УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДОГРЕВА БРАЖКИ ТЕПЛОМ БАРДЫ С ПРОМЕЖУТОЧНЫМ ТЕПЛОНОСИТЕЛЕМ

Полезная модель относится к области пищевой технологии и может быть применена для подогрева бражки теплом барды при производстве этанола.
В современных брагоректификационных установках бражка подогревается теплом водно-спиртовых паров одной из колонн в кожухотрубном либо пластинчатом теплообменниках [Цыганков П.С., Цыганков С.П. Руководство по ректификации спирта. М.: Пищепромиздат, 2001. - 400 с.]. Описанным выше способом удается нагреть бражку до температуры 70-85°C (в аппарате косвенного действия, работающего под атмосферным давлением), что явно недостаточно, поскольку подача недогретой бражки приводит к конденсации пара на верхних тарелках колонны, увеличивает нагрузку по жидкой фазе, снижает производительность колонны, повышает расход греющего пара.
Известны технические решения [Патент РФ №2409674 Способ получения ректификованного спирта / Перелыгин В.М. опубл. 20.01.2011], позволяющие осуществлять дополнительный подогрев зерновой бражки бардой и другими горячими полупродуктами спиртового производства. Наиболее близким к предлагаемому решению следует считать применение кожухотрубного теплообменника, представляющим собой цилиндрическую обечайку, заглушенную с торцов перфорированными пластинами с множеством круглых отверстий (трубными решетками), в которые помещаются дефлегматорные трубы (образующие трубный пучок), для подогрева мелассной бражки теплом барды [Цыганков П.С. Ректификационные установки пищевой промышленности. М., Легкая промышленность, 1984. - 334 с.]. Торцы трубных пучков обеих сторон закрываются крышками, при этом пространства между крышками и торцами трубной решетки образуют распределительные камеры, таким образом, в теплообменнике имеются два не сообщающихся пространства: межтрубное и трубное; первое ограничено кожухом, трубными решетками и внешними стенками труб; второе - крышками и стенками распределительных камер и внутренними стенками труб, пучок труб обычно также разделяется перегородками, смонтированными в распределительных камерах, на ходы, по которым последовательно из одной камеры в другую направляется охлаждающая жидкость. При этом скорость движения жидкости и коэффициент теплопередачи увеличиваются пропорционально числу ходов, следовательно, снижается необходимая поверхность теплообмена. Обычно бражка подается в трубное пространство теплообменника, а барда, выводимая из кубовой части бражной колонны, поступает в межтрубное пространство.
Однако, использование кожухотрубного подогревателя для нагрева зерновой бражки не представляется целесообразным, поскольку и бражка, и. барда содержат большое количество твердых включений и взвесей, а межтрубное пространство, по которому они могут перемещаться, труднодоступно для очистки. При попадании в межтрубное пространство твердые частицы быстро засоряет его, карамелизируются, что приводит к потере эффективности теплообмена.
Задача полезной модели - разработка конструкции кожухотрубного теплообменника, исключающего подачу гетерогенной среды в межтрубное пространство.
Технический результат - повышение эффективности теплообмена, удобство в эксплуатации.
Технический результат достигается тем, что устройство выполнено в виде одноходового кожухотрубного теплообменника с двумя независимыми трубными пучками, состоящими из труб одинакового диаметра, при этом трубы верхнего пучка предназначены для потока бражки, трубы нижнего пучка для потока горячей барды, отбираемой из куба бражной колонны, направленной противоположно потоку бражки, межтрубное пространство теплообменника предназначено для размещения жидкого теплоносителя, каждое из которых с торцевых сторон трубных пучков распределительных устройств разделено горизонтальной перегородкой на две камеры равного объема, каждая из которых оснащена одним входным или выходным штуцером, при этом трубные пучки, перегородки распределительных устройств, входные и выходные штуцеры расположены таким образом, что обеспечивают работу теплообменника по принципу противотока, а торцы распределительных устройств закрыты съемными крышками.
На фиг.1 представлено устройство, и принцип действия предлагаемого устройства, на фиг.2 - вид подогревателя без кожуха и крышек.
Устройство представляет собой одноходовый кожухотрубный теплообменник с двумя трубными пучками, состоящими из труб одинакового диаметра, помещенными в общий кожух (поз.1). По верхнему трубному пучку (поз.2) движется бражка, по нижнему трубному пучку (поз.3) - навстречу потоку бражки направляется горячая барда, отбираемая из куба бражной колонны. В межтрубном пространстве находится жидкий теплоноситель (вода, этанол, лютер и т.п.). Теплоноситель за счет конвекции, находится в постоянном движении, при этом: потоки нагретого нижним, пучком труб теплоносителя поднимаются вверх, где отдают тепло верхнему пучку труб, далее потоки охлажденного теплоносителя опускаются вниз и цикл повторяется. Торцы труб трубных пучков запрессованы в отверстия. трубных решеток (поз.4, 5), трубные решетки приварены к внутренней поверхности обечаек кожуха (поз.1), внутри образовавшегося межтрубного пространства, трубы трубных пучков дополнительно удерживаются от провисания и вибрации сегментными трубными деками (поз.6). В этой части конструкция и технология предлагаемого аппарата аналогичны таковым для стандартного кожухотрубного теплообменного оборудования. Два секционированных распределительных устройства (поз.7, 8), расположенных с обеих торцов трубных пучков (поз.2, 3), конструктивно идентичны и имеют внутри по одной секционирующей перегородке (поз.9 10), расположенной горизонтально, делящей объем каждого, распределительного устройства на две камеры равного объема. В каждую из камер, каждого из распределительных устройств, вварено по одному штуцеру: тангенциальный штуцер ввода горячей барды (поз.11); радиальный штуцер выхода подогретой бражки (поз.12); тангенциальный штуцер ввода бражки (поз.13), поступающей из бражного отделения; радиальный штуцер выхода отработавшей барды (поз.14). Взаимное расположение трубных пучков, перегородок распределительных устройств, входных и выходных штуцеров предполагает обвязку предлагаемого теплообменника «по принципу противотоков». Торцы распределительных устройств закрыты съемными крышками (поз.15, 16) закрепленными посредством фланцев (поз.17, 18), приваренных к торцам обечаек распределительных устройств (поз.7, 8), выполненное в виде одноходового кожухотрубного теплообменника с двумя независимыми трубными пучками, состоящими из труб одинакового диаметра, при этом трубы верхнего пучка предназначены для потока бражки, трубы нижнего пучка для потока горячей барды, отбираемой из куба бражной колонны, направленной противоположно потоку бражки, межтрубное пространство теплообменника предназначено для размещения жидкого теплоносителя, каждое из которых с торцевых сторон трубных пучков распределительных устройств разделено горизонтальной перегородкой на две камеры равного объема, каждая из которых оснащена одним входным или выходным штуцером, при этом трубные пучки, перегородки распределительных устройств, входные и выходные штуцеры расположены таким образом, что обеспечивают работу теплообменника по принципу противотока, а торцы распределительных устройств закрыты съемными крышками, ланцевые стыки герметизированы прокладками (поз.19, 20).
Основным достоинством данного устройства является то, что и бражка, и барда движутся по прямолинейным трубам и не попадают в межтрубное пространство, что уменьшает засорение аппарата, ведущее к потере эффективности теплообмена, увеличивает интервал между остановками аппарата на техническое обслуживание, сокращая при этом временные затраты на него. Чистка межтрубного пространства - не требуется, так как оно заполнено жидким неагрессивным теплоносителем, не содержащим солей жесткости и твердых включений. Предлагаемый подогреватель прост в изготовлении и эксплуатации.
Примеры.
Пример 1. Ректификованный спирт получают согласно прототипу на четырехколонной схеме косвенного действия.
Пример 2. Ректификованный спирт получают согласно предлагаемому способу.
Как следует из приведенных примеров (табл.), применение предлагаемого устройства в системе брагоректификации позволяет получать ректификованный спирт лучшего качества и с меньшими энергозатратами по сравнению с известным способом.
Таблица
Показатели процесса брагоректификации
Пример 1
Пример 2
Расход пара на бражную колонну
23
20
Температура бражки на входе в колонну
80
90
Концентрация органических кислот в конечном продукте, в расчете на абсолютный спирт мг/дм<sup>3</sup>
7,0
5,0
Время безостановочной работы теплообменника (между чистками), сутки
7
30