Дистиллятор колонного типа с дефлегматором

Полезная модель относится к спиртовому производству, в частности к аппаратам для получения пищевого этилового спирта, может быть использована для утилизации легкопортящихся сельскохозяйственных продуктов путем переработки их в этиловый спирт в условиях небольших помещений на производстве или в быту и может быть использована при производстве дистиллированной воды и очищенной воды из загрязненной.
Известен патент RU 173779 U1 МПК B01D 3/00 (2006.01) C12G 3/12 (2006.01), опубликовано: 11.09.2017, по которому дистиллятор содержит перегонный куб, соединенную с ним вертикальную колонну, представляющую собой прямоточный кожухо-трубчатый теплообменник по типу труба в трубе, который содержит две части: ниже царгу, выше дефлегматор. Соединительное колено связывает дефлегматор с расположенным вертикально вторым теплообменником такой же конструкции, являющимся конденсатором. Съемная крышка куба оснащена температурным датчиком со щупом и клапаном сброса давления, дефлегматор и конденсатор представляют собой многотрубочный теплообменник.
Недостатками данного устройства являются недостаточное охлаждение и конденсация спиртовых паров в теплообменниках: конденсаторе и дефлегматоре. Отсутствует вентиль для слива жидкости из перегонного куба, что затрудняет обслуживание аппарата после процесса перегонки.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является патент RU 182022 U1 B01D 3/04 (2006.01) F28B 1/02 (2006.01), опубликовано: 31.07.2018, по которому устройство для получения спирта содержит емкость, царгу, дефлегматор, два отвода по 90°, в одном из которых установлен ниппель для крепления термометра, кожухотрубный теплообменник, при этом кожухотрубный теплообменник состоит из трубок для прохождения спиртосодержащих паров, поперек которых установлены перегородки, имеющие отверстия, плотно прилегающие к поверхности трубок, а также проход с краю для повышения напора воды, при этом расположение проходов в кожухотрубном теплообменнике устанавливается таким образом, чтобы обеспечить зигзагообразный интенсивный поток воды, обеспечивающий при заданном напоре сбивание тепловой рубашки с поверхности трубок, образующейся в виде прогретого слоя воды, соприкасающегося с поверхностью разогретых трубок, что обуславливает ускоренный теплообмен, сокращая потребление воды, или при том же потреблении воды увеличивает производственную мощность устройства для получения спирта.
Недостатками данного устройства являются недостаточное охлаждение и конденсация восходящих паров в дефлегматоре, что в свою очередь сказывается на недостаточной очистке спиртовых паров от высококипящих фракций, а значит, недостаточно очищает конечный продукт перегонки. Так же в устройстве отсутствует вентиль для слива жидкости из перегонного куба, что затрудняет обслуживание аппарата после процесса перегонки.
Недостатки прототипа устраняет заявляемое техническое решение.
Техническая задача - повысить качество очистки конечного продукта и увеличить удобство обслуживания устройства.
Для повышения очистки конечного продукта устройства требуется повысить скорость охлаждения паров в дефлегматоре. Для этого в межтрубном пространстве дефлегматора установлены неполные поперечные перегородки. Устройство перегородок в межтрубном пространстве кожухотрубчатого теплообменника способствует увеличению пути прохождения хладагента в межтрубном пространстве и, как следствие, способствует повышению эффективности теплообмена дефлегматора без увеличения его габаритных размеров.
Для повышения удобства эксплуатации устройства в нижней части перегонного куба установлен вентиль (кран) для слива остатков жидкости после процесса перегонки.
Сущность технического решения поясняется изображением.
На фиг. 1 изображен общая схема устройства с местными разрезами.
Где
1 - перегонный куб;
2 - цифровой термометр со щупом;
3 - защитный клапан сброса давления;
4 - съемная крышка;
5 - вентиль;
6 - крепление хомут-стяжка узла аппарата;
7 - царга;
8 - наполнитель царги (например, насадка Панченкова);
9 - дефлегматор;
10 - вводной штуцер дефлегматора;
11 - выводной штуцер дефлегматора;
12 - внутренняя трубка дефлегматора;
13 - неполная поперечная перегородка дефлегматора;
14 - поворотный патрубок с термометром;
15 - цифровой термометр со щупом;
16 - поворотный патрубок без термометра;
17 - холодильник (конденсатор);
18 - выводной штуцер холодильника;
19 - вводной штуцер холодильника;
20 - внутренняя трубка холодильника;
21 - неполная поперечная перегородка холодильника;
22 - патрубок с носиком для слива;
23 - крепление хомут-стяжка съемной крышки.
Дистиллятор состоит из перегонного куба 1 из нержавеющей стали, в котором в нижней части установлен вентиль 5 для слива остатков из перегонного куба 1. Съемная крышка 4 с помощью крепления хомута-стяжки 23 герметично пристегивается к перегонному кубу 1. В съемной крышке 4 установлен термометр 2 со щупом, который позволяет измерять температуру кипения жидкости в перегонном кубе 1. В съемной крышке 4 установлен клапан сброса давления 3, который в случае перегрева и опасного увеличения давления в перегонном кубе 1 сбрасывает лишний пар, тем самым обеспечивая безопасную работу устройства. Съемная крышка 4 соединена с помощью крепления хомута-стяжки 6 с царгой 7, представляющую из себя трубу с наполнителем в виде металлической стружки или сетки (например, насадку Панченкова). Царга 7 соединяется с помощью хомута-стяжки с вертикальным многотрубчатым дефлегматором 9. Вводной штуцер 10 и выводной штуцер 11 располагаются на внешнем корпусе дефлегматора 9 и соответственно вводят и выводят хладагент (например, воду) из межтрубного пространства дефлегматора 9. Внутри дефлегматора 9 расположены внутренние трубки 12, по которым проходят спиртовые пары и происходит первичная конденсация высококипящих фракций. В межтрубном пространстве дефлегматора расположены неполные поперечные перегородки 13, которые увеличивают путь прохождения хладагента. Дефлегматор 7 посредством хомута-стяжки соединяется с поворотным патрубком 14, в котором установлен цифровой термометр со щупом 15 для измерения температуры спиртовых паров. Поворотный патрубок 14 соединяется при помощи хомута-стяжки с поворотным патрубком 16, который в свою очередь соединяется с помощью хомута-стяжки с вертикальным многотрубчатым холодильником 17 (другое название «конденсатор»). Вводной штуцер 19 и выводной штуцер 18 располагаются на внешнем корпусе холодильника 17 и соответственно вводят и выводят хладагент (например, воду) из межтрубного пространства холодильника 17. Внутри холодильника 17 расположены внутренние трубки 20, по которым проходят спиртовые пары и происходит окончательная конденсация пара в жидкость. В межтрубном пространстве холодильника 17 расположены неполные перегородки 21, которые увеличивают путь прохождения хладагента. Холодильник 17 посредством хомута-стяжки соединяется с патрубком с носиком для слива.
Работает устройство следующим образом. Пары из куба 1 поднимаются по царге 7 проходя через наполнитель царги 8 в дефлегматор 9. Дефлегматор 9 представляет из себя многотрубчатый теплообменник с количеством трубок 2 и более (несколько трубок обеспечивают большую площадь конденсации для паров, что значительно увеличивает производительность). Пары подаются в трубки дефлегматора 12, хладагент поступает в межтрубное пространство через вводной штуцер 10 и выходит из дефлегматора 9 через выводной штуцер 11, причем в межтрубном пространстве дефлегматора 9 располагаются неполные перегородки 13 (на фиг. 1 изображена одна перегородка, может быть больше), которые увеличивают путь прохождения хладагента в межтрубном пространстве и, как следствие, способствует повышению эффективности теплообмена в дефлегматоре 9, что в свою очередь повышает эффективность работы самого дефлегматора 9 - уменьшает расход хладагента при той же охлаждающей мощности и тех же габаритах дефлегматора.
В дефлегматоре 7 спирт из паров частично конденсируется и самотеком возвращается вниз - в царгу 7. В царге 7 конденсат (флегма), стекая в виде пленки жидкости, встречается с восходящими парами спирта. Тепломассобмен встречающихся паров и жидкости в царге 7 повышает градиент концентрации спирта в парах и флегме (обратном потоке), в результате которого пары поглощают из флегмы спирт, а флегма (возвратный поток) поглощает из паров воду. За счет этого пары укрепляются до крепости выше 90% об. (в теории возможно укрепление до 96% об. и получение чистого спирта).
В царге 7 для увеличения площади теплообмена могут устанавливаться различные контактные устройства, повышающие площадь взаимодействия жидкости и паров: например, металлические мочалки, металлическая стружка, различные регулярные насадки Панченкова, Зульцера, спирально-призматические насадки. При невысоких скоростях пара возможна эксплуатация без внутреннего наполнителя колонны - тепломассообмен осуществляется за счет пленки жидкости на поверхности колонны.
Укрепленные после дефлегматора 9 и царги 7 пары спирта попадают через поворотные патрубки 14 и 16 в холодильник (конденсатор) 17, представляющий собой также многотрубочный теплообменник, где за счет большего по сравнению с прототипом количества трубок (две и более) охлаждение происходит быстрее, что повышает производительность устройства. Пары подаются в трубки холодильника 17, хладагент поступает в межтрубное пространство через вводной штуцер 19 и выходит из холодильника 17 через выводной штуцер 18, причем в межтрубном пространстве холодильника 17 располагаются неполные перегородки 21 (на фиг. 1 изображены четыре, может быть больше), которые увеличивают путь прохождения хладагента в межтрубном пространстве и, как следствие, способствует повышению эффективности теплообмена в холодильнике, что в свою очередь повышает эффективность работы самого холодильника 17 - уменьшает расход хладагента при той же охлаждающей мощности и тех же габаритах холодильника.
В холодильнике 17 пары конденсируются в жидкий спирт и поступают в приемную емкость через патрубок с носиком выхода продукта 22.
После процесса перегонки остатки жидкости сливаются из бака при помощи вентиля вентиль 5.
Благодаря креплениям 6 устройство легко собирается, разбирается и промывается после каждой процедуры перегонки.
В качестве источника тепла для нагрева жидкости в рассматриваемом устройстве может быть кухонное нагревательное устройство, например бытовые электрические, газовые и индукционные плиты.