|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Дистилляция этилового спирта из бражки Общие сведения о брагоперегонных и дистиляционных аппаратах Ректификационные аппараты периодического действия Непрерывнодействующий дистилляционно - ректификационный аппарат для получения спирта. Гидродинамика насадочных колонн. Бражная колонна под вакуумом Расчет бражной колонны брагоперегонного аппарата Расчет дефлегматоров и холодильников брагоперегонных аппаратов Замена кожухотрубного дефлегматора на пластинчатый Руководство по проектированию и диагностированию теплообменников для конденсации Материальный баланс бражной колонны
Эпюрация и ректификация этилового спирта Моделирование процесса эпюрации этилового спирта Эпюрация и ректификация этилового спирта под вакуумом Тепловые схемы ректификационных установок под вакуумом Материальный и тепловой балансы эпюрационной (гидроселекционной) и ректификационной колонны Очистка спирта вспомогательными средствами Ректификационные и выпарные аппараты с использованием вторичного пара Оптимальное управление брагоректификационной установкой косвенного действия
Утилизация послеспиртовой барды Способы утилизации послеспиртовой барды Тепловые схемы ректификационных установок с цехом упаривания барды Производство ферментного препарата на спиртовой барде Технология кормовых дрожжей на послеспиртовой барде Анаэробная очистка барды на биологических очистных сооружениях с последующей аэробной доочисткой Производство кормового концентрата витамина В12 и метана метановым брожением послеспиртовой барды Технология обогащения барды молочно-кислым аммонием
|
Бражная колонна под вакуумом.Перегонка и дистилляция бражки с сохранением жизнедеятельности дрожжей.
Проведение перегонки / дистилляции бражки в бражной колонне под вакуумом позволяет получить бражной дистиллят с меньшим содержанием примесей и тем самым облегчить последующую очистку бражного дистиллята при меньшем расходе пара и получить спирт более высокого качества по аналитическим и органолептическим показателям, с большим на 0,5 - 0,7 % выходом за счет меньшего отбора эфироальдегидной фракции ЭАФ. Благодаря вакууму в бражной колонне сохраняется пониженная температура перегонки / дистилляции бражки, что позволяет сохранить в послеспиртовой барде аминокислоты и витамины и значительно повышает ее кормовую ценность. При составлении схемы брагоперегонного аппарата с использованием вторичного пара основным вопросом является вопрос о том, какое давление должно быть создано в той или другой колонне многоколонного аппарата. С этой точки зрения весьма интересен вопрос: нельзя ли провести перегонку бражки при таких температурах, чтобы дрожжи в послеспиртовой барде оставались жизнедеятельными? Очевидно, что это возможно только при достаточно глубоком вакууме в бражной колонне. При этом бражная колонна могла бы обогреваться паром от ректификационной колонны, работающей при нормальном или повышенном давлении и расход пара на участке дистилляции и ректификации этилового спирта сократился бы в 2 раза. Если бы в барде, отходящей из бражной колонны, дрожжи сохранились живыми, то на сепарацию отправлялась бы не бражка, содержащая спирт, а барда. Вследствие этого значительно уменьшались бы потери спирта, неизбежные при сепарации бражки. Промывные воды не разбавляли бы бражку, так как их не направляли бы на перегонку. Кроме того, понижение температуры кипения спирта в бражной колонне должно повести к замедлению процесса образования эфиров и к улучшению качества сырца. Исследование дистилляции бражки под вакуумом проведено В.И. Баранцевым в работе, выполненной под руководством А.И. Скирстымонского и на Лохвицком спиртовом комбинате. В этом исследовании В. И. Баранцев сначала в лабораторных опытах установил, что при перегонке бражки под вакуумом 730 мм рт. ст. дрожжи сохраняются довольно хорошо. Процент мертвых дрожжевых клеток увеличивается незначительно, а подъемная сила дрожжей не уменьшается. Это дало основание предположить, что перегонка бражки под вакуумом даст возможность выделять пекарские дрожжи из барды. Для выяснения этого вопроса В. И. Баранцев соорудил на Лохвицком спирткомбинате полупроизводственную бражную колонну, работавшую под вакуумом. Установка имела бражную колонну диаметром 81 мм и высотой 10,5 м. Бражная колонна под вакуумом имела 25 провальных ректификационных тарелок живым сечением 12,5% с расстоянием между тарелками 350 мм. В бражной колонне вакуум создавался суховоздушным насосом. В верхней части бражной колонны вакуум был равен 710 мм рт. ст., а в нижней 675—680 мм рт. ст. Результаты исследования показали, что при этих условиях перегонки дрожжи сохраняются живыми и могут быть использованы для получения пекарских дрожжей. Было также выяснено, что качество спирта-сырца при перегонке под вакуумом значительно улучшается; это, по-видимому, может быть объяснено тем, что химические процессы, ведущие к образованию примесей в бражной колонне, при низкой температуре идут менее интенсивно. Работа В.И. Баранцева показала возможность перегонки бражки в бражной колонне под вакуумом с сохранением жизнедеятельных дрожжей.
Оптимизация работы бражной колонны брагоперегонного аппаратаБражная колонна может с некоторой погрешностью рассматриваться как колонна, работающая с бинарной смесью этанол — вода. Поэтому изучение условий оптимизации работы бражной колонны облегчается. Вследствие этого бражная колонна послужила объектом исследования в первую очередь. Вопрос об уравнении связи между параметрами процесса перегонки исследован в работах сотрудников Киевского Технологического Института Пищевой Промышленности [19, 20, 21]. Общее уравнение связи для бражной колонны с определенным числом теоретических тарелок имеет следующий вид
Здесь Р — расход пара, кг/дал спирта, поступающего на перегонку; Х бр — температура подаваемой на перегонку бражки, °С; t бр — содержание спирта в бражке, % маc. другие параметры работы колонны: содержание спирта в бражном дистилляте и в послеспиртовой барде, количество дистиллята и барды, — являются зависимыми и в уравнение (V—9) не входят [19]. Расчетным путем было получено уравнение связи [21].
В этом уравнении величина С является функцией числа теоретических тарелок n; значение ее дано ниже. Значения коэффициента С в уравнении ( V-10)
Уравнение (V — 10) выведено при условии, что коэффициент избытка пара равен 1,05; Х бр колеблется в пределах от 5 до 10% об., а t бр — от 60° С до температуры кипения. >Для целей автоматизации управления колонной уравнение (V — 10) неудобно тем, что в него входит концентрация спирта в бражке. Для определения этой величины не имеется надежного и удобного датчика. Поэтому уравнение (V — 10) было преобразовано таким образом, чтобы исключить величину t бр [21]. В преобразованном виде уравнение выглядит так:
>Здесь P1 >1 — расход пара, кг/ч; G — расход бражки, дал/ч; h — абсолютное давление над верхней тарелкой, ата; t кип — температура кипения бражки на верхней тарелке, °С. Величина A зависит от числа теоретических ректификационных тарелок и находится из приводимой ниже таблицы. Значения коэффициента А в формуле (V-11)
Уравнения (V—10) и (V—11) позволяют провести анализ работы колонны и выбрать оптимальный вариант ее работы. Пользуясь ими, А. П. Николаев и П. С. Цыганков [20] исследовали вопрос об оптимальном варианте работы бражной колонны. В качестве критерия оптимальности ими был выбран экономический критерий — суммарная стоимость перегонки, которая слагается из затрат на амортизацию, стоимости пара и стоимости спирта, теряемого с бардой. В результате подсчетов они пришли к выводу, что для обеспечения наименьшей стоимости перегонки бражные колонны должны работать при минимально допустимом расходе греющего пара и температуре бражки, близкой к температуре кипения бражки. Число тарелок при этом должно быть взято таким, чтобы обеспечить содержание спирта в барде не более 0,001% об. При температуре бражки 85°С бражная колонна должна иметь не менее 13,3 теоретических тарелок. В. А. Домарецкий [18] подошел к вопросу оптимизации бражной колонны другим путем — статистическим. Для получения статистических данных о процессе в бражной колонне была сооружена полупромышленная установка, на которой проведена экспериментальная перегонка бражки. В процессе эксперимента изменялись следующие параметры: концентрация спирта в бражке (хм ), температура бражки tм , расход бражки (М, кг/ч), расход пара на перегонку (Р, кг/ч). В зависимости от этих параметров находятся : концентрация спирта в дистилляте (УD % маc.) и концентрация спирта в остатке (х0 % маc.). При этом накладывается ограничение
Полученные данные были обработаны на электронной цифровой машине по методу множественной регрессии, в результате чего получены следующие уравнения связи:
Эти уравнения являются математической моделью бражной колонны, полученной статистическим методом. При заданном значении х0 совместное решение уравнений (V—12) и (V—13) позволяет определить расход пара на бражную колонну P1, что в свою очередь позволит провести математический анализ и найти оптимальный режим работы бражной колонны. Поскольку опыты были проведены на полупроизводственной установке, уравнения (V—12) и (V—13) могут быть применены Для производственной колонны лишь постольку, поскольку эта установка является физической моделью производственной бражной колонны. Более надежны были бы эти уравнения в том случае, если бы опыты были проведены непосредственно на производственном аппарате. На основе полученных уравнений может быть проведена оптимизация работы колонны. В качестве критерия оптимальности и в этой работе выбран экономический показатель стоимости выработки на бражной колонне 1 дал безводного спирта. При этом учитываются три фактора: расход пара, потери спирта с бардой и амортизационные отчисления. Дальнейшая работа по поиску оптимального варианта может быть проведена как «вручную», так и на вычислительной машине. Подсчеты, выполненные В. А. Домарецким, показали, что общая стоимость получения 1 дал безводного спирта на бражной колонне определяется в основном стоимостью пара. Снижение потерь спирта в барде требует повышения расхода пара на бражную колону. Поэтому нецелесообразно добиваться уменьшения содержания (спирта в барде ниже регламентированного, так как это удорожает стоимость продукции за счет увеличения расхода пара. Анализ показал также, что температура бражки должна быть близкой к температуре ее кипения, а концентрация спирта в бражке — возможно большей. Автор нашел, что при наличии в бражной колонне 17 реальных тарелок и концентрации спирта в барде в пределах от 0,0126 до 0,021% об. стоимость выработки спирта будет минимальной. Мы остановились подробно на оптимизации бражной колонны брагоректификационного аппарата, поскольку эта колонна была объектом уже опубликованных исследований. В отношении эпюрационной и ректификационной колонн такая работа также проведена. По-видимому, задача здесь будет более сложной, поскольку для этих колонн мы не можем ограничиться рассмотрением процесса разделения бинарной системы. Критерий оптимальной работы для эпюрационной колонны и ректификационной колонны должен быть связан с качеством получаемого спирта. По-видимому, он должен, кроме того, включать оценку тепловых расходов, потерь спирта в отходах и амортизационных расходов. Трудности, возникающие при этом, вероятно, легче всего преодолеть путем составления статистической математической модели. Эта математическая модель может быть получена при экспериментировании на физической модели производственного аппарата или же, что значительно труднее, непосредственно на производственном аппарате. Такие работы в последнее время проводятся на кафедрах процессов и аппаратов и оборудования КТИППа [22]. ЛИТЕРАТУРА 1. Штофф В. А. Моделирование и философия. Изд-во «Наука», 1966. 2. Стабников В. Н. «Химическое машиностроение», 1937, № 2. 3. Стабников В. Н. Механизм процесса ректификации и нормы проектирования ректификационных колонн, диссертация, КТИПП, 1940. 4. Кафаров В. В. «Журнал прикладной химии». Т. XXX, 1957. 5. Проблема масштабного перехода при разработке массообменных аппаратов. Доклады второй Всесоюзной межвузовской конференции по теории и практике ректификации. Баку, 1966. 6. Розен А. М., Аксельрод Л. С., Дильман В. В. Теоретические основы химической технологии. Т. 1, № 4, 1967. 7. Аношин И. М. Труды Краснодарского института пищевой промышленности. Вып. 12, 1955. 8. Аношин И. М. Исследование аппаратов с ситчатыми тарелками для ректификации спирта. Кандидатская диссертация, Московский технологический институт пищевой промышленности, 1952. 9. Дьяконов Г. К. Вопросы теории подобия в области физико-химических процессов. Изд-во АН СССР, 1956. 10. Кафаров В. В. «Химическая промышленность», 1953, № 5. 11. Багатуров С. А. Теория и расчет перегонки и ректификации. Гостоп-техиздат, 1961. 12. Соlbrun А. Р. Ind. and Eng. Chem. № 2, 1938. 13. Стабников В. Н. «Спирто-водочная промышленность», 1940, № 2. 14. Роткоп Л. Л., Мандельштейн М. Л., Трахтенберг Е. М. «Известия вузов. Пищевая технология», 1966, № 2. 15. Анисимов И. В., Кривсун В. Н. «Химическая промышленность», 1962, № 8. 16. Кривсун В. Н. Математическое описание и изучение статики и динамики тарельчатой ректификационной колонны для разделения бинарных смесей. Автореферат диссертации. М., 1963. >17. Грубов В. I., Демяненко В. I., Домарецьки и В. О. Харчова промислов!сть», 1966, № 2. 18. Домарецкий В. А. Влияние температуры бражки на процесс перегонки и оптимизация работы бражной колонны в спиртовом производстве. Автореферат диссертации. КТИПП, 1966. >19. Цыганков П. С., Н и к о л а е в А. П. «Известия вузов. Пищевая технология», № 2, 1963. 20. Николаев А. П., Цыганков П. С. «Известия вузов. Пищевая технология», 1966, № 1. >21. Николаев А. П., Цыганков П. С. «Известия вузов. Пищевая технология». № 3, 1963. >22. Цыганков П. С., Малежик И. Ф. «Известия вузов. Пищевая технология», № 2, 1964.
Вывод. Стоимость выработки спирта на бражной колонне напрямую зависит от стоимости пара, применяемого для перегонки бражки. Стоимость пара для бражной колонны можно уменьшить применяя
Брагоректификационне аппараты с термокомпрессией
Брагоперегонные аппараты с термокомпрессором и их схема дана на рис. XIV—8. На этой схеме изображен одноколонный брагоперегонный аппарат. Поступающая на перегонку бражка подогревается в теплообменнике 1 и поступает в бражную колонну 2. Отходящий остаток (послеспиртовая барда) отдает свое тепло в теплообменнике. Водно-спиртовые пары из аппарата поступают в компрессор 3, откуда после сжатия направляются в теплообменник 4, обогревающий бражную колонну. Конденсат паров насосом 5 частично возвращается в бражную колонну в качестве флегмы, а частично отводится как дистиллят.
Рис. ХIV-8. Схема брагоперегонного аппарата с термокомпрессором: 1 — подогреватель, 2 — бражная колонна, 3 — компрессор, 4
— теплообменник, 5 — насос >На рис. XIV—9 приведена другая схема бражной колонны с термокомпрессором. Бражная колонна этого аппарата питается подогретой в теплообменнике 2 бражкой. Бражка нагревается за счет тепла отходящей барды. Спиртовые пары конденсируются в дефлегматоре-испарителе 3. В трубках испарителя циркулирует вода, которая, испаряясь, образует вторичный пар, поступающий на компрессор 4. Сжатый водяной пар направляется в бражную колонну. Необходимый вакуум в паровом пространстве испарителя поддерживается при помощи компрессора 4. Марийе [8] приводит данные о работе брагоперегонных аппаратов с термокомпрессором. Из которых следует, что применение термокомпрессора экономит до 40% пара, т.е. примерно столько же сколько экономит многоколонный аппарат с несколькими ступенями давления. Однако эти данные вызывают некоторые сомнения. Как известно, экономический эффект, даваемый термокомпрессором, значителен в том случае, когда разница между температурой кипящей жидкости и температурой насыщенного пара при давлении в аппарате незначительна. Иначе говоря
Рис. ХIV-9. Схема брагоперегонного аппарата с термокомпрессором: 1 — бражная колонна, 2 — теплообменник, 3 — дефлегматор-испаритель, 4 — компрессор, 5 — холодильник, 6 — сепаратор пара.
для того чтобы применение термокомпрессора было эффективным, депрессия раствора должна быть небольшой. В случае применения термокомпрессора к ректификационному аппарату мы имеем своеобразный температурный режим. В нижней части колонны температура значительно выше, чем в верхней, так как содержание нижекипящего компонента возрастает по мере продвижения паров к верхней части колонны. Следовательно, разница температур возникает прежде всего за счет разницы концентраций нижекипящего компонента в нижней и в верхней частях колонны. Пары из бражной колонны поступают в дефлегматор-кипятильник в качестве греющего. Естественно, что для конденсации пара необходимо иметь некоторую разность температур между греющим паром и кипящей жидкостью. Следовательно, вторичный пар из дефлегматора-кипятильника будет иметь еще меньшую температуру, чем пары, поступающие из колонны. Это ведет к тому, что разность температур пара, поступающего в компрессор, и пара, обогревающего бражную колонну, станет весьма значительной. Все сказанное заставляет отнестись с недоверием к возможности получения значительного эффекта от применения термокомпрессора. М. С. Козлова под руководством автора провела расчет браго-ректификационного аппарата производительностью 2000 дал
безводного спирта в сутки с применением термокомпрессора. Было выполнено два расчета:
В результате расчетов
установлено, что первый вариант может дать экономию тепла 16—20%, а
второй 17—35%, в зависимости от условий работы. Однако следует учесть,
что затраты на установку турбокомпрессора более значительны. Практическое применение турбокомпрессор получил в гидролизной и сульфитно-спиртовой отраслях промышленности Советского Союза. В этих отраслях вследствие низкой концентрации спирта в бражке расход пара на бражную колонну весьма велик. При этом значительная часть тепла, расходуемого в брагоперегонном аппарате, затрачивается на обогре после спиртовой барды. Это демонстрируется диаграммой (рис. XIV—10) тепловых потоков брагоперегонного аппарата . Как видно из диаграммы, количество тепла, уносимое бардой, велико. Температура барды 103—106обогрев. П. Андреев и А. В. Зеленщиков предложили использовать значительную часть этого тепла при помощи пароинжекционной установки. Такая установка была построена на двух сульфитно-спиртовых заводах. Схема установки приведена на рис. XIV—11. Работа установки протекала следующим образом. Барда через регулятор уровня прямого действия 3, связанный с шибером 6, поступает в испаритель 1. Барда вводится в испаритель тангенциально, что обеспечивает более интенсивное ее самоиспарение. Испаритель снабжен двумя инжекторами 2, которые отсасывают из испарителя пары, выделившиеся из барды. Тем самым в испарителе создается разрежение, вызывающее интенсивное самоиспарение. Инжектор сжимает вторичные пары, выделившиеся из барды, и возвращает их в бражную колонну.
На рис. XIV—10 приведена диаграмма, составленная К. П. Андреевым и его сотрудниками [19]. На диаграмме весьма наглядно представлен тепловой поток брагоперегонного аппарата с пароинжекционной установкой. Как видно из диаграмы, таким путем удается использовать только часть тепла, содержащегося в послеспиртовой барде, а большая часть его остается неиспользованной, однако и имеющаяся экономия тепла достаточно значительна. Как показали наблюдения над производственными установками, работа брагоперегонных установок может быть иллюстрирована следующими данными (табл. XIV—8).
Таблица ХIV-8 Результаты испытаний пароинжекционных брагоперегонных установок [19]
Как известно, коэффициент инжекции и показывает, какое количество вторичного пара (в кг) засасывается и сжимается в инжекторе на каждый килограмм поступившего в инжектор рабочего пара. Из данных табл. XIV—8 видно, что величина коэффициента инжекции при работе установки колеблется в пределах 0,2—0,3 кг/кг. Коэффициент полезного действия характеризует эффективность пароструйного инжектора. Теоретически он не превышает 0,35. Обычные его значения для производственных брагоперегонных установок 0,2—0,25. Сравнительно низкое значение КПД проведенных испытаний говорит, что конструкция установки была не вполне удачной. Несмотря на это, простая и недорогая установка, самостоятельно изготовленная на заводе, дала экономию пара до 20%. Поэтому есть все основания считать предложенный метод утилизации отбросного тепла послеспиртовой барды перспективным и для спиртовой промышленности. Имеются также предложения об использовании тепла барды для подогрева воды, идущей на отопительные цели, однако и эти предложения реализованы на немногих заводах. Поэтому представляется целесообразным использовать описанный выше опыт сульфитно-спиртовых заводов. Вопрос многократного использования тепла в ректификационных и брагоректификационных установках в настоящее время может считаться достаточно хорошо разработанным. Применение этого принципа сулит значительные экономические выгоды, обоснованные теоретическими расчетами и производственными опытами.
|
Критическое состояние вещества
Как проектировать бражную колонну в программеHYSYS
Бражная колонна - максимизация прибыли в программеHYSYS
Симуляция процесса дистилляции в программеHYSYS
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
(V—10)
видео