Виділення етилового спирту з головної фракції, збагаченої метиловим спиртом

Головна фракція, отримана при брагоректифікацІЇ зернових бражок, містить у три рази менше, а при переробці картопляних - у 25...ЗО разів менше альдегідів, ніж головна фракція мелясних спиртзаводів. У той же час ГФ заводів, що перероб­ляють крохмалевмісну сировину, містить порівняно з мелясною головною фракці­єю у десятки разів більше метилового спирту (в окремих випадках до 6%), коефіці­єнт ректифікації якого, на відміну від більшості інших домішок, зменшується зі зниженням концентрації етанолу у розчині, що треба враховувати при включенні розгінної колони до схеми БРУ, беручи за ключову домішку метанол.

У ВИДІ'харчової біотехнології розроблена схема включення розгінної колони до системи БРУ спиртових заводів, що переробляють крохмалевмісну сировину.

За даною схемою, подача води на гідроселекцію до розгінної колони не передба­чається. Витрата гріючої пари складає ЗО...40 кг/дал а. а., що вводиться у колону з ГФ. Кількість тарілок у розгінній колоні - ЗО, у тому числі - 20 у відгонній частині. Висока концентрація етилового спирту по тарілках розгінної колони (93...94% об.) створює сприятливі умови для інтенсивного виділення та концентру­вання метанолу. Але звільнення спирту від головних та проміжних домішок при цьому ускладнюється, що може бути причиною зниження якості ректифікованого спирту. Висока концентрація спирту у верхній частині колони призводить до збага­чення КГФ спиртом та підвищеного ЇЇ відбору, що знижує економічну ефективність використання розгінної колони за даною схемою.

Більш раціональною в даних умовах слід вважати роботу розгінної колони в режимі помірної гідроселекції, коли ключові домішки спирту, у тому числі і мета­нол, зберігають характер головних домішок.

Щоб показати доцільність використання гідроселекції для звільнення ГФ з підвищеним вмістом метанолу від головних домішок, наведемо розрахунок витра­ти води та пари на процес.

Коефіцієнт ректифікації метанолу інтенсивно зростає при концентрації ети­лового спирту у розчині, починаючи з 60 мол.%, після чого залишається практично незмінним.

У зв'язку з цим воду на гідроселекцію до розгінної колони при розгонці ГФ, яка містить підвищену кількість метанолу, необхідно подавати у кількості, що за­безпечує концентрацію етилового спирту по тарілках у межах 60 мол.%.

Для підприємств, де забезпечується стабільне отримання етилового спирту високої якості, який відбирається безпосередньо з ректифікаційної колони, як роз-гІнна може бути використана колона остаточного очищення, що містить ЗО реаль­них або 15 теоретичних тарілок, та яка знаходиться, як правило, у резерві.

Розглянемо випадок, коли концентрація спирту на тарілках по всій висоті роз-гінної колони однакова, тобто коли концентрація етанолу на тарілці живлення та тарілках, що знаходяться вище, залишається постійною.

Мінімальна витрата гріючої пари на розгонку ГФ мелясних спиртзаводів скла­дає 20 кг/дал (2,56 кг/кг а.а.). Дослідимо можливість ефективної роботи розгінної колони у системі БРУ спиртових заводів, що переробляють крохмалевмісну сиро­вину при такій же витраті пари, але з використанням помірної гідроселскції.

На мал. 15.17 наведено графік, що показує стан робочих ліній підгінної та кон­центраційної частини колони при концентрації спирту по всій висоті колони -60 мол.%. Візьмемо у першому наближенні флегмове число , при цьому рів-

новажна концентрація спирту у парі, що виходить з колони, дорівнює 70 мол.%.

Для концентраційної частини колони відношення

L/G^::=Y/X=70:60=1,17

Молекулярні маси потоків у колоні при прийнятій концентрації в них етило­вого спирту складають; паровий потік (флегма) Мо=31 кг/кмоль, рідинний потік M_L=28 кг/кмоль, головна фракція =41 кг/кмоль, вода на гідроселекцію =18 кг/кмоль.

При питомій витраті гріючої пари 2,56 кг/кг а.а., кількість водно-спиртової пари, що піднімається по колоні G, та пари, що повертається до неї у вигляді фле­гми, складає 2,56/M_G 0,083 кг/кмоль.

При постійному відношенні рідинного та парового потоків L=G • 1,17 = 0,097 кг/кмоль.

Кількість води на гідроселекцію В = L - G = 0,097 - 0,083 = 0,014 кг/кмоль.

Кількість головної фракції, що надходить у колону = 0,024 кг/кмоль. Пито-

ма витрата води на гідроселекцію складає 0,014; 0,024 = 0,58 кг/кг головної фракції.

Для відпнної частини колони L = G/M_G + += 0,083+0,014+0,024

= 0,121 кг/кмоль, а відношення L/C == 0,121/0,083=1,46.

Знаючи L/C, з точки А проводимо робочу лінію відгінної частини колони, яка перетинає діагональ та ось абсцис у точках В та С. Точка В визначає концентрацію спирту у кубі колони при закритому обігріві (41 мол.%), точка С - при відкритому обігріві (15 мол.%).

Для отримання якісного спирту-ректифІкату вміст альдегідів та метанолу у кубо­вій рідині розгінної колони - не повинен перевищувати 0,003%, 0,07% відповідно.

При максимальній концентрації альдегідів у ГФ зернокартопляних спиртових заводів =1,0 мас.%, кратність їх вилучення складає 1,0: 3- = 333. Розра-

хунки, виконані за допомогою рівняння Сореля-Харіна, показують, що при коефі­цієнті випаровування оцтового альдегіду К=3,6, L/G=1,46 та десяти теоретичних тарілках у відгінній частині кратність вилучення оцтового альдегіду складає 907, що майже у три рази перевищує необхідну.

Аналогічні розрахунки для метанолу показують, що при максимально припу­стимій його концентрації у ГФ - 6,0об.% (а_м/а₀=6, 0:0, 07=86) при тих же технологі­чних параметрах та коефіцієнті випаровування метанолу - К=2,5 кількість теоре­тичних тарілок у відгінній частині колони повинна бути не менше 12,5 або 12,5: 0,5 = 25 реальних тарілок. Максимальна концентрація метанолу у ГФ при 20 реальних тарілках у відгінній частині не повинна перевищувати 3,4%.

Ступінь концентрування домішок а_к /а_м (де а_к - концентрація домішки в дис­тиляті) розраховується за формулою, запропонованою П.С. Циганковим

При вказаних вище технологічних параметрах та кількості теоретичних тарі­лок = 5 кратність концентрування метанолу та оцтового альдегіду дорівнюють 19,7 та 54,0 відповідно. Такий ступінь концентрування дозволяє одержати ефіро-альдегідно-метанольний концентрат, практично вільний від етилового спирту. Так, при концентрації альдегідів у ГФ - 1% їх вміст у концентраті головної фракції до­рівнює 1-54=54%, при цьому його відбір складає 100/54=1,85% від а.а., що введе­ний до розгінної колони, а при відборі ГФ у кількості 3% відбір концентрату голо­вної фракції становить 3-1,85/100=0,06% від а.а., що вводиться до БРУ.

Використання помірної гідроселекції в процесі розгонки ГФ зернокартопляних спиртових заводів (витрата води у межах 0,6 кг/кг ГФ та питомій витраті пари 2,5 кг/кг а.а.) дозволяє ефективно вилучати разом з метанолом інші домішки спирту.

Використання помірної гідроселекції дозволяє знизити вміст етилового спир­ту у КГФ у середньому на 30%.

Використання гідроселекції у розгінній колоні тим більше раціональне, що в останній час знайшло широке впровадження низькотемпературне розварювання крохмалевмісної сировини, при якому вміст метилового спирту у бражці суттєво знижується. Але звільнення спирту від головних та проміжних домішок без гідро­селекції в розгінній колоні ускладнюється, що може бути причиною зниження яко­сті ректифікованого спирту. Висока концентрація спирту у верхній частині колони призводить до збагачення спиртом концентрату головної фракції та підвищеному її відбору.