РЕКТИФИКАЦИОННАЯ УСТАНОВКА С ПАРОВЫМ ОТБОРОМ ПРОДУКТА

Полезная модель относится к ректификационным установкам, предназначенным для разделения жидкостей по фракциям с разными температурами кипения, и может быть использована для получения спиртовых продуктов (спирта-сырца, коньячного спирта и спирта-ректификата).
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является патент RU 7890 U1 B01D 3/00(1998.10), публикация: 1998.10.16, по которому ректификационная установка, содержащая вертикальную колонну с насадкой, установленную на бак-испаритель, дефлегматор и конденсатор-холодильник, связанные через соответствующие трубопроводы с системой охлаждения, систему нагрева, датчик температуры и блок управления, насадку, выполненную в виде спиральных призматических тепломассообменных элементов, заполняющих объем средней части колонны и расположенных на опорной металлической сетке, отформованной в виде конуса, причем система нагрева бака-испарителя состоит из герметичной рубашки и электронагревателей, подключенных к выходам блока управления, отличающаяся тем, что она содержит монтажную стойку, установленную на основании, и поворотную консоль, закрепленную в верхней части монтажной стойки и соединенную с верхней частью колонны, а под днищем бака-испарителя расположен парогенератор, заполненный теплоносителем и соединенный с обогревающей рубашкой, а электронагреватели расположены в парогенераторе.
Существенным недостатком данной установки является отсутствие визуального контроля, так называемого «захлеба» колонны, который может возникнуть при превышение допустимой мощности нагрева, при засорении в вертикальной части колонны, при очень низком атмосферном давлении (характерно для высокогорий). «Захлеб» колонны представляет собой переполнение вертикальной части колонны жидким конденсатом (флегмой) образовавшимся после конденсации пара внутри дефлегматора. При «захлебе» теряется состояние равновесия внутри установки, происходит смешение образовавшихся ранее фракции внутри колонны, что в конечном итоге отрицательно сказывается на конечном спиртовом продукте, в нем появляются нежелательные примеси.
Дополнительный недостаток данной установки заключается в том, что степень очистки конечного спиртового продукта регулируется в процессе работы устройства только количеством подаваемой охлаждающей жидкости в дефлегматор устройства, что накладывает дополнительные сложности на работу системы охлаждения.
Недостатки прототипа устраняет заявляемое техническое решение.
Техническая задача - добавить возможность визуального контроля "захлеба" колонны, для своевременного его ("захлеба") предупреждения и устранения во время работы установки, а так же добавления удобного регулирования степени очистки конечного продукта во время работы установки.
Технический результат, заключающийся в устранении указанного недостатка, достигается в предполагаемой ректификационной установке, содержащей вертикальную колонну с насадкой, установленную на перегонный куб, дефлегматор и холодильник (конденсатор), связанные через соответствующие трубопроводы с системой охлаждения, тем, что она содержит диоптр (прозрачную трубку), предназначенный для визуального контроля слива конденсата, образовавшегося после конденсации пара внутри дефлегматора.
Технический результат достигается также тем, что установка содержит кран отбора пара, с помощью которого можно менять соотношение спиртового пара поступающего в холодильник и дефлегматор устройства. Чем больше пара поступает в холодильник и меньше в дефлегматор - тем меньше степень очистки конечного продукта, но больше производительность установки, и наоборот, чем меньше пара поступает в холодильник и больше в дефлегматор - тем больше степень очистки, но меньше производительность. Таким образом, с помощью крана отбора пара можно регулировать степень очистки конечного продукта, не меняя при этом мощность охлаждения дефлегматора.
Сущность технического решения поясняют изображения на фиг. 1.
Фиг. 1. Общая схема устройства:
где 1 - перегонный куб;
2 - крышка съемная перегонного куба;
3 - крепление хомут-стяжка съемной крышки;
4 - крепление хомут-стяжка узлов аппарата (кламповое соединение);
5 - царга;
6 - узел отбора;
7 - дефлегматор;
8 - холодильник;
9 - штуцер связи с атмосферой;
10 - носик выхода продукта;
11 - неполная перегородка;
12 - диоптр (прозрачная трубка);
13 - поворот;
14 - трубка слива конденсата;
15 - термометр со щупом;
16 - защитный клапан;
17 - кран регулировки отбора пара;
18 - кран слива кубовых остатков;
19 - стрелка направления подачи хладагента в дефлегматор;
20 - стрелка направления отвода хладагента из дефлегматора;
21 - стрелка направления отвода хладагента из холодильника;
22 - стрелка направления подачи хладагента в холодильник;
23 - отверстие для слива конденсата;
24 - спиртосодержащее сырье;
25 - трубка связи с атмосферой носика для выхода продукта;
26 - наполнитель царги;
27 - штуцер связи с атмосферой;
28 - электронагревательный элемент (ТЭН);
29 - блок управления;
30 - кабель питания электронаревательного элемента;
31 - кабель питания блока управления;
32 - ручка регулятора;
33 - стрелка направления выхода продукта.
Устройство состоит из перегонного куба 1, соединенного с крышкой 2 посредством хомута-стяжки 3, двух последовательно соединенных царг 5, соединенных с между собой и крышкой 2 креплениями хомут-стяжка 4, узла отбора 6, соединенного с царгой 5 с помощью крепления хомут-стяжка 4, дефлегматора 7, соединенного с узлом отбора 6 посредством поворота 13 и двух креплений хомут-стяжка 4, холодильника 8, соединенного с узлом отбора 6 посредством поворота 13 и двух креплений хомут-стяжка 4, носика для выхода продукта, соединенного с холодильником 8 с помощью крепления хомут-стяжка 4, носика связи с атмосферой, соединенного с дефлегматором 7 с помощью крепления хомут-стяжка 4.
Внутри царг 5 установлен наполнитель 26, представляющий собой металлическую насадку с большой контактной поверхностью. Например, в качестве насадки наполнителя может использоваться регулярная насадка Панченкова (патент SU 827136 А1 МПК B01D 53/20, опубл. 1981.05.07).
Узел отбора 6 содержит кран для регулировки отбора пара 17, неполную перегородку 11, диоптр 12, трубку слива конденсата 14 и термометр 15.
В верхней части носика для связи с атмосферой 9 расположен штуцер связи с атмосферой 27. Носик выхода продукта 10 содержит трубку связи с атмосферой 25. На крышке 2 расположены термометр 15 и защитный клапан 16.
В нижней части перегонного куба 1 располагается кран слива кубовых остатков 18, также в нижней части располагается электронагревательный элемент 28, который соединен с перегонным кубом посредством крепления хомут-стяжка 4. Блок управления 29 соединен с электронагревательным элементом 28 посредством кабеля питания 30. Внешнее электропитание подается на блок управления 29 с посредством кабеля питания 31. На внешней панели блока управления 29 располагается ручка регулятора 32.
Ректификационная установка работает следующим образом.
Посредством кабеля питания 31 подается электропитание на блок управления 29, который в свою очередь посредством кабеля питания 30 подает отрегулированное электропитание на электронагревательный элемент 28. Мощность электропитания электронагревательного элемента 28 регулируется с помощью ручки регулятора 32.
Электронагревательный элемент 28 нагревает спиртосодержащее сырье 24 до кипения, в результате в верхней части перегонного куба 1 образуются пары спирта поступающие в царги 5. При этом краны 17 и 18 находятся в закрытом состоянии. Пары спирта поднимаются вверх по царгам 5 через наполнитель царги 26, далее пар проходит узел отбора 6, поворот 13 и достигает дефлегматора 7. Дефлегматор 7 представляет собой многотрубчатый теплообменник, в межтрубное пространство которого непрерывно подается хладагент (например, холодная вода). Стрелками 19 и 20 на фиг. 1 соответственно показана подача и отвод хладагента.
В дефлегматоре 7 спиртовые пары охлаждаются и конденсируются, под действием гравитации конденсат стекает вниз по дефлегматору 7 и повороту 13, достигнув узла отбора 6, конденсат задерживается неполной перегородкой 11 и через отверстие 23 сливается по диоптру 12. Пройдя по диоптру 12, конденсат через трубку 14 сливается в царгу 5, орошая наполнитель царги 26. Причем трубка 14 располагается таким образом, чтобы сливаемый из нее конденсат попадал в центральную часть колонны, так наполнитель 26 орошается более равномерно.
Конденсат стекает вниз по наполнителю насадки, покрывая его тонкой пленкой, при этом горячий пар из перегонного куба 1 движется вверх навстречу конденсату. При контакте с жидкостью (конденсатом) пар обогащается легколетучими (низкокипящими) компонентами, в свою очередь, жидкость (конденсат) - труднолетучими (высококипящими). Одновременно с обогащением происходит обмен теплом. После стабилизации работы установки (когда пара и конденсата достаточно для равновесного состояния) в верхней части колонны (в узле отбора 6) скапливаются чистые (разделенные) фракции с самой низкой температурой кипения (метиловый спирт, уксусный альдегид, эфиры, этиловый спирт), внизу колонны (внизу царги 5) - с самой высокой (сивушные масла). Время стабилизации работы можно определить по термометру 15 расположенному в узле отбора 6, термометр в этом режиме должен показывать стабильную температуру.
После установки стабилизации работы установки вручную открывается кран регулировки отбора пара 17, таким образом, часть пара в узле отбора 6 начинает уходить через поворот 13 в холодильник 8. Холодильник 8 представляет собой многотрубчатый теплообменник, в межтрубное пространство которого непрерывно подается хладагент (например, холодная вода). Стрелками 22 и 21 на фиг. 1 соответственно показана подача и отвод хладагента. В холодильнике 8 пар конденсируется, охлаждается и через носик выхода продукта 10 поступает в приемную емкость (на фиг. не показана) в виде конечного продукта (направление выхода продукта показано стрелкой 33).
Первоначально приводится отбор головной фракции продукта с низкой температурой кипения (метиловый спирт, уксусный альдегид, эфиры), далее основной фракции (этиловый спирт). Отбор основной фракции производится когда термометр 15 узла отбора 6 показывает значение близкое температуре кипения этилового спирта (78,3 градуса Цельсия при давлении 1 атм).
«Захлеб» установки можно визуально контролировать посредством диоптра 12. Если он (диоптр 12) полностью заполнен конденсатом, то необходимо при помощи ручки регулятора 32 снизить мощность электропитания электронагревательного элемента 28. В результате произойдет снижение парообразования внутри перегонного куба 1, и как следствие, снижение образования конденсата в дефлегматоре 7.
Штуцер связи с атмосферой 27 необходим для поддержания постоянного давления внутри установки для ее (установки) стабильной работы. В случае «захлеба» установки, из данного штуцера 27 может пойти горячая жидкость с высоким содержанием спирта, поэтому для безопасности рекомендуется одевать на данный штуцер шланг (на фиг. не показан), другой конец этого шланга опустить в пожаробезопасную зону (канализацию, отдельную емкость и т.п.).
Трубка связи с атмосферой носика для выхода продукта 25 служит для равномерного слива конечного продукта (направление выхода продукта показано стрелкой 33). В случае если холодильник 8 будет не справляться конденсировать весь спиртовой пар (например, при снижении потока поступающего хладагента), то излишки пара будут выходить через трубку связи с атмосферой 25, слив конечного продукта останется при этом равномерный.
После проведения полного цикла отбора спирта электронагревательный элемент 28 отключается с помощью блока управления 29. После охлаждения перегонного куба 1 кубовые остатки сливаются через кран 18.
Крепления хомут-стяжка 4 (другое название: «кламповые соединения») позволяют быстро разобрать установку для компактного хранения.
Ректификационная установка была изготовлена и испытана в промышленных условиях и показала высокие эксплуатационные возможности. Детали и узлы установки выполнены из нержавеющей стали в соответствии с санитарными нормами, предъявляемыми к оборудованию в пищевой промышленности.