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.

Общие методы расчета колонн

Бражная колонна под вакуумом

Расчет бражной колонны брагоперегонного аппарата

Анализ работы бражной колонны

Расчет дефлегматоров и холодильников брагоперегонных аппаратов

Замена кожухотрубного дефлегматора на пластинчатый

Руководство по проектированию и диагностированию теплообменников для конденсации

Материальный баланс бражной колонны

Расчет трубопроводов

Расчет продуктов при выработке спирта из крахмалистого сырья с заменой солода ферментами глубинных культур

 

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

Примеси спирта

ГОСТ на спирт

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

Сушка 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.

 

 

Совмещение Выпарной установки и БРУТепловые схемы обогрева БРУ от ВУ   Применение совмещенной схемы Выпарная установка + БРУ позволяет не только экономить газовое топливо на 2 000 000 USD/год, но и дополнительно зарабатывать до 3 000 000 USD /год

  На некоторых спиртзаводах США бражная колонна отсутствует и бражка сразу подается на четырехкорпусную выпарку, из второго корпуса которого конденсат, содержащий весь отогнанный спирт, направляется на обычного типа ректификационный аппарат непрерывного действия, а барда получается в виде концентрата...

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 аппарата

Бражная 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

уравнение связи для бражной колонны с определенным числом теоретических 
тарелок, (V-9)

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].

уравнение связи для бражной колонны полученное расчетным путем  (V—10)

 

В этом уравнении величина С является функцией числа теоретических тарелок n; значение ее дано ниже.

Значения коэффициента С в уравнении (V-10)

n 8 9 10 11 12
С 537 515 492 462 457

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:

уравнение связи для бражной колонны(V—11)

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)

n 8 9 10 11 12
А 22,63·104 22,08·104 20, 92·104 19,98·104 19,65·104

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 м ), 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:

уравнения являются математической моделью бражной 
колонны, полученной статистическим методоми

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 и ректификационной колонн должен быть связан с качеством получаемого продукта. 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. Стоимость пара можно уменьшить применяя вакуум и термокомпрессию.

Брагоректификационне аппараты с термокомпрессией

 

Последний тип аппаратов, рассматриваемых нами, — это аппараты с термокомпрессором. Схема такого аппарата дана на рис. XIV—8. На этой схеме изображен одноколонный аппа­рат. Поступающий на перегонку продукт подогревается в теп­лообменнике 1 и поступает в колонну 2. Отходящий остаток отдает свое тепло в теплообменнике. Водно-спиртовые пары из аппарата поступают в компрессор 3, откуда после сжатия на­правляются в теплообменник 4, обогревающий колонну. Кон­денсат паров насосом 5 частично возвращается в колонну в ка­честве флегмы, а частично отводится как дистиллят.

На рис. XIV—9 приведена другая схема установки 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 колонну. Необходи­мый вакуум в паровом пространстве испарителя поддерживает­ся при помощи компрессора 4.

Марийе [8] приводит данные о работе аппаратов с термо­компрессором. Из этих данных 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-8. Схема брагоперегонного аппарата с термокомпрессором:

1 — подогреватель,

2 — колонна, 3 — компрессор,

4 — теплообменник, 5 — насос
 

 

Схема брагоперегонного аппарата с термокомпрессором

Рис.   ХIV-9. Схема брагоперегонного аппарата с термокомпрессором:

1 — 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 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 по­ведет к тому, что разность температур пара, поступающего в компрессор, и пара, обогревающего ректификационную 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 рек­тификационного аппарата производительностью 2000 дал без­водного спирта в сутки с применением термокомпрессора. Было выполнено два расчета: установка с инжектором и установка с турбокомпрессором с использованием отработавше­го пара турбины [1]. 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 брагоректификационные аппараты весьма велик. При этом значительная часть тепла, расходуемого в брагоперегонном аппарате, затрачивается на обогрев барды. Это прекрасно демонстрируется диаграммой (рис. XIV—10) тепловых потоков брагоперегонного аппарата .

Как видно из диаграммы, количество тепла, уносимое бар­дой, велико. Температура барды 103—106° С. К. 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 колонну.

 

тепловой поток брагоперегонного ап­парата с пароинжекционной установкой
 

 

 


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 барде, а большая часть его остается неиспользованной, однако и имеющаяся экономия тепла достаточно значительна.

Как показали наблюдения над производственными установками, работа установок может быть иллюстрирована следующими данными (табл. XIV—8).

 

Таблица ХIV-8

Результаты испытаний пароинжекционных установок [19]

 

 

Показатели

 

Нагрузка колонны бражкой, м3/час

 

При давлении рабочего пара, поступающего

п инжектор, бар

 

4

 

5

 

6

 

7

 

8

 

9

 

Перепад температуры барды ,

град

 

20

 

_

 

10,3

 

13,6

 

16,2

 

17,6

 

18,2

 

36

 

7

 

10,4

 

12,8

 

14,4

 

15,9

 

16,1

 

Коэффициент инжекции, и

 

 

29

 

 

0,237

 

0,252

 

0,252

 

0,235

 

0,213

 

36

 

0,298

 

0,297

 

0,295

 

0,278

 

0,264

 

0,233

 

Коэффициент   полезного    действия,  ŋ.

 

29

 

 

0,14

 

0,151

 

0,154

 

0,141

 

0,119

 

36

 

0,181

 

0,169

 

0,174

 

0,156

 

0,145

 

0,125

 

Экономия пара па перегонку,   %

 

 

29

 

 

14,2

 

18,7

 

22,2

 

24,0

 

24,9

 

36

 

11,0

 

14,4

 

17,6

 

19,9

 

21,8

 

22,1

 

 

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 уста­новок 0,2—0,25. Сравнительно низкое значение к. п. д. при про­веденных испытаниях говорит о том, что конструкция установки была не вполне удачной.

Несмотря на это простая и недорогая установка, изготов­ленная на заводе, дала экономию пара до 20%. Поэтому есть все основания считать предложенный метод утилизации отбросного тепла 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.

 

 

 

 

 

Как проектировать бражную колонну в программеHYSYS

Бражная колонна - максимизация прибыли в программеHYSYS

Симуляция процесса дистилляции в программеHYSYS

 
Hosted by uCoz