КОЛОННА ОКОНЧАТЕЛЬНОЙ ОЧИСТКИ С КОМБИНИРОВАННОЙ ТЕРМОКОМПРЕССОРНОЙ УСТАНОВКОЙ

УСТРОЙСТВО ОКОНЧАТЕЛЬНОЙ ОЧИСТКИ ЭТАНОЛА
Полезная модель относится к области производства пищевого этанола и может быть применена для сокращения энергозатрат на обогрев колонны окончательной очистки и может быть использована для других ректификационных колонн с небольшим высотным перепадом температур.
Известны ректификационные колонные аппараты, реализующие способ обогрева с помощью теплонасосной установки, включающей механический компрессор, дефлегматор-испаритель, теплообменник и отделитель жидкости [Процессы и аппараты химической промышленности. Учебник для техникумов / П.Г. Романков, М.И. Курочкина, Ю.Я. Мозжерии и др. - Л.: Химия 1989]. В известном ректификационном колонном аппарате пары из верхней его части сжимаются в компрессоре до давления, обеспечивающего достаточно высокую его температуру насыщения, и используются в качестве греющего агента в дефлегматоре-испарителе, где конденсируясь, они отдают теплоту кипящей кубовой жидкости. Конденсат охлаждается в теплообменнике, дросселируется, сепарируется и возвращается в колонну в качестве флегмы (избыточная тепловая энергия сжатого парового потока отводится холодильником).
Недостатки данного способа - потери энергии паров с охлаждающими средами и соприкосновение целевого продукта при его сжатии с движущимися частями компрессора, что может привести к попаданию смазочных материалов в готовую продукцию. Кроме того, при практической реализации этого технического решения для обогрева колонны окончательной очистки возникают проблемы, связанные с отсутствием промышленных компрессоров с малой степенью повышения давления (в составе кубовой жидкости и дистиллята колонны окончательной очистки преимущественно этиловый спирт концентрацией 96,3-96,8% об., что предопределяет практически одинаковые температуры кипения разделяемой смеси в верхней и нижней частях колонны, необходимая степень повышения давления пара в компрессоре здесь значительно меньше, чем в остальных аппаратах).
Другим направлением снижения энергозатрат на обогрев ректификационных колонн является применение тепловых насосов с эжекторами, которые значительно дешевле компрессоров и более надежны в работе из-за простоты конструкции и отсутствия движущихся частей.
В брагоректификации данный способ может быть реализован, если в качестве рабочего тела для эжекторов используются водно-этанольные растворы, либо в случаях, когда допустимо смешение верхнего продукта с водой (эпюрационная и разгонная колонны).
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство для ректификации спирта с применением эжектора. [Патент 117151 (Российская Федерация), МКИ С12Р 7/06, B01D 3/00 Устройство для ректификации спирта с применением эжектора / К.В. Харченков, С.В. Шахов, С.А. Чернопятова - Заявл. 30.12.2011, №2011154688/10, опубл. в Б.И., 20.06.2012, №17], в котором обогрев колонны связан с применением пароструйного эжектора, повышающего давление паров из верхней части колонного аппарата за счет подвода водяного пара высокого давления. Паровая смесь на выходе из эжектора должна иметь давление, достаточное для обогрева колонного аппарата.
Технической задачей полезной модели является повышение эффективности использования тепловой энергии вторичных энергоресурсов ректификационной установки путем реализации надежного способа снижения энергозатрат на обогрев колонны окончательной очистки, позволяющего применить в схеме для обогрева колонны стандартизованное, выпускаемое промышленностью оборудование.
Техническая задача полезной модели достигается тем, что в устройстве окончательной очистки этанола, содержащем колонну и эжектор, новым является то, что оно снабжено механическим безмасляным компрессором, образующим с эжектором термокомпрессионный блок, патрубок для отбора пара из верхней части колонны одним паропроводом последовательно соединен сначала с компрессором и затем с соплом эжектора, а другим паропроводом - со всасывающей камерой эжектора, который далее соединен паропроводом с дефлегматором-испарителем, нижняя часть которого имеет патрубок для отбора конденсата, соединенный трубопроводом для подачи конденсата насосом с верхней частью колонны для ее орошения, при этом кубовая часть колонны снабжена патрубком для отбора очищенного этанола.
Технический результат полезной модели заключается в повышении эффективности использования тепловой энергии вторичных энергоресурсов ректификационной установки путем реализации надежного способа снижения энергозатрат на обогрев колонны окончательной очистки, позволяющего применить в схеме для обогрева колонны стандартизованное, выпускаемое промышленностью оборудование.
На фиг. 1 показана принципиальная схема устройства окончательной очистки этанола.
Устройство окончательной очистки этанола включает в себя ректификационную колонну 1, компрессор 2, эжектор 3, дефлегматор-испаритель 4, насос 5, кипятильник 6.
h
p
h
с
h
р
с
р
р
p
Устройство окончательной очистки этанола работает следующим образом. Для запуска ректификационной колонны 1 в кипятильник 6 подается греющий пар, на питательную тарелку поступает разделяемая водно-спиртовая фракция. Пар, выходящий из верхней части колонны 1 с давлением P, разделяется на два потока. Первый поток G сжимается механическим компрессором 2 и подается в сопло эжектора 3. Второй поток G подается во всасывающую камеру эжектора 3. На выходе из эжектора 3 получаем паровой поток с давлением Р, которое больше P, но меньше Р. Расход пара через механический компрессор 2 значительно меньше расхода пара, выходящего из колонны 1, что позволяет снизить размеры и мощность компрессора 2. Необходимое давление Р может достигаться при различных давлениях Р, при этом увеличение давления Р приводит к повышению коэффициента инжекции и уменьшению расхода пара G через компрессор 2. Из эжектора 3 пар поступает в дефлегматор-испаритель 4, где конденсируясь, он отдает теплоту кипящей кубовой жидкости, конденсат насосом 5 подается в верхнюю часть на орошение колонны 1, очищенный этанол отбирается из кубовой части колонны 1. После вывода колонны 1 на рабочий режим подача острого пара в кипятильник 6 может быть существенно уменьшена либо полностью исключена.
Устройство окончательной очистки этанола позволяет снизить затраты греющего пара на 0,7-1,0 кг/кг абсолютного этанола, отличается простотой и управляемостью.