А-бражна; Б- епюраційна; В -спиртова; Г - попередньої епюрації бражки; Д - сивушна; Е - остаточної очистки; П - гріюча пара; М - бражка; 3 - барда;

Л - лютерна вода; ГФ і ГФ'- головна фракція; PC і PC'- ректифікований спирт;

CM - сивушне масло

Бражна колона А використовується для відокремлення леткої частини бражки від нелеткої. Бражка, звільнена від леткої частини, виводиться з нижньої частини колони у вигляді барди. З нею відводяться екстрактивні речовини, завислі частин­ки, значна частина води та хвостових домішок. Летка частина бражки, що містить етиловий спирт, воду й супутні леткі домішки, у вигляді пари (рис. 30.20, а) або бражного дистилята (рис. 10.20, б) надходить на живлення епюраційної колони Б. Далі йде процес очистки спирту, як це було розглянуто вище (див. рис. 10.19).

За складом спирто-водяна пара, що виходить з бражної колони, і бражний ди­стилят не відрізняються від слабкоградусного спирту-сирцю в спирто-водній парі з концентрацією 35....55 об. %. Склад і концентрація домішок спирту в основному такі ж.

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

Принципова особливість установок прямої дії полягає в живленні спиртової колони спи pro-водя ною парою, що виходить безпосередньо з бражної колони (рис. 10.20, в). В установках прямої дії теплота гріючої пари використовується дворазово. Свіжа гріюча пара вводиться тільки в нижню частину бражної колони А, а епюрацій-на колона Б й спиртова В 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.

На рис. 10.20, г подана дещо видозмінена схема 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 (див. рис. 20, б) -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 Ж. В епюраційну колону Б пода­ють спирто-водний (бражний) дистилят, який надходить з конденсатора Ж.

Спирто-водний дистилят у колоні Б очищається від головних домішок під дією свіжої пари, яка вводиться в нижню частину колони. Рідкий епюрат, що надходить у колону В, 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.

Схема, що зображена на рис. 10.20, а, ближча до установок непрямої дії. Єди­ною відмінністю її є живлення епюраційної колони Б спирто-водною парою, яка виходить безпосередньо з бражної колони, а не бражним дистилятом.

Схеми установок, які зображені на рис. 10.20, а, д, відносять до установок напівпрямої дії, проте цей поділ дещо умовний.

Вище були розглянуті принципові схеми брагоректифікаційних установок, які складаються тільки з основних колон. Включення додаткових колон (Е - остаточ­ної очистки й Д - сивушної) не залежить від принципу дії установки. На. рис. 10.20, е, ж наведені схеми установок прямої та непрямої дії з двома додатковими колона­ми. З метою збільшення виходу ректифікованого спирту було запропоновано і реа-

лізовано на більшості спиртових заводів додаткове встановлення колони для розго­нки головної фракції, що дало можливість заводам зменшити відбір побічного про­дукту (головної фракції) з 3... 5 % до 0,1... 0,2 %, при цьому відповідно збільшився вихід ректифікованого спирту.

На вітчизняних спиртових заводах за типові прийняті брагоректифікаційні установки непрямої та напівпрямої дії (названі авторами побічно-прямотечій-ними), Установки непрямої дії стабільні в роботі, легкі в керуванні та регулюванні, на них одержують спирт високої якості. Побічно-протитечійні установки більш складні в експлуатації, але приблизно на 10... 15 % менше споживають гріючої пари та холодної води.

Найбільшого розповсюдження одержали триколонні установки. Машино­будівні заводи поставляють також чотириколонні установки (з додатковою коло­ною остаточної очистки) продуктивністю 1000, 1500 і 2000 дал спирту на добу та п'ятиколонні (з двома додатковими колонами - остаточної очистки й сивушної) продуктивністю 3000 і 6000 дал/добу. На заводах середньої та великої потужності як додаткову (4-ту, або 5-ту) застосовують колону для виділення спирту з головної фракції (розгінну колону).