ПАБВ

З нижньої частини неповної відгонної колони ( рис. ,б) в рідкому виді відводиться практично чистий л.л.к., над верхньою тарілкою отримують пар, дещо збагачений л.л.к.

Внеповну концентраційну колону (рис. ,в) суміш, яка розділяється, вводиться в пароподібному стані під нижню тарілку. З верхньої частини концентраційної колони відводять в пароподібному виді практично чистий л.л.к, а

знижньої тарілки отримується флегма, дещо збагачена в.л.к.

Вотличие від повної ректифікаційної колони в неповних колонах для подальшого збагачення дистиляту відгонної колони л.л.к. або залишку концентраційної колони в.л.к. необхідна їх додаткова ректифікація.

Зрошення флегмою, необхідне для проведення ректифікації, у відгінних колонах досягається шляхом подачі живлення в рідкому виді на верхню тарілку. Внаслідок відсутності дефлегматора для утворення флегми неповні відгінні колони рахуються відкритими.

Вповних і концентраційних колонах зрошення здійснюється за рахунок частини конденсату пари, яка виходить з колони. Інший пар утворює дистилят – верхній продукт колони, тобто зрошення і відбір дистиляту кількісно зв’язані між собою.

Відбирати дистилят можна після часткової або повної конденсацій пару (рис. ,а та б).

Обігрів колони може здійснюватися як відкритим паром так і закритим. Для розділення багатокомпонентних сумішей використовуються кілька

послідовно працюючих ректифікаційних колон, кожна з яких розділяє суміш, яка

внеї поступає, на дистилят, який складається з одного або кількох легколетючих компонентів, і залишок з одного або кількох важколетючих компонентів.

Рисунок - Способи зрошення колон:

1-дефлегматор; 2-колона; 3-конденсатор.

Рисунок - Схеми розділення трьохкомпонентної суміші. Наприклад, для розділення суміші, яка складається з трьох компонентів

(рис. ), на практично чисті складові необхідні дві повні колони. В першій з них (варіант 1) суміш може поділятися на чистий легколетючий компонент А, який відирається у вигляді дистиляту в верхній частині колони, і два менш летючих компоненти Б+В, які відбираються у вигляді залишку в нижній частині колони. В другій колоні залишок зпершої колони, який складається з двох компонентів, розділяється на свої практично чисті компоненти Б та В. Але процес може бути організований так, як вказано в другому варіанті. В цьому випадку у другій колоні розділюється дистилят першої колони.

В загальному випадку для розділення суміші з n компонентів необхідно n- 1колон.

Продукти ректифікації. В умовах спиртового виробництва джерелом спірту є зріла бражка.

Бражка – складна багатокомпонентна система. В її склад входять: вода (82-90% мас.), сухі речовини (3-110% мас.) та етиловий спирт з супутніми летючими домішками (4,8-8,8 % мас). Склад бражки в значній мірі залежить від виду вихідної сировини та прийнятих технологічних режимів приготування.

Сухі речовини бражки представлені як зваженими частинками (клітини дріжжів, нерозчинні частинки вихідної сировини і т.п.), так і розчинниси в спіртоводній суміші різними органічними та неорганічними речовинами (цукор, декстрини, гліцерін, білки). Зерно-картопляна бражка мвстить значну кількість зважених частинок і має більшу в’язкість, ніж бражка яку отримали з меласи. Але загальний вміст сухих речовин в меласній бражці, як правило, більше (8-10% мас.), чим в зерновій (5-7% мас.) та картопляній (3-5% мас.).

Спирт з бражки виділяється за допомогою ректифікації на сирцевих ректифікаційних або багаторектифікаційних установках. При виділенні спирту з бражки разом з ним відганяється значна частина супутніх летючих домішок. Етиловий спирт, який відганяється з суміші зі супутніми домішками (ефіри, альдегіди, кислоти та інші спирти), називається спиртом-сирцем.

Залишок, який отримуємо після виділення спитру-сирця з бражки, називається бардою.

Спирт-сирець використовується для технічних цілей або для отримання ректифікованого спирту.

Ректифікований спирт отримують шляхом очищення спирту від супутніх летючих домішок за допомогою ректифікації.

Впроцесі виділення та очищення спитрту отримують побочні продукти: барда, лютерна вода, головна фракція, сивушне масло та сивушний спирт. З бардою та лютерною водою виводиться нелетюча частина бражки; летючі домішки, які супутні спирту, виводяться з головною фракцією або її концентратом, з сивушним маслом та сивушним спиртом.

Вбарду переходять сухі речовини бражки та нелетючі продукти спиртового бродіння: глицерин, піровиноградна кислота та інші. Вміст сухих речовин в барді коливається: в зерно-картопляній – в межах 4-8%, в меласній – 8- 12%.

Зерно-картопляна барда в натуральному вигляді є цінний харчовий продукт. В окремих випадках її або сушать та використовують як добавку до

комбікорму, або фільтрують; на цьому фільтраті вирощують кормові дріжжі, а тверду фазу висушують.

Меласна барда містить значну кількість мінеральних з’єднань (28-32% від загальної маси сухої речовини)). Вона менш пригодна в якості корму, тому її використовують в якості основи поживного середовища для вирощування кормових дріжжів або упарюють та використовують в якості пластифікатора при виробництві бетону.

Лютерна вода є залишком після очищення спирту. З нею відводяться важколетючі домішки спирту: кислоти,ефіри, альдегіди та інші летючі домішки які мають високу температуру кипіння. Лютерна вода має кислу реакцію, агресивна по відношенню до звичойної сталі. Лютерну воду використовують для приготування зернових замісів, промивки сивушного масла. Залищки лютерної води викидають в каналізацію.

Легколетючі домішки в процесі очищення виділяються з головною фракцією.

Головна фракція (ГФ) являє собою суміш етилового спирту з головними домішками. У складі ГФ міститься близько 90% етилового спирту, 2-6% домішок та близько 5% води. Склад та вміст домішок та вихід ГФ в значній мірі залежить від виду та якості сировини, умов зброжування та очищення спирту. Вихід головної фракції складає 1,5-3% при переробці зерна та картоплі та 3-5% при переробці меласи.

Головну фракцію піддають розгонці в спеціальних ректифікаційних установках з метою виділення з неї етилового спирту.

При переробці головної фракції отримують її концентрат (КГФ) – жовтозелену рідину, як правило, яка тільки частково змішується з водою, з різким запахом. Концентрат головної фракції використовують як вуглецевмісну добавку при виробництві кормових дріжжів, але він може бути сировиною для отримання чистих органічних продуктів: оцетного альдегіду, оцетноетилового ефіру, етилацетатного розчинника.

Проміжні домішки при очищенні спирту виділяються в основному у вигляді сивушного масла та сивушного спирту. Сивушен масло є цінним продуктом. Його ректифікують на складові компоненти які використовують в органічному синтезі для виготовлення медичних препаратів та духм’яних речовин, таких, як розчинники в лако-фарбовій промисловості,екстрагенти, флотареагенти та поверхнево-активні речовини.

2. Класифікація ректифікаційних установок.

За технічним призначенням ректифікаційні установки спиртового виробництва діляться на сирцеві, установки для ректифікації спирту-сирцю, багаторектифікаційні та установки для отримання абсолютного спирту. Крім цього в спиртовій промисловості є кілька ректифікаційних установок для розгонки сивушного масла та головної фракції. При переробці відходів які містять спирт ву виробництві використовують установки які працюють за принципом простої перегонки, іноді з доповнені дефлегмацією або ректифікаційною колоною з невеликою кількістю тарілок (3-10). Аналогічні установки іноді застосовуються для часткової регенерації спирту.

Сирцеві ректифікаційні установки призначені для отримання спиртусирцю з бражки. В них разом зі спиртом з бражки виділяються майже всі летючі домішки, які супутні спирту. У склад спирту-сирцю крім етилового спирту входять і інші летючі домішки (інші спирти, кислоти, ефіри, альдегіди і т.п.)

Установки для ректифікації спирту-сирцю призначені для очищення спирту-сирцю від супутніх домішок, в результаті чого з нього отримують ректифікований спирт.

В багаторектифікаційних установках суміщені технологічні операції сирцевих установок та установок для ректифікації спирту-сирцю. Вони дозволяють отримувати ректифікований спирт безпосередньо з бражки з меншими затратами енергії, води та при менших втратах спирту. Тому парк багаторектифікаційних установок в спиртовому виробництві постійно росте за рахунок скорочення кількості сирцесих установок для ректифікації спирту-сирцю.

В наш час сирцеві ректифікаційні установки залишилися в основному на заводах малої потужності.

За способом дії ректифікаційні установки діляться на безперевнота періодично діючі.

За кількістю колон ректифікаційні установки діляться на одноколонні та багатоколонні. Сирцеві установки, як правило, одноколонні, багаторетифікаційні

–багатоколонні.

Взалежності від тиску, який застосовується в колонах, ректифікаційні установки діляться на вакуумні (працюючі під розрідженням), атмосферні та ті які працюють під надлишковим тиском. В нашій промисловості в основному використовуються установки які працюють при атмосферному тиску. Верхні частини колон таких установок з’єднані з атмосферою.

У вакуумних установках одна або кілька колон працюють під тиском нижче атмосферного; в установках, які працюють під тиском, в одній або кількох колонах тиск у верхній частині колони підтримується значно вище атмосферного. Інші колони можуть працювати при атмосферному тиску.

Запропоновані схеми ректифікаційних установок, в яких частина колон працює під розрідженням, а інші – під надлишковим тиском; це дає можливість багатократно використовувати теплоту при ректифікації і зменшити його витрати.

Колони ректифікаційних установок в залежності від внутрішніх пристроїв, які забезпечують контакт між паром і рідиною, ділять на тарілчасті, насадочні та ротаційні (з деталями що обертаються).

Впрактиці ректифікації застосовуються виключно тарілчасті колони і дуже рідко – насадочні. Для виготовлення ректифікаційних установок, як правило, використовується мідь, але в останні роки почали використовувати спеціальнц кислостійку (нержавіючу) сталь, а при переробці агресивних бражок (наприклад, в гідролізній промисловості) – титан.

3. Сирцеві ректифікаційні установки.

Сирцеві установки, які використовуються в спиртовому виробництів можуть бути одно- (рис. ,а) та двохколонні (рис. ,б).

Рисунок - Схеми сирцевих ректифікаційних установок:

1-бражна колона; 2-спиртова колона; 3-дефлегматор; 4-холодильник спирту.

Основними елементами одноколонної сирцевої установки є повна ректифікаційна колона, дефлегматор та холодильник. Бражка подається безперервно з бродильного середовища і проходячи дефлегматор (підігрівач бражки), нагрівається, а потім поступає в середню частину колони. Відгінна частина колони (або бражна) призначена для вилучення спирту з бражки. Вона зазвичай має 18-20 одноковпачкових тарілок, по яким зверху вниз стікає бражка. Вилучення спирту та супутніх йому летючих речовин здійснюється на тарілках зустрічним потоком пари, яка вводиться в нижню частину відгінної колони. Бражка, яка звільнена від спирту (барда) безперервно виводиться з нижньої частини колони.

В концентраційній частині колони (або спиртовій) як зазвичай встановлюють 10 ситчастих або багатоковпачкових тарілок, на яких виникає контакт стікаючої флегми, яка поступає з дефлегматора з водно-спритовою парою, яка піднімається з відгінної частини. В процесах тепло- і масообміну, які проходить при контактуванні на тарілках, здійснюється концентрування спирту в

парі, яка підіймається по колоні за рахунок вилучення його з флегми. В довхкомпонентній сирцевій установці (рис. ,б) підігріта в дефлегматорі бражка подається в бражну колону, де звільнюється від спирту. Спирто-водний пар концентрацією 40-50 % об. З бражної колони подається в середню частину спиртової колони. Пар, підіймаючись по висоті концентраційної частині колони, концентрується за рахунок вилучення спирту з флегми, аналогічно тому, як це протікає і в концентраційній частині одноколонної сирцевої установки. В нижній (відгінній) частині спиртової колони флегма звільнюється від залишок спирту за рахунок пари, яка йде знизу. Лютерна вода (залишок) виводиться з нижньої частини колони.

Бражна колона, як зазвичай, має 18-22 тарілки, спиртова – 10 в укріплюючій та 14-16 у відгінній частині колони. В теперішній час в промисловості використовують одноколонні сирцеві установки. Вони в порівнянні з двохколонними простіші за будовою і в експлуатації, потребують меншої робочої площі, витрачають приблизно на 10% менше пари та води, але мають більшу робочу висоту і дають барду з меншою концентрацією сухих речовин, так як в таких установках барда виходить в суміші з лютерною водою.

Окрім основних елементів установки доповнюються рядом допоміжних пристроїв. Апаратурно-технологічна схема одноколонної сирцевої установки наведена на рис.

Рисунок - Апаратурно-технологічна схема одноколонної сирцевої ректифікаційної установки:

1-конденсатор сеператора СО2; 2-сепаратор СО2; 3-дефлегматор; 4-вакуумні преривачі; 5-регулюючі клапани; 6-колона (6’-концентраційна та 6”-відгінна частини); 7-холодильник спирту; 8-фільтр; 9-ротаметр; 10-фонарь; 11-випарник; 12-відвід конденсату; 13-відвід барди;

14пробний холодильник.

З метою відділення СО2, який виділився з нагрітої у дефлегматорі бражки, останню пропускають крізь сепаратор СО2. Разом з СО2 з сепаратори виходить деяка кількість спиртової пари. Для її вловлювання передбачено встановлення конденсатора, крізь який пропускається СО2. Пари спірту конденсуються і направляються в середню частину укріплюючої колони, а СО2 крізь повітряний фільтр викидається в атмосферу.

Після холодильника встановлюють фільтр, в ньому затримуються зважені частинки, які можуть потрапити в спірт при порушенні режиму роботи колони.

Верхній і нижній вакуум-преривачі призначені для контролю за тиском у верхній та нижній частинах колони; вони також є запобіжними пристроями (з підвищенням або зниженням тиску в колоні против допустимого колона за допомогою вакуум-преривача з’єднується з атмосферою).

Пробний холодильник дає можливість контролювати вміст спирту в барді (втрати). Крізь ноього безперервно проходить невеликий потік пари, яка відбирається з кубової частини колони; в конденсаті пари визначають вміст спирту.

Бардорегулятор (або гідравлічний затвор) забезпечує безперервний вихід з колони барди і перешкоджає виходу гріючої пари.

Регультори встановлюють на лініях подачі бражки, подачі води в дефлегматор і холодильник і подачі пари. Для контролю за температурним режимом встановлюють термометри у верхній, середній та нижній частині колони,а на лінії вводу бражки в колону - для вимірювання її температури.

Вколонах встановлюються тарілки різного типу: одноковпачкові одинарного (при малій потужності установки) або подвійного кип’ятіння, відстань між тарілками 280-340 мм.

З бражки може виділятися осад, який забруднює тарілки, тому над кожною тарілкою вмонтовані в стінці колони люки для їх очищення та огляду.

Втій частині де немає бражки встановлюють ситчасті тарілки на відстані 170 мм одна від одної. Вони дуже чутливі до забруднення, тому між бражною частиною і спиртовою з ситчастими або багатоковпачковими тарілками передбачено сепаруючий пристрій. Воно можу бути у вигляді збільшеної (до 1м) відстані, або у вигляді спеціального відбійника (відбійна тарілка), або у вигляді виносної пастки.

Обігрів колон може бути як відкритим так і закритим паром. 3. Установки для ректифікації спирту-сирцю.