17.Оборудование для процесса ректификации спирта.

Ректификация – это процесс разделения жидких летучих смесей на компоненты или группы компонентов, фракции, путем многократного двустороннего тепло- и массообмена между противоточно движущимися паровым и жидкостным потоками. Необходимое условие процесса ректификации различная летучесть (упругость пара различных компонентов) при взаимодействии противоточно движущихся потоков в процессе ректификации происходит диффузия легколетучего компонента из жидкости в пар и труднолетучего – из пара в жидкость. Способ контактирования потоков может быть ступенчатым в тарельчатых колонных, или непрерывным – в насадочных колонных. Жидкостный поток в колонне (флегма) образуется в результате частичной концентрации пара, выходящего из верхней части колонны или вводится в колонну в виде питания. Отношение количества горячего пара при температуре конденсации для орошения и флегмы количеству дистиллята называется флегмовым числом. Оно может изменяться от 0 до бесконечности. При флегмовом числе равном 0 в колоне не будет массообмена, и обогащения пара легколетучим компонентом. При флегмовом числе равным бесконечности весь конденсат пара выходящего из колоны полностью поступает на орошение колоны.

Брагоректификационные установки укомплектованы бражной, эпюрационной и ректификационной колонами. Колоны в свою очередь бывают колонами, отгонными и концентрационными. Отгонная имеет только одну часть – отгонную. В ней отсутствует дефлегматор, а питание подается на верхнюю тарелку. В этой колонне поступающее питание истощается низкокипящим компонентом. Концентрационная колона снабжена дефлегматором, а питание поступает под нижнюю тарелку в парообразном виде.

Контактное устройство – это основной элемент ректификационной колонны, на котором осуществляется процесс массообмена между паром и жидкостью. Интенсивный массообмен достигается путем создания развитой поверхности контакта фаз, и активной гидродинамической обстановки. В спиртовой промышленности, как правило, используется тарельчатые контактные устройства, на которых осуществляется последовательный ступенчатый контакт фаз.

Тарелки ректификационных колонн могут быть:

1. Колпачковыми (одноколпачковыми одинарного и двойного кипячения и многоколпачковыми или капсульными, решетчатые, ситчатые и провальные, клапанные, чешуйчатые, ситчато-клапанные, жалюзи-клапанные и другие).

Способность разделять перегоняемую смесь называют эффективностью контактного устройства или колонны в целом. Обычно определяют количество тарелок (ступеней изменения концентрации) или число единиц переноса, и по нему оценивают эффективность тарельчатых колонн. Плд теоретической тарелкой понимают такое устройство, которое обеспечивает контакт пара и жидкости, в результате покидающие ее потоки достигают фазового равновесия, но практически такого равновесия на реальных тарелках почти никогда не достигается. Теоретическая тарелка служит эталоном для установления эффективности реальных тарелок.

В полной ректификационной колонне создается возможность для получения практически в чистом виде обоих компонентов бинарной смеси. В не полной отгонной колонне из нижней части отводится практически чистый труднолетучий компонент, а из верхней – пар, несколько обогащенный летучим компонентом. Из верхней части неполной концентрационной колонны отводится практически чистый летучий компонент, а из нижней – остаток, несколько обогащенный труднолетучим компонентом.

Работу тарелок оценивают по пропускной способности по пару и жидкости; по способности разделять рабочую смесь; по диапазону устойчивой работы; по гидравлическому сопротивлению, и т д.

Пропускная способность по пару и жидкости характеризует производительность колонны (удельный объем конечного продукта с единицей поперечного сечения колонны). Способность разделять перегоняемую смесь называют эффективностью контактного устройства, или колонны в целом.

Брагоперегонные установки состоят из колонны, дефлегматора и холодильника.

Дефлегматор, как правило, состоит из двух барабанов, и имеет две трубчатые многоходовые поверхности охлаждения. В одной из них по трубам протекает бражка, в другой – охлаждающая вода. Для направления потока пара в межтрубном пространстве дефлегматора установлены поперечные перегородки. Бражные трубы изготавливают из меди, для воды – из стали. Бражка и вода делают в дефлегматоре несколько ходов, что обеспечивается соответствующим расположением перегородок в распределительных коробах.

Комбинированный холодильник предназначен для конденсации и охлаждения спирта-сырца, как правило, делится на две части. В верхней части имеет прямые медные трубы, по которым движется вода, в нижней части – установлены медные змеевики. Вода поступает сначала в нижнюю часть холодильника, и омывает наружную часть змеевиков. Затем она направляется в межтрубное пространство верхней части. Трубы змеевиков имеют малое сечение, поэтому скорость конденсата в них, и коэффициент теплопередачи значителен.

Ректификационные установки.

В непрерывных и периодических ректификационных установках происходит выделение примесей из спирта-сырца. В спирте-сырце содержится более 40 различных летучих веществ, по химическому характеру они разнообразны, но с точки зрения ректификации их можно разделить на три группы: головные, хвостовые и промежуточные. Это разделение произведено в зависимости от летучести примесей в условиях работы ректификационных установок. В непрерывно действующих установках примеси отбирают непрерывно, с тех тарелок колонн, где они накапливаются в наибольших количествах. На тарелках колонн устанавливается определенная крепость водно-спиртового раствора, повышающаяся от нижних тарелок к верхним. Головные примеси проходят через всю колонну не задерживаясь. Промежуточные и хвостовые задерживаются в зоне тех тарелок, на которых они будут иметь коэффициент ректификации близкий к 1. Отсюда они отводятся.

Отбираемые побочные продукты – это эфироальдегидная фракция, сивушные масла, и другие промежуточные продукты. Отходом ректификации является лютерная вода. На спиртовых заводах широкое распространение получили установки, в которых, в одной колонне из спирта-сырца сначала выделяют более летучие компоненты. Затем спирт-сырец, освобожденный от основной массы головных продуктов, поступает во вторую колонну, где происходит выделение спирта ректификата, отбирается сивушное масло и отходит лютерная вода. В этой же колонне отбирается остаток головной фракции. Таким образом, разделение сложной смеси, которой является спирт-сырец, происходит в установке, состоящей из двух колонн. Первая из них называется эпюрационная, вторая – ректификационная.

Встречаются также трех колонные ректификационные установки, в которых, наряду с эпюрационной и ректификационной колоннами, имеется также сивушная колонна. Встречаются также установки с четвертой колонной окончательной очистки. В неё направляется спирт-ректификат из ректификационной колонны. В колонне выделяются остатки примесей спирта, что обеспечивает повышение его качества. Окончательная колонна всегда обогревается паром, пропущенным через змеевики.

Брагоректификационые установки.

Они предназначены для получения спирта-ректификата непосредственно из бражки, и являются основным типом оборудования для выделения и очистки спирта на предприятиях спиртовой промышленности. Бражка в этих установках разделяется на спирт-ректификат и эфироальдегидную фракцию, сивушное масло и барду. В них же отбираются промежуточные продукты – сивушные спирты. Бывают прямого, полу прямого и косвенного действия.

Установки для получения абсолютного спирта.

Абсолютный спирт вырабатывают в небольших количествах для промышленности органического синтеза, и для лабораторных работ. Абсолютный спирт образует устойчивые смеси с бензином, поэтому его часто добавляют в топливо. Спирт можно абсолютизировать связыванием воды твердыми или жидкими материалами (негашеная известь, глицерин) и ректификации под вакуумом, или в присутствии солей. При этом азеотропная точка смещается в сторону большего содержания спирта. Эти способы получили некоторое распространение в лабораторной практики.

В промышленности для получения абсолютного спирта используются методом тройных нераздельно кипящих азеотропных смесей. Суть этого метода заключается в том, что к спирту добавляют бензол. Тройная смесь этанол-бензол-вода образует азеотропную смесь, кипящую при 64,85°C. Азеотропная смесь ведет себя в колонне как легколетучий компонент. При охлаждении она разделяется на два слоя – верхний, состоящий из бензола; и верхний – из этанола и воды. Абсолютный спирт может быть получен как из ректификационного спирта, так и непосредственно из бражки. В обоих случаях и ректификационный спирт, и бензол вводят в дегидратационную колонну. В этой колонне отгоняется тройная азеотропная смесь, содержащая большее количество воды, чем исходная жидкость. Обезвоженный спирт отводят снизу колонны, сама колонна имеет 60-65 много колпачковых тарелок, и закрытый обогрев. После охлаждения азеотропная смесь поступает в деконтатор, где расслаивается. Верхний слой возвращается в колонну дегидратационную, а нижний поступает в колонну спиртовую, в которой спирт концентрируется, и вместе с бензолом возвращается в дегидратационную колонну, а вода отводится из нижней части.

В установке постоянно концентрирует постоянное количество бензола, который выполняет функцию переносчика воды из колонны в деконтатор. При получении абсолютного спирта из бражки установку для абсолютирования связывают в единую систему с брагоректификационной установкой.