СПОСОБ ПОДАЧИ ТЕПЛОВЫХ ПОТОКОВ ПРИ ПОЛУЧЕНИИ РЕКТИФИКОВАННОГО СПИРТА В БРАГОРЕКТИФИКАЦИОННОЙ УСТАНОВКЕ (ВАРИАНТЫ)
METHOD OF SUPPLYING HEAT FLOWS AT DERIVING RECTIFIED ALCOHOL IN DISTILLER (VERSIONS)

Изобретение относится к спиртовой промышленности, к способам получения пищевого ректификованного спирта и, в частности, к способам распределения тепловых потоков в брагоректификационной установке (БРУ).
Известен способ получения ректификованного спирта, при котором осуществляют вываривание этилового спирта из бражки в брагоэпюрационной колонне с переходом этилового спирта и сопутствующих примесей в бражной дистиллят с паром из этой колонны и жидкими фракциями из конденсатора сепаратора диоксида углерода и спиртоловушки, выделение примесей из бражного дистиллята в эпюрационной колонне с подачей горячей воды в среднюю зону ее концентрационной части и отбором боковой фракции из зоны гидроселекции, которую совместно с фракциями сивушного масла и сивушного спирта из спиртовой колонны ректификуют в сивушной колонне (В.Л.Яровенко, Б.А.Устинников, Б.П.Богданов, С.И.Громов. Справочник по производству спирта. Сырье, технология и технохимконтроль. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981, - с.138).
Наиболее близким к предлагаемому является способ получения ректификованного спирта (патент РФ №2172202 B01D 3/14, опубл. 2001.08.20.) путем вываривания спирта из бражки в бражной колонне с переходом этилового спирта и сопутствующих примесей в бражной дистиллят, очистки бражного дистиллята от головных и промежуточных примесей, включая компоненты сивушного масла, в эпюрационной колонне с применением гидроселекции, ректификации эпюрата в спиртовой колонне с отбором фракций сивушного масла, сивушного спирта и непастеризованного спирта, разгонки фракций головных и промежуточных примесей. Процессы брагоректификации проводят при пониженном давлении в эпюрационной, спиртовой (ректификационной), метанольной и первой разгонной колоннах (эфирной) и повышенном давлении в бражной, выварной и второй разгонной (сивушной) колоннах. Распределение тепловых потоков осуществляют следующим образом: острым паром обогревают бражную, выварную и вторую разгонную колонны (сивушную), выходящий из бражной колонны пар используют для обогрева эпюрационной и метанольной колонн, паром из второй разгонной колонны (сивушной) обогревают первую разгонную колонну (эфирную), а паром из выварной колонны осуществляют обогрев спиртовой (ректификационной) колонны и окончательный подогрев исходной бражки, которую предварительно подогревают паром из спиртовой (ректификационной) колонны и лютером из выварной колонны, фракции из конденсаторов сепаратора диоксида углерода, бражной и эпюрационной колонн, спиртоловушки грязных погонов совместно с сивушным спиртом направляют на питательную тарелку первой разгонной (эфирной) колонны, из конденсатора которой выводят концентрат головной фракции, а жидкость из куба совместно с фракцией сивушного масла из спиртовой (ректификационной) колонны и промывными водами из сивухопромывателя направляют на нижнюю тарелку питания второй разгонной (сивушной) колонны, на верхнюю питательную тарелку этой колонны подают фракции из конденсаторов метанольной и спиртовой (ректификационной) колонн, выводят концентрат головной фракции из конденсатора второй разгонной (сивушной) колонны, отбирают сивушное масло из паровой фазы ее 5-11-й нижних тарелок, выводят концентрат пропиловых спиртов из жидкой фазы нижних тарелок укрепляющей части второй разгонной (сивушной) колонны, а из ее средней зоны отбирают фракцию этилового спирта и возвращают в бражку.
Однако этот способ приводит к повышенному новообразованию эфиров и альдегидов в бражной, эпюрационной, метанольной и эфирной колонне, за счет большой температуры паров, поступающих на обогрев этих колонн, меньшему удельному суммарному расходу тепла на эпюрационную и метанольную колонну, что ограничивает возможность повышения качества спирта. Кроме того, данный способ требует повышенных энергозатрат на брагоректификацию.
Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, заключается в повышении качества ректификованного спирта при пониженных энергозатратах.
Технический результат достигается тем, что в способе подачи тепловых потоков при получении ректификованного спирта в брагоректификационной установке (вариант 1), включающей источник острого пара, бражную, ректификационную, эпюрационную и сивушную колонны, при котором острым паром обогревают сивушную колонну, при этом процессы брагоректификации проводят при повышенном давлении в сивушной колонне, новым является то, что острым паром обогревают ректификационную колонну, работающую при повышенном давлении, паром, выходящим из ректификационной колонны, обогревают бражную колонну, в которой поддерживают пониженное давление, а обогрев эпюрационной колонны, в которой поддерживают атмосферное или пониженное давление, осуществляют паром, выходящим из сивушной колонны, и дополнительно паром, выходящим из ректификационной колонны.
В способе подачи тепловых потоков при получении ректификованного спирта в брагоректификационной установке (вариант 2), включающей источник острого пара, бражную, ректификационную, эпюрационную, сивушную, метанольную и эфирную колонны, при котором острым паром обогревают сивушную колонну, при этом процессы брагоректификации проводят при повышенном давлении в сивушной колонне и при пониженном давлении в метанольной и эфирной колоннах, новым является то, что острым паром обогревают ректификационную колонну, работающую при повышенном давлении, паром, выходящим из нее, обогревают бражную колонну, в которой поддерживают пониженное давление, обогрев эпюрационной колонны, в которой поддерживают атмосферное или пониженное давление, осуществляют паром, выходящим из сивушной колонны, и дополнительно паром, выходящим из ректификационной колонны, а паром, выходящим из эпюрационной колонны, обогревают метанольную колонну, при этом паром самоиспарения конденсата ректификационной и сивушной колонн обогревают эфирную колонну.
Сущность изобретения представлена на фиг.1 и 2.
На фиг.1 - схема подачи тепловых потоков по варианту 1.
На фиг.2 - схема подачи тепловых потоков по варианту 2.
Здесь: 1 - бражная колонна; 2 - кипятильник-теплообменник бражной колонны; 3 - ректификационная колонна; 4 - кипятильник-теплообменник ректификационной колонны; 5 - эпюрационная колонна; 6 и 7 - кипятильники-теплообменники эпюрационной колонны; 8 - сивушная колонна; 9 - кипятильник-теплообменник сивушной колонны; 10 - метанольная колонна; 11 - кипятильник-теплообменник метанольной колонны; 12 - эфирная колонна; 13 сборник конденсата.
По предлагаемому способу процессы брагоректификации проводят в брагоректификационной установке (БРУ), включающей источник острого пара (не показано), бражную колонну 1 с кипятильником-теплообменником 2, ректификационную 3 с кипятильником-теплообменником 4, эпюрационную 5 с кипятильниками-теплообменниками 6 и 7, сивушную 8 с кипятильником-теплообменником 9 (вариант 1) и дополнительно метанольную 10 с кипятильником-теплообменником 11 и эфирную 12 колонны (вариант 2), сборник конденсата 13. Источник острого пара, соответственно, через теплообменники-кипятильники 4 и 9 сообщен с ректификационной 3 и сивушной 8 колоннами. Ректификационная колонна 3, соответственно, через теплообменники-кипятильники 2 и 6 и паропроводы сообщена с бражной 1 и эпюрационной 5 колоннами и со сборником конденсата 13. Сивушная колонна 8, соответственно, через теплообменники-кипятильники 7 и 9 и паропроводы сообщена с эпюрационной колонной 5 и со сборником конденсата 13. Эпюрационная колонна 5 (по варианту 2) через теплообменник-кипятильник 11 и паропровод сообщена с метанольной колонной 10. Эфирная колонна 12 через паропровод сообщена со сборником конденсата 13. Брагоректификационая установка (БРУ) снабжена вакуумным водокольцевым насосом (на схеме не показан) для создания необходимого разрежения в бражной 1, эпюрационной 5, метанольной 10 и эфирной 12 колоннах. Эпюрационная колонна 5 может работать как при пониженном, так и при атмосферном давлении.
Сущность способа заключается в следующем.
Распределение давления и температуры между колоннами БРУ обеспечивает повторное использование энергии пара, обогревающего ректификационную 3 и сивушную 8 колонны, для обогрева бражной 1, эпюрационной 5 (вариант 1) и метанольной 10, и эфирной 12 (вариант 2).
Назначение бражной колонны 1 состоит в том, чтобы выделить из бражки спирт. Вместе со спиртом выделяются и летучие примеси. На тарелку питания бражной колонны 1 поступает бражка. Выходящие из верха колонны пары конденсируются в подогревателе бражки, дефлегматоре и конденсаторе (не показаны) бражной колонны 1 и образуют бражной дистиллят. Дефлегматор и конденсатор бражной колонны 1 охлаждаются водой. Возможен отвод части конденсата из конденсатора бражной колонны 1 на тарелку питания эфирной колонны 12. Из куба бражной колонны 1 выходит барда.
Назначение эпюрационной колонны 5 состоит в том, чтобы выделить из смеси спирта и сопутствующих ему летучих примесей головные и частично промежуточные примеси, сконцентрировать их и вывести из установки. На тарелку питания колонны 5 поступает бражной дистиллят из бражной колонны 1 и спирт, очищенный от основного количества примесей из сивушной колонны 8. На верх колонны 5 подается горячая вода для увеличения коэффициентов летучести основного количества примесей. По первому варианту пары, выходящие из верха эпюрационной колонны 5, конденсируются в дефлегматоре и конденсаторе этой колонны. Дефлегматор и конденсатор эпюрационной колонны 5 охлаждаются водой. По второму варианту пары конденсируются в кипятильнике метанольной колоны 10, а затем в конденсаторе эпюрационной колоны 5. Конденсатор эпюрационной колонны 5 охлаждается водой. В обоих вариантах конденсат, сконденсированный в перечисленных выше теплообменниках, возвращается в виде флегмы на верхнюю тарелку эпюрационной колонны 5. По первому варианту, часть флегмы эпюрационной колонны 5 выводится из системы брагоректификации или подается для дальнейшего концентрирования в сивушную колонну 8. По второму варианту, часть флегмы эпюрационной колонны 5 подается на тарелку питания эфирной колонны 12. Из куба эпюрационной колонны 5 выходит эпюрат, очищенный от основного количества головных и промежуточных примесей.
Назначение ректификационной колонны 3 состоит в том, чтобы выделить из эпюрата спирт, сконцентрировать его, освободив от хвостовых, промежуточных, концевых и остатка головных примесей. На тарелку питания ректификационной колонны 3 поступает эпюрат из эпюрационной колонны 5. Пары, выходящие из верха колонны 3, конденсируясь в кипятильниках 2 и 6, соответственно бражной 1 и эпюрационной 5 колонны и конденсаторе (не показан) ректификационной колонны 3, образуют флегму, которая возвращается на верхнюю тарелку колонны 3. Часть флегмы ректификационной колонны 3 отводится в сивушную колонну 8 для дальнейшего концентрирования. Конденсатор ректификационной колонны 3 охлаждается водой. Спирт, очищенный от основного количества примесей, выводится из верхней части колонны 3 из системы брагоректификации (по первому варианту). По второму варианту спирт из ректификационной колонны 3 подается на тарелку питания метанольной колонны 10, для очистки от остатков головных примесей, в основном метанола. Сивушные фракции отбираются в жидком виде с тарелок, расположенных над тарелкой питания колонны 10, и отводятся в сивушную колонну 8 для дальнейшего концентрирования. Лютерная вода выводится из куба колонны 3.
Назначение метанольной колонны 10 состоит в том, чтобы выделить из ректификованного спирта остатки головных и концевых (типа метанола) примесей. На тарелку питания колонны 10 поступает спирт из ректификационной колонны 3. Пары, выходящие из верха колонны 10, конденсируются в дефлегматоре и конденсаторе (не показаны) метанольной колонны 10 и образуют флегму, которая возвращается на верхнюю тарелку колонны 10. Дефлегматор и конденсатор метанольной колонны 10 охлаждаются водой. Часть флегмы метанольной колонны 10 отводится в сивушную колонну 8 для дальнейшего концентрирования. Из куба колонны отводится ректификованный спирт, освобожденный от остатков головных и концевых (типа метанола) примесей.
В сивушной колонне 8 проводится дальнейшее концентрирование сивушного масла, других промежуточных примесей, начатое в ректификационной колонне 3. В колонну 8 подается сивушная фракция из ректификационной колонны 3, часть флегмы ректификационной 3 и метанольной 10 (по второму варианту) колонн, водно-спиртовая жидкость из куба эфирной колонны 12, жидкость из сивухопромывателя и возможно флегма из конденсатора эпюрационной колонны 5 (по первому варианту). Пары, выходящие из верха колонны 8, конденсируются в основном кипятильнике эпюрационной колонны 5 и конденсаторе сивушной колонны 8 и образуют флегму, которая возвращается на верхнюю тарелку колонны. Часть флегмы из конденсатора сивушной колонны 8 выводится из системы брагоректификации в виде концентрата головной фракции. Конденсатор сивушной колоны 8 охлаждается водой. Из средней части колонны 8 отводится спирт, очищенный от основного количества примесей, и подается на тарелку питания эпюрационной колонны 5. Из колонны 8 выводится сивушное масло в концентрированном виде. Из куба колонны 8 отводится лютерная вода.
В эфирной колонне 12 проводится дальнейшее концентрирование головных и промежуточных примесей, поступающих из конденсатора эпюрационной 5 и возможно бражной 1 колонн. На тарелку питания колонны 12 поступает часть флегмы эпюрационной колонны 5 и возможно из конденсатора бражной колонны 1. Пары, выходящие из верха колонны 12, конденсируются в дефлегматоре и конденсаторе (не показаны) эфирной колонны 12 и образуют флегму, которая возвращается на верхнюю тарелку колонны 12. Дефлегматор и конденсатор эфирной колонны 12 охлаждаются водой. Часть флегмы эфирной колонны 12 выводится из системы брагоректификации в виде концентрата головных примесей. Наверх колонны 12 подается горячая вода для увеличения коэффициентов летучести основного количества примесей. Из куба колонны 12 отводится водно-спиртовая жидкость, освобожденная от основного количества головных и промежуточных примесей, и возвращается в систему брагоректификации.
Распределение тепловых потоков осуществляется следующим образом.
Острый пар поступает в теплообменник-кипятильник 4 для обогрева ректификационной колонны 3. Часть паров, выходящих из верха ректификационной колонны 3, поступает в теплообменник-кипятильник 2 бражной колонны 1 для ее обогрева. Другая часть паров из верха ректификационной колонны 3 поступает в теплообменник-кипятильник 6 эпюрационной колонны 5 для дополнительного ее обогрева. Для создания необходимого перепада температур в теплообменнике-кипятильнике 2 бражной колонны 1 и теплообменнике-кипятильнике 6 эпюрационной колонны 5, ректификационная колонна 3 работает под избыточным давлением, бражная 1 под разрежением, а эпюрационная 5 под атмосферным давлением или разрежением. За счет работы бражной колонны 1 под разрежением удается избежать значительного новообразования эфиров и альдегидов. Пары, выходящие из верха бражной колонны 1, поступают в подогреватель бражки (не показан) для предварительного ее нагрева. Пары, несконденсированные в подогревателе бражки, поступают в дефлегматор (не показан) бражной колонны 1 для конденсации. Пары, несконденсированные в дефлегматоре бражной колонны 1, поступают в конденсатор (не показан) бражной колонны для конденсации. Пары, несконденсированные в теплообменнике-кипятильнике 2 и в теплообменнике-кипятильнике 6, поступают в конденсатор (не показан) ректификационной колонны 3 для окончательной конденсации.
Острый пар поступает в теплообменник-кипятильник 9 для обогрева сивушной колонны 8. Пары, выходящие из верха сивушной колонны 8, поступают в теплообменник-кипятильник 7 эпюрационной колонны 5 для основного ее обогрева. Таким образом, основной обогрев эпюрационной колонны 5 осуществляют через теплообменник-кипятильник 7 парами, выходящими из сивушной колонны 8, и дополнительный обогрев через теплообменник-кипятильник 6 парами, выходящими, из ректификационной колонны 3. Пары, несконденсированные в теплообменнике-кипятильнике 7 эпюрационной колонны 5, поступают в конденсатор (не показан) сивушной колонны 8 для окончательной их конденсации. Для создания необходимого перепада температур в теплообменнике-кипятильнике 7 эпюрационной колоны 5, сивушная колонна 8 работает под избыточным давлением, а эпюрационная 5 - под атмосферным давлением или разрежением. По первому варианту, пары из верха эпюрационной колонны 5 поступают в дефлегматор, затем в конденсатор (не показаны) эпюрационной колонны 5 для конденсации.
По второму варианту, пары, выходящие из верха эпюрационной колонны 5, поступают в теплообменник-кипятильник 11 метанольной колонны 10 для ее обогрева. Для создания необходимого перепада температур в теплообменнике-кипятильнике 11 метанольной колонны 10, метанольная колонна 10 также работает под разрежением, для чего конденсатор метанольной колонны 10 связан с вакуумным водокольцевым насосом (не показан). Пары, выходящие из верха метанольной колонны 10, поступают в дефлегматор, а затем в конденсатор (не показаны) для их конденсации. Пары, не сконденсированные в теплообменнике-кипятильнике 11, поступают в конденсатор (не показан) эпюрационной колонны 5 для конденсации.
Конденсат пара из теплообменников-кипятильников 4 и 9, соответственно, ректификационной 3 и сивушной колонн 8 поступает в сборник конденсата 13. Сборник конденсата 13 связан с эфирной колонной 12, в которой поддерживается разрежение. За счет того что в сборнике конденсата 13 также возникает разрежение, то происходит вторичное испарение конденсата пара, и возникшие пары поступают в куб эфирной колонны 12 для ее обогрева. Это позволяет не затрачивать пар на обогрев эфирной колонны 12. Пары, выходящие из верха эфирной колоны 12, поступают в дефлегматор, а затем в конденсатор для конденсации (не показаны) для конденсации.
Пары, несконденсированные в конденсаторах (не показаны) бражной 1, эпюрационной 5, метанольной 10 и эфирной 12 колонн, поступают в вакуумный водокольцевой насос (не показан) для окончательной конденсации и для создания необходимого разрежения в этих колоннах. Пары, несконденсированные в вакуумном водокольцевом насосе, поступают в спиртоловушку (не показана) для окончательной конденсации, а затем выводятся в атмосферу.
Дефлегматоры бражной 1, метанольной 10 и эфирной 12 колонн, а также конденсаторы бражной 1, эпюрационной 5, ректификационной 3, метанольной 10, сивушной 8 и эфирной 12 колонн (на схеме не показаны) охлаждаются водой.
Предлагаемый способ подачи тепловых потоков, при котором острым паром обогревают ректификационную 3 и сивушную 8 колонны, в которых создают повышенное давление, при этом процессы брагоректификации ведут при пониженном давлении в бражной 1, метанольной 10, эфирной 12 и при атмосферном или пониженном давлении в эпюрационной 5 колоннах, позволяет повысить коэффициенты испарения метанола, сложных эфиров, альдегидов и других головных примесей, обеспечить более полное извлечение этих примесей из спирта, уменьшить их новообразование и повысить качество конечного продукта. Обогрев бражной 1, эпюрационной 5, метанольной 10 и эфирной 12 колонн проводят за счет повторного использования тепловой энергии пара из ректификационной 3, сивушной 8 колонн, а также пара самоиспарения конденсата пара в сборнике конденсата 13, что снижает энергозатраты на получение конечного продукта по сравнению с известным способом.
По известному способу открытый пар подводится в бражную, выварную и сивушную (вторую разгонную) колонны. Эти колонны в свою очередь обогревают остальные колонны, что требует значительные энергозатраты при получении ректификованного спирта.
По предлагаемому способу открытый пар подводится в ректификационную и сивушную колонны. Эти колонны обогревают остальные, что снижает энергозатраты при получении ректификованного спирта по сравнению с известным способом.
По известному способу обогрев бражной, эпюрационной, метанольной и эфирной колонн осуществляется парами с высокой температурой, что приводит к новообразованию примесей в этих колоннах.
По предлагаемому способу обогрев бражной, эпюрационной, метанольной и эфирной колонны осуществляется парами с более низкой температурой, что предотвращает новообразование примесей в этих колоннах и позволяет получать более качественный спирт.
Сравнительные показатели удельного расхода пара на один дал спирта согласно прототипу и предлагаемому способу отражены в таблице 1.
Сравнительные показатели температур паров, поступающих на обогрев колонн согласно прототипу и предлагаемому способу, отражены в таблице 2.
Сравнительные показатели спирта согласно прототипу и предлагаемому способу отражены в таблице 3.
Таблица 1
Удельный расход пара кг/дал спирта
Колонна
По прототипу
Предлагаемый способ
Бражная колонна
19
0
Эпюрационная
0
0
Ректификационная
0
23
Выварная
Не менее 25
-
Метанольная
0
0
Сивушная (вторая разгонная)
7
7
Эфирная (первая разгонная)
0
0
Итого
51
30
Таблица 2
Температура паров, °С
По прототипу
Предлагаемый способ
Температура паров, поступающих на обогрев бражной колонны
Не менее 103
86
Температура паров, поступающих на обогрев эпюрационной колонны
Не менее 93
86
Температура паров, поступающих на обогрев метанольной колонны
Не менее 93
80
Температура паров, поступающих на обогрев эфирной колонны
Не менее 86
80
Таблица 3
Показатели спирта
По прототипу
Предлагаемый способ
Содержание уксусного альдегида, мг/л
1
0
Содержание эфиров, мг/л
5
0
Содержание сивушных масел мг/л
4
0
Содержание изопропилового спирта, мг/л
2
0,5
Объемная доля метилового спирта, % об.
0,03
0,003
Проба на окисляемость мин
22
29
Как следует из приведенных таблиц, предлагаемый способ позволяет получать ректификованный спирт лучшего качества и с меньшими затратами по сравнению с известным способом.