УСТАНОВКА ДЛЯ ОТГОНКИ ЭТИЛОВОГО СПИРТА ИЗ СБРОЖЕННОГО СУСЛА
INSTALLATION FOR RECOVERY OF ETHYL ALCOHOL FROM FERMENTED WORT

Изобретение относится к установке для отгонки этилового спирта из сброженного сусла.
При промышленном масштабе производства спирта, в частности концентрированного этилового спирта, спирт отгоняют в так называемой бражной колонне из ферментированного настоя, предварительно прошедшего процесс брожения, посредством нагрева. Если обогащенный этиловым спиртом товарный поток выходит из бражной колонны в виде головного выпара, то безалкогольная барда, обогащенная твердыми веществами ферментированного настоя, образуется в кубе бражной колонны.
Бражная колонна обогревается непосредственно острым паром. Острый пар увеличивает присутствие воды в процессе. Поэтому также принято подводить тепловую энергию для отгонки спирта через скапливающуюся в кубе барду с помощью ребойлера, выполненного в виде выпарного аппарата с принудительной циркуляцией, и обогревать выпарной аппарат, через который циркулирует брага, острым паром или также товарным выпаром, полученным на другой стадии процесса производства спирта. Такие выпарные аппараты с принудительной циркуляцией известны из WO 2004/038031 и DE 3037736 C2.
Однако выяснилось, что применение выпарного аппарата с принудительной циркуляцией для обогрева бражной колонны ограничивает эксплуатационные возможности этой колонны. С одной стороны, температура проходящей через выпарной аппарат с принудительной циркуляцией барды по соображениям вязкости не должна быть слишком низкой, с другой же стороны, при слишком высокой температуре на стенках установки и, в частности, выпарного аппарата с принудительной циркуляцией осаждаются компоненты барды. Из-за этого затрудняется использование энергии бражной колонны в энергобалансе установки для производства спирта.
Задачей изобретения является создание установки для отгонки этилового спирта из сброженного сусла, потребляемая энергия которой более оптимально, чем ранее вписывается в энергобаланс общей установки для производства спирта. В частности, энергия должна подводиться при более низком температурном уровне, чем ранее.
Приведенная выше задача решается согласно изобретению с помощью установки для отгонки этилового спирта из сброженного сусла, состоящей из:
- бражной колонны с отверстием для впуска сброженного сусла и отверстием для выпуска выпара с содержанием этилового спирта в головной части колонны,
- внешне обогреваемого ребойлера, связанного с кубом бражной колонны, служащего для подвода тепла к бражной колонне и отличающегося тем, что образующаяся в бражной колонне барда отводится в сепаратор для ее разделения на фракцию твердых веществ и жидкую фракцию, и ребойлер выполнен в виде выпарного аппарата с падающей пленкой, выпаривающим, по меньшей мере, часть жидкой фракции и подающий жидкую фракцию после выпаривания или/и образующийся при выпаривании выпар в куб бражной колонны.
В случае применения традиционного выпарного аппарата с принудительной циркуляцией циркулирующая барда должна перегреваться, поэтому среда, подводимая для внешнего нагрева ребойлера, например в виде выпара, образованного на другой стадии процесса, должна подаваться при относительно высоком температурном уровне. Перегрев считается обязательным для обеспечения выпаривания при пониженном давлении в бражной колонне, чем снижается способность к образованию отложений в ребойлере. Помимо указанной необходимости перегрева барды требуются также сравнительно мощные насосы для принудительной циркуляции, обеспечивающие образование турбулентного потока в ребойлере.
В отличие от уровня техники в данном изобретении в качестве ребойлера применяется выпарной аппарат с падающей пленкой. Соответствующие выпарные аппараты с падающей пленкой известны, например, из DE 10147674 A1, DE 1519714 и CH 510450. Под выпарным аппаратом с падающей пленкой подразумевается также выпарной аппарат с нисходящим потоком. Существенное значение таких выпарных аппаратов состоит в том, что выпаривание протекает в них иначе, чем в применяемых до настоящего времени выпарных аппаратах с принудительной циркуляцией, т.е. не в бражной колонне, а непосредственно в ребойлере. При выпаривании при пониженном давлении продукт не приходится перегревать в бражной колонне и в соответствии с этим является достаточной сравнительно небольшая разница между температурами на стороне обогрева и на товарной стороне выпарного аппарата с падающей пленкой. Поскольку выпарной аппарат с падающей пленкой подвержен не воздействию самой барды, содержащей твердые вещества, а лишь ее жидкой фракции без содержания, по существу, твердых веществ, то исключается загрязнение выпарного аппарата с падающей пленкой, являющегося чувствительным к такому загрязнению. Фракция твердых веществ, отделенная от барды в сепараторе, выводится из процесса. Образующийся в выпарном аппарате с падающей пленкой выпар поступает непосредственно в бражную колонну для ее обогрева. Вследствие относительно небольшой разницы между температурами на стороне обогрева и товарной стороне выпарного аппарата с падающей пленкой упрощается встраивание такого ребойлера в общий процесс. Так, например, выпарной аппарат с падающей пленкой может обогреваться головным выпаром ректификационной колонны, расположенной за бражной колонной.
Замысел изобретения, состоящий в отделении фракции твердых веществ от образующейся в бражной колонне барды и в подаче только жидкой фракции в выпарной аппарат с падающей пленкой для получения обогревающего бражную колонну выпара, может быть осуществлен разными способами. Согласно первому варианту выполнения сепаратор может быть сообщен для этой цели с расположенным выше куба отверстием для выпуска барды из бражной колонны, при этом выпарной аппарат с падающей пленкой подключен к контуру принудительной циркуляции, который проходит через куб бражной колонны и в который подается, по меньшей мере, часть жидкой фракции сепаратора. Отверстие для выпуска барды может располагаться, например, на самой нижней тарелке бражной колонны на участке отгонки спирта, а контур принудительной циркуляции с циркуляционным насосом начинается у расположенного в самой нижней точки куба бражной колонны выпускного отверстия. Целесообразно, чтобы жидкая фракция поступала в контур принудительный циркуляции на участке между выпускным отверстием куба и циркуляционным насосом.
В большинстве случаев сепаратор не в состоянии полностью отделить долю твердых веществ от барды. Часто отводимый в куб бражной колонны жидкий продукт выпарного аппарата с падающей пленкой содержит остатки не отделенных и/или не растворенных твердых веществ. Поэтому целесообразно подать часть циркулирующей в контуре принудительной циркуляции жидкой фракции в устройство для выпаривания барды. Это устройство может содержать центрифугу или/и, по меньшей мере, один дополнительный выпарной аппарат, например выпарной аппарат с падающей пленкой для сгущения остаточной доли твердых веществ.
Согласно другому варианту выполнения сепаратор может быть сообщен с отверстием жидкой фракции направляется в контур принудительной циркуляции, проходящий через выпарной аппарат с падающей пленкой. По меньшей мере, часть циркулирующей по контуру принудительной циркуляции жидкой фракции может быть обратно подана в куб бражной колонны. Подобно первому варианту выполнения возвращаемая доля жидкой фракции может присутствовать, по меньшей мере, частично в виде выпара. Также во втором варианте выполнения часть циркулирующей в контуре принудительной циркуляции жидкой фракции может быть подана в устройство для выпаривания барды с целью использования ее твердых веществ в ином назначении, например в качестве корма для животных и пр.
Сепаратор может иметь обычное выполнение, например им может служить отстойник или фильтр. Целесообразно, чтобы он представлял собой центрифугу или декантатор.
Ниже изобретение поясняется подробнее примерами своего выполнения со ссылкой на чертеж, на котором изображено:
фиг.1 - схематическое изображение установки для отгонки этилового спирта из сброженного сусла,
фиг.2 - вариант выполнения установки.
Установка на фиг.1 содержит обычную бражную колонну 1, в которую подается на участке выше места отгонки спирта через впускного отверстия 3 ферментированное, т.е. полностью сброженное на стадии 5 процесса ферментации, сусло в виде ферментированного настоя. Бражная колонна 1 содержит множество расположенных друг над другом тарелок 7 для увеличения поверхности отгоняющей этиловый спирт жидкости над кубом 9 колонны, с помощью которого обогревается бражная колонна 1 способом, который подробнее поясняемым ниже. Через верхнее выпускное отверстие 11 бражной колонны отводится поступающий вверх спиртовой выпар.
Для обогрева бражной колонны 1 предусмотрен ребойлер 13 в виде выпарного аппарата с падающей пленкой, который через контур 15 принудительной циркуляции, проходящий через куб 9 бражной колонны 1, обогревает куб. Контур 15 принудительной циркуляции проходит от расположенного в самой нижней точки куба выпускного отверстия 17 через циркуляционный насос 19 к расположенному вверху отверстию 21 для впуска продукта выпарного аппарата 13 с падающей пленкой. Своим отверстием 23 для выпуска конденсата выпарной аппарат 13 с падающей пленкой сообщен с впускным отверстием 25 куба 9 бражной колонны 1, расположенным выше выпускного отверстия 17 куба. От источника 27 тепла в выпарной аппарат 13 с падающей пленкой подается на участок 29 теплоноситель, например в виде выпара, образованного на другой стадии процесса эксплуатации установки для производства спирта, и снова отводится на участке 31 после утилизации, по меньшей мере, части тепловой энергии, например, в виде конденсата. Конденсат может подаваться на другую стадию 33 для утилизации тепла. Источником тепла может служить, как показано на фиг.1, позиция 35, ректификационная колонна, в которой повышается концентрация спирта и которая сообщена с верхним выпускным отверстием 11, головной выпар которой подается в выпарной аппарат 13 с падающей пленкой для обогрева.
Безалкогольная барда, образующаяся в бражной колонне 1, отводится на участке самой нижней тарелки 7 и подается в декантатор 37, в котором происходит значительное отделение фракции твердых веществ от барды. Образующийся при этом кек выводят из процесса и подают на участок 39 для дальнейшей обработки, например для приготовления корма для животных и пр. Жидкая фракция, образующаяся в декантаторе 37 на участке 41, вводится в контур 15 принудительной циркуляции, в данном случае на участке между выпускным отверстием 17 в кубе и циркуляционным насосом 19. Таким образом, выпарной аппарат 13 с падающей пленкой подогревает не непосредственно барду с твердыми веществами, а только ее значительно освобожденную от твердых веществ жидкую фракцию. Этим существенно снижается опасность загрязнения выпарного аппарата 13 с падающей пленкой. Твердые вещества, возможно содержащиеся, не отделенные или не растворенные в жидком продукте куба, отводятся на участке 43 из контура 15 принудительной циркуляции и подаются на ступень 45 обычного выпаривания барды. На ступени 45 выпаривания барды может применяться не описываемая подробно центрифуга и/или, по меньшей мере, выпарной аппарат, например выпарной аппарат с нисходящим потоком. Целесообразно, чтобы жидкая фракция поступала в контур 15 принудительной циркуляции ниже участка отвода 43.
Эксплуатация бражной колонны 1 проводится при пониженном давлении. Обычно в головной части бражной колонны 1 давление составляет 200-300 миллибар, в зоне куба - ок. 400-500 миллибар. Давление в рабочем пространстве выпарного аппарата 13 с падающей пленкой составляет ок. 500 миллибар. Выпаривание жидкой фракции происходит в выпарном аппарате 13 с падающей пленкой и, следовательно, образующаяся возле отверстия 23 для выпуска продукта, подогретая выпаренная жидкая фракция, в т.ч. и присутствующий здесь выпар, могут использоваться непосредственно для обогрева куба 9 бражной колонны 1. Поскольку жидкая фракция в значительной степени не содержит твердых веществ, то и опасность того, что выпарной аппарат 13 с падающей пленкой будет загрязнен, является незначительной. Преимущество выпарного аппарата 13 с падающей пленкой, благодаря которому температура теплоносителя у отверстия 29 для его впуска лишь незначительно превышает, например на 5°С, температуру кипения выпариваемого продукта, в данном случае жидкой фракции, облегчает привязку установки к энергобалансу всей установки для производства спирта. Количество энергии, необходимое для обогрева бражной колонны 1, может, следовательно, подводиться при более низком температурном уровне, чем до сих пор.
Показанная на фиг.2 установка для отгонки этилового спирта из сброженного сусла отличается от установки на фиг.1 только местом отвода барды из бражной колонны и конструкцией контура принудительной циркуляции. Элементы одинакового назначения обозначены позициями, одинаковыми с позициями на фиг.1, но для отличия они дополнены буквой «а». Для уяснения конструкции и принципа действия, а также возможных вариантов выполнения следует обратиться к описанию фиг.1.
В отличие от установки на фиг.1 контур 15а принудительной циркуляции, в который поступает жидкая фракция из декантатора 37а, не проходит через куб 9а бражной колонны 1а. Декантатор 37а сообщен с выпускным отверстием 17а куба на самом низком участке куба 9а бражной колонны 1, причем в него поступает барда непосредственно из куба 9а. Образующаяся на участке 41а декантатора 37а жидкая фракция поступает в контур 15а принудительной циркуляции на участке между отверстием 23а для выпуска выпаренной жидкой фракции выпарного аппарата 13а с падающей пленкой и циркуляционным насосом 19а. Часть выпаренной жидкой фракции и, в частности, образовавшийся в выпарном аппарате 13а с падающей пленкой выпар поступают через впускное отверстие 25а непосредственно в куб 9а для обогрева. Само собой разумеется, что при необходимости для непосредственного обогрева в куб 9а может быть подан также только выпар. Твердые вещества, возможно содержащиеся в жидкой фракции у выпускного отверстия 23а выпарного аппарата 13а с падающей пленкой, могут быть повторно отделены на ступени 45а выпаривания барды. Преимущества, достигаемые установкой на фиг.1, присущи также установке на фиг.2, дополнительно она обеспечивает преимущество, состоящее в отделении контура 15а принудительной циркуляции от бражной колонны 1а.