Тепловая схема обогрева БРУ от выпарной установки ВУ по конценрированию после спиртовой барды. Бражная колонна не нужна. Тепловые схемы обогрева БРУ от выпарной установки ВУ ссылка

В настоящее время главным видом оборудования для выделения и очистки спирта в спиртовой промышленности являются брагоректификационые установки - БРУ. Основные критерии оценки совершенства этих установок – технологические и теплотехнические показатели их работы. Необходимо учитывать также условия эксплуатации БРУ и их металлоемкость как основной параметр, определяющий их стоимость. Основываясь на этом можем провести сравнительный анализ наиболее характерных типов брагоректификационных установок.

На протяжении уже многих лет типовыми в спиртовой промышленности были брагоректификационные установки (БРУ) косвенного действия (см. рисунок 1), обеспечивающие выработку спирта высокого качества при высоком его выходе. Обычно в состав БРУ косвенного действия входят бражная, эпюрационная и ректификационная колонны с дефлегматорами, конденсаторами и вспомогательными элементами. Изготавливают установки по чертежам «Гипропищепром II» Тамбовский машиностроительный завод Комсомолец (Россия), Сумской машиностроительный завод (Украина). Все оборудование и продуктовые коммуникации выполнены по традиции из меди.

Аппаратурно-технологическая схема продуктовых потоков 3-колонной брагоректификационной установки косвенного действия

Единственным, но существенным недостатком таких БРУ является повышенный удельный расход тепловой энергии и воды. При наличии трех основных колонн БРУ косвенного действия обычно потребляют около 52 кг пара на 1 дал выработанного спирта высшей очистки.

Стремясь уменьшить расход пара, ВНИИПБТ разработал БРУ косвенно-прямоточного действия (см. рисунок 2), которая обеспечивает выработку спирта при меньшем удельном расходе пара на 15-25 %.

Брагоректификационная установка БРУ косвенно-прямоточного действия

При оптимизации режима работы установки расход пара может быть снижен до 40 кг/дал. В установке частично предусмотрено двукратное использование тепла греющего пара.

Киевский ТИПП разработал БРУ прямого действия, в которой предусмотрено двукратное использование всего тепла греющего пара. Греющий пар вводится только в бражную колонну, а эпюрационная и спиртовая колонны обогреваются спиртоводным паром из бражной колонны. Установка работает стабильно, обеспечивая высокое качество спирта при удельном расходе пара 33-34 кг на 1 дал спирта, проста в конструкции и менее металлоёмка. Особенно эффективно применение таких установок на заводах небольшой производительности, где эксплуатируются бражные колонны с тарелками двойного кипячения и межтарелочным расстоянием 280 – 340 мм.

Аппаратурно-технологическая схема брагоректификационной установки БРУ прямого действия

Типовые установки выпускаются для номинальной производительности 1,5; 2,0; 3,0 и 6,0 тыс. дал спирта ректификованного в сутки. В состав установок по желанию заказчика включают колонны окончательной очистки или сивушную (для установок более 3 тыс. дал спирта в сутки). Технико-экономические показатели БРУ сопоставлены в таблице.

Показатели	Брагоректификационные установки - БРУ (ж)
Показатели	БРУ косвенного действия 3-х колонная	БРУ косвенно прямоточного действия (г.Липецк)	БРУ прямой эпюрацией бражки (г.Чемер)	БРУ прямого действия КТИПП (г.Хворостовск)	БРУ системы ВТИ (г.Хуторок)	БРУ системы УкрНИИСП (под вакуумом)
Количество ректификационных колонн, шт.	3	3	4	3	3	4
Общее число тарелок, шт.	136	156	130	105	136	150
Поверхность конденсации, м2/1000 дал спирта в сут.	136	110	110	105	160	160
Удельный расход пара, кг/дал	55-60	48-50	48-50	35-40	30-35	28-30
Удельный расход электроэнергии, квт.ч/дал	500-600	500	400	220	250-300	260
Удельный выход спирта,%	95-96	95-96	95-96	95-96	96-96,7	96-96,7

Ж) Данные для установок приведены по результатам ведомственных испытаний и публикациям в журналах «Ферментная и спиртовая промышленность».

На предприятиях типовые установки существенных изменений не претерпевают. Однако имеются тенденции применять более мощные установки, чем номинальная (плановая) мощность завода. В ряде случаев колонны наращивают дополнительными тарелками (ректификационную до 70-80, эпюрационную до 50 тарелок), увеличивают поверхность теплообмена дефлегматоров. Проводят также некоторое совершенствование аппаратуры, например, увеличивают число ходов для хладагента в дефлегматорах, улучшают конструкцию узла отделения сивушного масла.

Спиртовые заводы большой производительности от 7 до 10 тыс. дал в сутки, не имея типовых установок, соответствующих их мощности, используют по две установки производительностью 6 тыс. дал в сутки или комбинации таких установок, что приводит к удорожанию и затруднениям в их эксплуатации.

В России повышение качества ректификованного спирта на типовых установках косвенного действия достигнуто в результате совершенствования технологии и аппаратуры ректификации. Наиболее распространенные мероприятия приведены ниже:

1. Увеличение числа тарелок от 66 до 72 и более в ректификационной колонне, и до 25 – в бражной колонне;

2. Применение окончательной очистки спирта в дополнительных колоннах окончательной очистки.

3. Применение гидроселекции в эпюрационой колонне и , как следствие, дальнейшее увеличение (на 12-15 кг/дал) расхода пара на эпюрацию и увеличение с этой целью дефлегматоров эпюрационной колонны.

4. Оснащение ректификационных колонн выносными кипятильниками.

5. Внедрение средств автоматизации работы БРУ.

6. Упорядочение отбора и возврата загрязненных спиртовых фракций.

Тенденции совершенствования технологии брагоректификации и новые схемы БРУ в России.

В России и за рубежом разрабатываются новые БРУ. При этом работы ведутся по следующим направлениям:

1. Разрабатываются принципиально новые, более эффективные технологические схемы установок;

2. Проводятся выбор и испытания в промышленных условиях массообменных тарелок.

В основном в России продолжается работа по совершенствованию отдельных узлов и технологических приемов в установках ректификации спирта косвенного действия. К сожалению, экономичность эксплуатации установок ректификации спирта косвенного действия оставляет желать лучшего (от 40 до 60 кг пара на 1 дал произведенного спирта, тогда как зарубежные установки используют лишь до 22 кг пара на 1 дал спирта). Тем не менее качество спирта признано хорошим.

Контактные устройства браго-ректификационных установок

Из новых контактных устройств, предложенных для колонн браго-ректификационных установок БРУ, необходимо отметить чешуйчатые однонаправленные тарелки для бражных колонн и провальные тарелки для бражных колонн большой мощности. Существенным преимуществом чешуйчатых тарелок является большой диапазон нагрузок по жидкости и по пару (таблица 2) , малый брызгоунос при скорости бара > 1,5 м/сек, высокая удельная производительность (удельная нагрузка на живое сечение тарелки) и скорость перегонки.

Исследования и опытная эксплуатация показали, что для эпюрационных и ректификационных колонн перспективными являются клапанные ректификационные тарелки, обеспечивающие необходимую устойчивость в условиях меняющихся нагрузок по жидкости в первую очередь, и по пару. Клапанные ректификационные тарелки обеспечивают эффективную работу при значительно больших скоростях пара (0,8 – 1,5 м/с). При этом съем спирта с 1 м3 колонны достигает 9-10 дал/час, что в 1,5 раза превышает показатель для многоколпачковой тарелки типовой ректификационной тарелки.

Показатели	Тип ректификационной тарелки
Показатели	Ситчатая	Колпачковая	Чешуйчатая	Решетчатая провальная	С С-образными элементами	Клапанная
Гидравлическое сопротивление при 85 % макс. Нагрузке, Мм. Вод. Ст.	30-50	70-100	40-70	30-40	70-100	50-80
Скорость пара в сечении колонны, м/с. -Максимальная -Минимальная	1,0 0,5	1,0 0,2	2,5 0,5-0,75	3,5 2,2	1,4 0,2	1,5 0,7
Диапазон устойчивости работы Gmax/Cmin	2-3	3,5-5	2,0-4,0	1,5-2,5	2,5-4	5-8
КПД тарелок в условиях спиртового производства	0,2-0,3	0,4-0,6	0,3-0,4	0,4-0,6	0,4-0,6	0,5-0,6
Относительная стоимость в сопоставлении с колпачковой	0,6	1,0	0,6	0,5	0,6	0,7

Насадочным типам контактных устройств будет посвящена отдельная страница сайта.

Снабжение БРУ паром и водой.

Следует отметить значение качества греющего пара и очистки котловой воды для технологии ректификации и обеспечения высокого ректификованного спирта. Обычно в косвенных установках одна или несколько колонн обогреваются открытым паром. При этом, если конденсат пара имеет щелочную реакцию, проба на окисляемость спирта и особенно его дегустационные показатели будут низкими.

На заводах, где нет системы автоматизации БРУ, отсутствуют и другие средства редуцирования, в частности редукционные пружинные вентили, что усложняет работу и нарушает технологию.

Охлаждающая вода поступает на БРУ преимущественно из открытых водоемов (рек, озёр, прудов) и артезианских скважин. Нередко повышенная жесткость воды вызывает инкрустацию накипью поверхностей теплообмена.

Для предотвращения накипи применяют методы фосфатирования воды с замещением солей жесткости растворимыми солями, насыщение воды углекислотой с целью ограничить декарбонизацию солей временной жесткости. Большой интерес представляет магнитный и ультразвуковой способы обработки воды.

При использовании воды, обработанной магнитным методом на поверхности труб не образуется накипи, соли жесткости выпадают в осадок, который легко смывается потоком. На рисунке показано устройство для магнитной обработки воды. Стальной сердечник 3 с навитыми на него катушками помещен в трубу 6 из немагнитного материала (латуни). Один конец трубы заглушен, через другой имеющий уплотнение выведены два электрода для подсоединения источника постоянного тока напряжением 90-110 вольт. Устройство монтируют вертикально, вода в него поступает через нижний патрубок 1, протекает через кольцевое пространство между корпусом 2 и внутренней трубкой со скоростью 1-1,5 м/с и уходит через патрубок 5.

Количество обрабатываемой воды составляет (4,7 – 6,9) * 10-3 м3/с;

Потребляемая мощность около 350 Вт.

Наиболее полно решается проблема водоснабжения установок с внедрением системы оборотного водоснабжения, когда горячая вода из дефлегматоров направляется на градирни и повторно направляется в дефлегматоры. Основная проблема при этом – это потери воды на испарение, которые могут составить до 10 %. Например, расход охлаждающей воды на дефлегматоры составляет от 100 до 200 м3/час, это значит, что подпитка градирни должна быть организована химически чистой водой в объеме от 10 до 20 м3/час. К тому же градирня снижает температуру оборотной воды лишь на 5 градусов ниже температуры атмосферного воздуха, а этого иногда не достаточно. Решить эту проблему можно применив абсорбционную установку, использующую вторичное (бросовое) тепло. Информацию о применении абсорбционных установок для охлаждения оборотной воды ищи у меня на сайте.

Размещение брагоректификационных установок.

Для размещение БРУ строятся здания высотой 25-30 метров и площадью в плане не менее 70 м2. Здания преимущественно капитальные с несущими стенами и перекрытиями на 2/3 площади по высотным отметкам +6, +12, +18, +24 м.

В целом брагоректификационное отделение вместе со зданием и установкой является дорогостоящим и составляет около 20% основных фондов предприятия.

Зарубежный опыт показывает, что достаточным будет размещение в здании операторской станции, а для насосов и дефлегматоров сооружать облегченную, закрытую козырьком и остекленную площадку. При этом необходимо заранее оговорить данные условия с поставщиком (разработчиком) технологии БРУ.

Учет спирта в производстве.

Согласно действующей инструкции, учет спирта осуществляют измерением выработанного алкоголя мерниками и контролируют по показаниям контрольных спиртоучитывающих снарядов, через которые поступает спирт непосредственно из установок. Правила проектирования также предполагают накапливание выработанного спирта в емкостях-приемниках, а затем при приемке-передаче на хранение переизмеряют, наполняя мерники.

В учёте спирта имеется две проблемы. Спиртоучитывающие контрольные снаряды российского производства, как правило, имеют недостаточную производительность и большую погрешность (0,5 – 1,0 %). В СССР их выпускал Таллинский завод «Прогресс», а в настоящее время «Бюро Комплекс», но изменение законодательства рекомендует к использованию Арзамасские приборы учета. Качество контрольных снарядов с годами не улучшается. В связи с этим возникает проблема замены их на дорогостоящие снаряды зарубежного производства, но при этом возникает проблема: регистрация их в российском реестре средств измерений.

Вторая проблема связана с переизмерением спирта. Было бы уместно на всех заводах вместо приемных емкостей установить мерники, что исключает одну из перекачек и связанные с этим потери. Учет спирта при этом будет вестись по заполнению мерников.

Для предприятий большой мощности необходимы мерники вместимостью 2 и 5 тыс. дал. Можно также рассматривать возможность учета по показаниям тензометрических весов, как это практикуют за рубежом.

Все это поможет уменьшить площади сливных отделений, их металлоемкость, а следовательно и стоимость основных фондов, а также увеличить производительность труда (ради чего собственно всё и делается).

Утилизация спиртовых отходов.

Проблемы, связанные с утилизацией спиртовых отходов – эфиро-альдегидной фракции (ЭАФ) и сивушного масла (СМ) начиная с 1970 г. не решены до сих пор.

ЭАФ подвергается переработке с выделением этилового спирта. Получаемый Эфиро-альдегидный концентрат (ЭАК) является многокомпанентным продуктом, реакционным (ядовитым), не находящим сбыта, и поэтому в основном сжигается.

На спиртовых заводах переработка осуществлена в разгонных колоннах (экстрактивная ректификация) по методу профессора П.С. Цыганкова, но в последнее время некоторые пользуются схемами В. М. Перелыгина. Явных экономических выгод такая переработка не приносит, да и качество выработанного спирта не улучшает.

Сивушное масло перерабатывают на непрерывно-действующей ректификационной установке Краснянского спиртового комбината и на кубовой установке периодического действия. При этом получают товарные изоамиловый, изобутиловый, а по непрерывной технологии и пропиловый спирты, которые реализуют как растворители.

Технология и брагоректификационные установки, применяемые за рубежом.

Ведущими в области ректификационной аппаратуры являются:

Компания «Спейшим» (Speichim, Франция).
Фирма «Фогельбуш» (Vogelbusch, Австрия).
Компания «Магуин Интерис» (Maguin Interis, Франция).
Компания «Херманн» (Gerb. Herrmann, Кельн-Эренфельд, Германия).
Компания БМА (BMA Starcosa-Division, Германия).
Компания Юлиус Монтц (Julius Montz Gmbh, Германия)
Компания ГЕА Виганд (GEA Wiegand Gmbh, Германия)
Компания Люрги (Lurgi AG, Германия)
Фирма «Баджер», «Сигрем» (Seagram end Sons, США).

Новые установки этих фирм имеют технические и эксплуатационные преимущества по сравнению с типовой установкой косвенного действия.

Более подробную информацию вы сможете найти на интернет-сайте: http://www.distill.com/

Прежде всего, новые установки потребляют меньше греющего пара, а в некоторых случаях и воды.

Во всех современных зарубежных установках увеличено число тарелок и расстояние между ними. Безусловными лидерами в производстве контактных устройств являются копании: Коглич (Koch-Glitsch), Зульцер (Zulcer), Юлиус Монтц (Julius Montz). Увеличенные по высоте колонны разделяются на отдельно размещаемые секции и для передачи флегмы применяют насосы, преимущественно безсальниковые.

Несмотря на возросшее потребление электрической энергии, благодаря низкому потреблению пара от 20 до 40 кг/дал включая сушку барды, установки оценивают как экономичные.

Во всех современных технологических схемах для более полного выделения головных и промежуточных примесей применяется гидроселекция.

Следует также отметить утилизацию тепла барды и лютерной воды. В названных установках имеется возможность догреть бражку до кипения теплом барды. Утилизуется лютерная вода и её тепло воды. Используются элементы термокомпрессии для целей рекуперации тепла.

Для увеличения долговечности вышеназванные компании предлагают оборудование из хромо-никелевых сталей.

Степень оснащения средствами автоматического контроля и регулирования современных установок не одинакова.

В зарубежной практике широко используется, по сути двух продуктовая схема производства спирта: параллельное производство спирта высокого качества для изготовления спиртных напитков и производство технического спирта в количестве 10-15 % от общей выработки. На технический спирт используют все погоны брагоректификации, что приводит к повышению качества основного целевого продукта - ректификованного спирта.

Такой подход, применительно к нашей стране, требует введения технических условий на новый продукт – технический спирт.

Автоматизация брагоректификационных установок.

nbsp; БРУ – заключительное звено технологической схемы спиртового производства – представляют собой самый технически развитый и, как правило, наиболее автоматизированный участок спиртового завода. В отечестве и за рубежом наибольшее распространение получили БРУ косвенного действия, производимые в России в качестве типовых.

Отличительная особенность этих установок, а именно:

однократное использование свежего греющего пара;

предварительное извлечение бражки из спирта с сопутствующими легколетучими примесями;

разделение очистки спирта по отдельным колоннам; связь между колоннами только с помощью отдельных потоков;

всё это делает БРУ косвенного действия лёгкими и гибкими в управлении, которое в значительной мере может быть децентрализовано.

Для отдельных колонн хорошо исследованы статические и динамические характеристики по различным цепям возмущающее воздействие – выходной параметр. Разработаны достаточно надёжные локальные схемы автоматического управления работой отдельных колонн и БРУ в целом.

Несмотря на наличие значительного количества взаимосвязей между колоннами, роль АСУ БРУ до последнего времени сводилась к стабилизации ряда основных технологических параметров (давление, температура, расход, уровень и т.п.). Поэтому всю такую систему можно было разбить на отдельные контуры регулирования, связанные между собой только технологическим процессом (т.е. потоками вещества или энергии). Режим автоматического управления таких систем применяется лишь при неизменной нагрузке ректификационной аппаратуры. Пуск, перестройка и остановка оборудования производятся в режиме ручного управления.

>По условиям требований пожаро- и взрывобезопасности в отечественных системах АСУ БРУ до недавнего времени применялись только пневматические приборы (применение эл. приборов согласно нормам ограничено их герметичным взрывобезопасным исполнением), причем повышенное внимание уделялось средствам контроля сигнализации безопасности.

Значительное число контролируемых параметров регистрируется для обеспечения возможности последующего контроля и анализа производственной безопасности.

Системы АСУ БРУ обеспечивают:

Контроль и автоматическую стабилизацию расхода бражки, поступающей в бражную колонну.
Контроль и автоматическое регулирование давления пара в паровом коллекторе с сигнализацией на щите понижения давления пара ниже допустимого значения.
Контроль и автоматическое регулирование уровня или давления охлаждающей воды в напорном баке с сигнализацией на щите понижения уровня ниже допустимого значения.
Контроль и автоматическое регулирование давления в нижней части всех колонн воздействием на расход пара в соответствующую колонну; в отечественной практике в эти контуры часто вводятся корректирующие сигналы по температуре на тарелке питания (бражная колонна) и по концентрации нежелательной примеси в контрольной зоне (эпюрационная колонна).
Контроль и автоматическую стабилизацию давления в верхней части всех колонн изменением расхода охлаждающей воды, подаваемой в соответствующий дефлегматор-конденсатор (в бражной колонне иногда изменением расхода охлаждающей воды стабилизируется не давление в верхней части колонны, а температура воды на выходе дефлегматора).
Контроль и автоматическое регулирование расхода спирта-ректификата из ректификационной колонны воздействием на его отбор с коррекцией по температуре на контрольной тарелке ректификационной колонны.
Контроль и автоматическую стабилизацию температуры спирта-ректификата на выходе из установки изменением расхода охлаждающей воды, посупающей в холодильник спирта.
Дистанционное управление исполнительными устройствами со щита управления и контроль щитовыми приборами положения рабочих органов исполнительных устройств.

Щитовыми приборами контролируется температура: на тарелке питания и в нижней части (3-5 тарелка) бражной колонны; в нижней части эпюрационной колонны; на тарелке питания ректификационной колонны; охлаждающей воды на выходе из дефлегматоров; в зоне отбора сивушных масел сивушной колонны.

Местными приборами контролируется температура:

в верхней части эпюрационной и ректификационной колонны; в зоне отбора сивушной фракции из ректификационной колонны; в нижней и верхней частях колонны окончательной очистки спирта и сивушной колонны; охлаждающей воды, подаваемой в холодильник спирта;

расход:

ЭАФ из эпюрационной колонны; непастеризованного спирта и сивушной фракции из ректификационной колонны; головного погона из колонны окончательной очистки и сивушных масел из сивушной колонны.

Такой уровень автоматизации характерен для большинства работающих отечественных заводов (с той лишь разницей, что пневматические системы конроля и управления частично или полностью заменены на электрические).

Работы последних лет выявили различие взглядов на пути развития систем автоматизации БРУ в разных странах. Значительная часть зарубежных специалистов (фирмы Спейшим, Франция и Фогельбуш, Австрия) полагает, что дальнейшее оснащение БРУ приборами и средствами автоматизации и усложнение контуров управления на современном этапе экономически не выгодно.

В то же время в США (фирма Сигрем) для расчета оптимального режима работы БРУ применяется ЭВМ.

В нашей стране совершенствование автоматизации БРУ идёт в первую очередь по пути аппаратурного решения задачи продольной стабилизации потока «исходное сырьё – готовый продукт» на заданном уровне. Разработаны системы продольной стабилизации как с начала, так и с конца процесса.

В первом случае в качестве задания устанавливается (и стабилизируется) расход бражки, поступающей в бражную колонну. Расход эпюрата регулируется путём стабилизации его уровня в эпюрационной колонне или связанной с ней емкости (что снимает высокочастотную составляющую шума в уровне эпюрата). Отбор спирта регулируется каскадной схемой, формирующей задание контуру стабилизации отбора спирта в зависимости от отклонения температуры на контрольной тарелке ректификационной колонны. Такое решение наряду с продольной стабилизацией продуктового потока обеспечивает поддержание необходимого качества ректификованного спирта.

Во втором случае производительность брагоректификационной установки задается по спирту-ректификату, отбор которого стабилизируется одноконтурной схемой автоматического управления и может изменяться задатчиком регулятора расхода.

Расход эпюрата контролируется по температуре на контрольной тарелке ректификационной колонны (косвенный параметр, характеризующий концентрацию спирта в эпюрате), что обеспечивает отсутствие потерь спирта с лютерной водой. Уровень эпюрата в эпюрационной колонне регулируется изменением расхода бражки, отбираемой в установку. В таких системах для облегчения регулирования расхода бражки иногда между бражной и эпюрационными колоннами устанавливают промежуточную ёмкость и регулируют расход бражки по уровню бражного дистиллята в этой ёмкости, а уровень эпюрата – по расходу бражного дистиллята из промежуточной ёмкости.

Кроме того в нашей стране разработаны АСУ БРУ с применением простейших вычислительных устройств, которые наряду с продольной стабилизацией потока обеспечивают также поддержание близкого к оптимальному расхода пара в отдельных колоннах. Вычислительные устройства используются для расчета производительности бражной или эпюрационной колонны по абсолютному алкоголю. Сигнал, пропорциональный этой производительности, используется в контурах управления расходом бражки, отбором спирта ректификата и подачей пара в отделение колонны.

В целях соблюдения техники безопасности и промышленной санитарии разработаны системы автоматического контроля концентрации паров спирта в воздухе рабочих зон брагоректификационного помещения и сливного отделения. Сигнал опасных концентраций этих паров приводит к автоматическому включению аварийной приточной вентиляции в соответствующем помещении при повышении этих концентраций.