Клас-ция брагоректификационных установок (БРУ)

Аппаратурное оформление процессов выделения и очистки спирта классифицируется по техническому назначению на: сырцовые, БРУ, установки абсолютирования спирта.

Сырцовые БРУ предназначены для получения спирта-сырца из бражки. Сырцовые установки с увеличенным количеством тарелок в концентрационной колонне используют для получения технического спирта (обычно на заводах малой мощности).Установка для ректификации спирта-сырца предназначена для очистки спирта-сырца от сопутствующих примесей, в результате чего получается ректификованный спирт (на ЛВЗ).

В БРУ совмещены технологические операции сырцовой установки и установок для ректификации спирта-сырца. При их использовании получается ректификованный спирт из бражки с меньшими затратами энергоресурсов, меньшими потерями спирта в сравнении с сырцовыми установками и установками для ректификации спирта-сырца.

Установки для абсолютирования (обезвоживания) предназначены для получения абсолютированного спирта методами азеотропной ректификации и с помощью полупроницаемых мембран. В нашей стране используется метод образования тройных нераздельно кипящих смесей. Для этого в спирт концентрацией 96% об. Добавляют циклогексан (t_кип. 80,8°С).

Установка для ректификации спирта-сырца непрерывного действия обладает следующими плюсами: обеспечивает более высокий выход спирта (92-98%); полная автоматизация процесса; обеспечивает получение побочных продуктов в концевом виде.

Принципы построения схем ректификационных колонн. Спирт-сырец м.б. представлен 5 основными компонентами: С – спирт; Г – головная фракция; П – промежуточные примеси; К – концевые примеси; Х – хвостовые примеси.

К и П в локальных условиях м.б.отнесены к головным примесям или хвостовым. Поэтому рассматривать схему можно как 3-хкомпонентную (С-Г-Х):

Наиболее распространен 1 вариант, т.к. выделение Г из спирта низкой концентрации идет легче, а также при меньшем количестве тарелок и меньшем расходе пара.В колонне А спирт-сырец освобождается от Г и назыют эпюрат. В колонне Б происходит разделение на спирт ректификат и Х (или лютерная вода в данном варианте). Наличие П и К усложняет очистку, поэтому чтобы очистить спирт от промежуточных примесей, необходимо обеспечить их предварительное концентрирование.Это возможно в средней части колонны,в которой концентрация спирта изменяется в пределах зоны max накопления примесей. Исходя из этого выделение фракции П возможно в количестве Б 1 варианта или колонне А 2 варианта:

К при средних концентрациях спирта имеют близкие к спирту коэффициенты испарения. Поэтому в колонне А вариантов 1 и2 они сопутствуют спирту в значительной мере. Попадая в колонну Б 1 варианта К поднимаются вверх вместе со спиртом.Движение К вниз по колонне Б возможно, но в малых колличествах, т.к. коэффициент испарения их при низких концентрациях спирта остается <1, но >,чем у спирта. Часть К уходит в колонну В (колонна окончательной очистки) или из колонны А вместе с Г.

При малых концентрациях К в спирте-сырце можно использовать технический прием, называемый пастеризацией спирта.Суть пастеризации: в зоне высокой концентрации спирта К имеют летучесть выше спирта, поэтому содержание их в жидкой фазе всегда меньше, чем в паровой. Т.о., пастеризованный спирт следует отбирать из жидкой фазы (4-10-я тарелка сверху спиртовой колонны), следовательно, пастеризация – это отбор спирта из жидкой фазы.

На верхних тарелках в дефлегматоре-конденсаторе происходит некоторое концентрирование К. Из верхней части колонны отбирают непастеризованный спирт, который обогащен К. Очистка спирта при пастеризации тем эффективнее, чем выше коэффициент испарения примесей при данной концентрации пастеризованного спирта и чем больше флегмовое число (т.е. чем больше орошение). При высокой концентрации примесей необходима дополнительная колонна,в которой происходит повторная эпюрация спирта. Отбор непастеризованного спирта состав 1-2%.

Для концентрирования П в схемы вводят дополнительную колонну Д (сивушная), которая по принципу действия подобна колонне Б. Отличие – в колонну Д вводят фракцию, обогащенную П и поэтому улучшается работа колонны Б по отдел-ю Х.

Принципы построения схем БРУ. При получении спирта непосредственно из бражки вначале летучую часть бражки освобождают от экстрактивных веществ, твердых веществ и части воды в бражной колонне. БРУ имеют 3 основные колонны (бражная, эпюрационная, спиртовая) и несколько дополнит. БРУ классифицируются на: прямого действия, непрямого действия (косвенного), полупрямого действия (косвенно-прямоточного).

Схема установки прямого действия (самая экономичная)

Бр – бражка; ГФ – головная фракция; СМ – сивушное масло; С – спирт ректификат; П – пар; Б – барда.

А – бражная; Б – эпюрационная; В – спиртовая колонны.

Питание спиртовой колонны осуществляется водноспиртовым паром из бражной колонны. Теплота греющего пара в этом случае используется двукратно. Греющий пар подается только в бражную колонну. Питание эпюрационной колонны осуществляется бражкой и водноспиртовым паром из бражной колонны. Питание бражной колонны осуществляется бражкой, освобожденной от ГФ (т.е. эпюрированной), и флегмой, поступающей из спиртовой колонны. Т.о., в бражной колонне происходит одновременное извлечение спирта из бражки и флегмы и снижается кол-во CD в барде за счет отсутствия лютерной воды.

Схема непрямого действия. Наиболее распространена в нашей стране. Отличие схемы: предварительное извлечение спирта с примесями из бражки; питание эпюрационной колонны осуществляется бражным дистиллятом; все потоки жидкостные; во все колонны подается греющий пар.

Схема полупрямого действия. Питание эпюрационной колонны частично осуществляется эпюрирированным паром из бражной колонны (свойственно БРУ прямого действия) и частично эпюрационным дистиллятом (свойственно БРУ косвенного действия).

Кол-на Г – это отгонная часть эпюрационной колонны, которая устанавливается над бражной колонной и чаще всего представляет с ней единое целое.

На спиртовых предприятиях в качестве типовой схемы используется трехколонная БРУ косвенного действия. Ее преимущества: стабильность в работе; мобильность в управлении и регулировании процессом; обеспечение выработки спирта высокого качества; обеспечение выделения примесей в концентрированном виде.

Нагрев каждой колонны осуществляется открытым паром или через кипятильники.

Бражка подается в подогреватель 1, где нагревается до 75-85°С парами бражного дистиллята. Затем в сепараторе 2 освобождается от выделяющегося СО₂ (с сопутствующими примесями), после чего бражка вводится в бражную колонну 5. Водноспиртовой пар конденсируется ≈50% в подогревателе бражки 1,оставшиеся 50%-за счет отдачи тепла воде конденсируются в основном конденсаторе 3 и дополнительном конденсаторе 4. Конденсат водноспиртовых паров (бражной дистиллят) напрвляется на питание эпюрационной колонны 6. В ней дистиллят освобожд-ся от головных и частично концевых примесей. Колонна оснащена дефлегматором 7 и конденсатором 8, из которого выводится ГФ. Освобожденный от головных и частично концевых примесей бражной дистиллят (эпюрат) поступает на питание спиртовой колонны 9 (16-я тарелка снизу). Ректификованный спирт отбирается с 4-14-й тарелок сверху, проходит через холодильник 12, спиртоизмеряющий снаряд и поступает в спиртоприемное отделение. Из конденсатора спиртовой колонны 11 непастеризованный спирт напрвляют на верхнюю тарелку эпюрационной колонны. Орошение спиртовой колонны осуществляется флегмой из дефлегматора 10.

Промежуточные примеси отводятся из спиртовой колонны в виже 2 продуктов: сивушной фракции и сивушного спирта. Сивушную фракцию отбирают с 5, 7, 9, 11-й тарелки снизу, направляют в конденсатор 13 и через сборник 14 сивушная фракция поступает в экстрактор (декантатор). Освобожденная от спирта в результате водной экстракции сивушная фракция называется сивушное масло, которое в виде товарного побочного продукта (также как ГФ) направляется в спиртоприемное отделение.

Сивушный спирт отбирается с 17, 20, 21-й тарелок в жидком или парообразном виде. В жидком виде сивушный спирт напрвляется в бражную колонну, в парообразном – вначале конденсируется и поступает в верхнюю часть эпюрационной колонны.

Лютерная вода отбирается в специальный сборник и направляется на промывку сивушного масла.

Отбор продуктов ректификации: спирт ректифат 94,5-96,5% об. от условного спирта-сырца; ГФ – 1,2-3,5% (max для мелассы); сивушное масло – 0,25-0,45%( max для мелассы).

Температурные режимы колонн: бражная – верхняя часть 92-96°С, нижняя часть 103-107°С; эпюрационная – 78-79°С, 86-90°С; спиртовая – 78-79°С, 105°С.

Дополнительные колонны.

1. Разгонная – предназначена для извлечения спирта из ГФ, следовательно, для увеличения выхода спирта и для получения ГФ в концентрированном виде. Работает в режиме гидроселекции. Согласно теории Сореля-Барбе коэффициент испарения примесей выше в разбавленных растворах, чем в концентрированных. С целью увеличения коэффициента испарения примесей в верхнюю часть колонны подают горячую воду с t 95°. Питание колонны осуществляется головной фракцией ≈в среднюю часть головной примеси выводят из колонны вверху, конденсируют и в виде гетерогенной смеси, состоящей из альдегидов, эфиров, воды поступает в декантатор (расслаивается). Верхний слой-концентрат ГФ, который также является побочным продуктом ректификации. Нижний слой, состоящий из некоторого количества головных примесей и спирта, направляют на орошение колонны.

2. Колонна окончательной очистки. Назначение – выделение из спирта остатков головных и концевых примесей в режиме повторной эпюрации и выделение из спирта остатков верхних промежуточных примесей и частично головных и концевых в режиме повторной ректификации. Режим повтор эпюрации: Г и К выводят из колонны через конденсатор в виде ГФ и направляют на верхнюю тарелку эпюрационной колонны (или если есть в разгонную). Спирт отбирают из нижней части и напрвляют через холодильник в спиртоприемное отделение. Режим повторной ректификации: отбор ГФ осуществляется через конденсатор, отбор спирта – с 10-й тарелки; отбор фракции, обогащенной верхними промежуточными примесями, – из кубовой части колонны и направляется на тарелку питания спиртовой колонны (т.е. присоединяется к эпюрату).

3. Сивушная. В ней проводится концентрирование компонентов сивушного масла и др. промежуточных примесей. Питание сивушной колонны – сивушная фракция и сивушный спирт. В верхней части колонны аккумулируется спирт и Г, в средней – компоненты сивушного масла, в нижней – лютерная вода.

БРУ под вакуумом.

Обычно вакуумированные эпюрационная и спиртовая колонны. Вакуум 60-70 кПа. Вследствие этого t: кубовой части эпюрационной колонны – 60°С, кубовой части спиртовой колонны – 88°С.