УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ДИСТИЛЛЯЦИЕЙ СПИРТА, В ЧАСТНОСТИ ЭТИЛОВОГО СПИРТА, ИЗ СБРОЖЕННОГО СУСЛА Российский патент 2011 года по МПК B01D3/00 B01D3/14 B01D3/36 

Изобретение относится к установке для получения дистилляцией спирта, в частности этилового спирта, из сброженного сусла.

Наряду с бензином и дизельным топливом этиловый спирт также пригоден в качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания. Правда, при традиционном способе производства этилового спирта из восполняемого сельскохозяйственного сырья происходит относительно высокое потребление энергии. В обычной дистилляционной установке спирт отгоняют из ферментированного, т.е. сброженного и, следовательно, содержащего спирт сусла посредством дистилляционной колонны, называемой также бражной. Поскольку концентрация спирта в полученном в дистилляционной колонне спирте-сырце является относительно низкой, то она должна быть повышена в последующей ректификационной колонне, при необходимости, с помощью дегидрогенизации до показателя, достаточного для применения спирта в качестве топлива или технического спирта.

Потребление энергии дистилляционной установкой определяется большей частью расходом энергии в ректификационной колонне, которая обычно обогревается острым паром. Энергосберегающий обогрев дистилляционной колонны может быть достигнут за счет регенерации тепловой энергии, например, головного выпара ректификационной колонны.

Задачей изобретения является создание дистилляционной установки для получения спирта, в частности этилового, из восполняемого с.-х. сырья, расходующей меньшее количество энергии, чем ранее.

Изобретение касается установки для получения дистилляцией спирта, в частности этилового, из сброженного сусла, содержащей, по меньшей мере, одну дистилляционную колонну для отгонки спирта-сырца из сброженного сусла и расположенную за дистилляционной колонной ректификационную колонну для повышения концентрации спирта. Усовершенствование согласно изобретению состоит в том, что, по меньшей мере, за одной дистилляционной колонной расположена укрепляющая колонна для повышения концентрации спирта-сырца из дистилляционной колонны, причем конденсат головного выпара укрепляющей колонны подается в ректификационную колонну в виде головной флегмы и из ее нижней части водно-спиртовая смесь поступает в ректификационную колонну в виде концентрируемого притока.

Головной выпар укрепляющей колонны уже содержит ректифицированный спирт. Вследствие присутствия спирта в нижней части укрепляющей колонны температурная разница с головной частью колонны остается незначительной. Поэтому укрепляющая колонна без труда вписывается в энергобаланс дистилляционной установки, т.е. она может обогреваться за счет энергии потоков продукции с других ступеней дистилляционной установки.

Обычно этиловый спирт ректифицируют до азеотропной точки, т.е. до концентрации ок. 96% по объему в конечном продукте. Было установлено, что для применения в качестве топлива или технического спирта достаточна ректификация до концентрации ок. 94% по объему, в частности, в том случае, когда этиловый спирт после указанного повышения концентрации дегидрируют на последующей ступени, в частности, в устройстве с молекулярными ситами. Энергопотребление дистилляционной установки можно существенно снизить ограничением ректификации до концентрации спирта ок. 94% по объему, в частности, в том случае, если одновременно с этим температура дистилляции в дистилляционной колонне будет поддерживаться на уровне менее 85°С. Также таким способом снижается энергопотребление дистилляционной колонны и может быть в значительной степени покрыто за счет отбора энергии, в частности, от ректификационной колонны. Поэтому согласно предпочтительному варианту выполнения предусмотрено, чтобы отгонка спирта-сырца в дистилляционной колонне производилась при температуре дистилляции ниже 85°С и чтобы концентрация спирта-сырца повышалась в ректификационной колонне до ок. 94% по объему. Этот замысел уже сам по себе обладает изобретательским уровнем. Температура дистилляции менее 85°С предназначена, в частности, для сусла из сырья с относительно высоким содержанием белка, характерного, например, для ржи, пшеницы, ячменя и пр. Если из-за незначительного повышения концентрации в ректификационной колонне в спиртовом целевом продукте сохраняются сопутствующие компоненты, то они допускаются в случае применения спирта в качестве топлива или технического спирта.

Ректифицированный спирт может быть дегидрирован обычным способом. Однако предпочтительно, чтобы за ректификационной колонной располагалось устройство с молекулярными ситами для дегидрогенизации ректифицированного спирта. Целесообразно эксплуатировать ректификационную колонну при избыточном давлении в ее головной части, например при давлении до 3 бар, в результате чего образующийся в ректификационной колонне парообразный ректифицированный спирт уже в виде пара может подаваться в устройство с молекулярными ситами. Ректифицированный спирт может направляться в устройство с молекулярными ситами, при необходимости, через перегреватель, обогреваемый, например, острым паром.

Энтальпия спирта, дегидрируемого в устройстве с молекулярными ситами, может быть использована для повышения энергобаланса дистилляционной установки, если ребойлер, обогревающий укрепляющую колонну, будет обогреваться с помощью дегидрированного спирта. Устройство с молекулярными ситами содержит, по меньшей мере, два молекулярных сита, используемых попеременно в режиме сушки, в котором ректифицированный спирт дегидрируют при избыточном давлении и в режиме регенерации, в котором молекулярное сито промывают дегидрированным спиртом при пониженном давлении, причем эту долю дегидрированного спирта снова увлажняют. В предпочтительном варианте выполнения предусмотрено, чтобы применяемое в режиме сушки молекулярное сито отдавало дегидрированный спирт в укрепляющую колонну через ребойлер, в то время как другое молекулярное сито, применяемое в режиме регенерации, воспринимало часть дегидрированного спирта и подавало увлажненный спирт через конденсирующий его конденсатор и через обогреваемый острым паром выпарной аппарат, в частности выпарной аппарат с падающей пленкой, в ректификационную колонну в виде подлежащего ректификации притока. Таким образом, спирт, увлажненный в режиме регенерации, т.е. разбавленный водой, снова поступает на ректификацию.

Энергопотребление спирта, дегидрированного в устройстве с молекулярными ситами, недостаточно, как правило, для обогрева укрепляющей колонны. Согласно предпочтительному варианту выполнения укрепляющая колонна обогревается дополнительным ребойлером, который в свою очередь обогревается головным выпаром ректификационной колонны. Приданный ректификационной колонне ребойлер обогревается острым паром для покрытия энергопотребления ректификационной колонны. Ребойлер или ребойлеры укрепляющей колонны или/и ребойлер ректификационной колоны целесообразно выполнить в виде выпарного аппарата, расположенного в контуре принудительной циркуляции. Для этого применяются предпочтительно выпарные аппараты с падающей пленкой, так как они отличаются своей относительно небольшой разницей между температурой нагрева и температурой выпаривания. При этом контур принудительной циркуляции ребойлера укрепляющей колонны проходит через нижнюю часть этой колонны, причем спиртовой приток ректификационной колонны отведен от этого контура принудительной циркуляции. Целесообразно, чтобы конденсат ребойлера дистилляционной колонны или/и ребойлера укрепляющей колонны подавался в укрепляющую колонну или/и в дистилляционную колонну в виде флегмы.

Обогреваемый дегидрированным спиртом ребойлер укрепляющей колонны конденсирует дегидрированный спирт, как правило, не полностью. Энтальпия дегидрированного спирта может использоваться для подогрева сконденсированной водно-спиртовой смеси, выходящей в режиме регенерации устройства с молекулярными устройствами из его конденсатора.

Головной выпар укрепляющей колонны целесообразно использовать для обогрева дистилляционной колонны. Одновременно ребойлер дистилляционной колонны, обогреваемый головным выпаром, служит конденсатором укрепляющей колонны, при этом конденсат головного выпара поступает в укрепляющую колонну или/и ректификационную колонну в виде флегмы. Также и конденсат ребойлера, обогреваемого головным выпаром ректификационной колонны, может подаваться соответствующим образом в виде флегмы в укрепляющую или/и ректификационную колонну.

Как известно, дистилляционная колонна обогревается ребойлером, выполненным в виде выпарного аппарата с принудительной циркуляцией. Недостатком такого известного ребойлера является то, что брага, циркулирующая в выпарном аппарате с принудительной циркуляцией, подлежит перегреву, что усложняет привязку ребойлера к энергобалансу дистилляционной установки, поскольку выпар, подаваемый для обогрева ребойлера, например, с другой ступени процесса, должен соответствовать относительно высокому температурному уровню с тем, чтобы в дистилляционной колонне происходило выпаривание при пониженном давлении. Если же применяется выпарной аппарат с падающей пленкой, то выпаривание происходит иначе, чем в прежних выпарных аппаратах принудительной циркуляции, т.е. не в дистилляционной колонне, а непосредственно в ребойлере. При выпаривании с пониженным давлением продукт не должен перегреваться в дистилляционной колонне, и поэтому является достаточной относительно малая температурная разница между стороной нагрева и стороной продукции выпарного аппарата с падающей пленкой.

Согласно предпочтительному варианту выполнения изобретения, который уже сам по себе имеет изобретательский уровень, предусмотрено, чтобы образующаяся в дистилляционной колонне барда подавалась в сепаратор для ее разделения на фракцию твердых веществ и фракцию жидкого сока, чтобы дистилляционной колонне был придан для ее обогрева ребойлер, выполненный в виде выпарного аппарата с падающей пленкой и обогреваемый головным выпаром последовательно расположенной в потоке продукции и повышающей концентрацию спирта колонны или острым паром, чтобы, по меньшей мере, часть фракции жидкого сока подавалась выпарным аппаратом с падающей пленкой в контур принудительной циркуляции и чтобы, по меньшей мере, часть циркулирующей по контуру принудительной циркуляции фракции жидкого сока или ее выпар подавались в дистилляционную колонну для ее обогрева. Выпарной аппарат с падающей пленкой, используемый в качестве ребойлера дистилляционной колонны, может быть без проблем согласован с энергобалансом дистилляционной установки. Поскольку фракция твердых веществ барды отделяется в сепараторе, выполненном в виде, например, декантатора, и по контуру принудительной циркуляции циркулирует только фракция жидкого сока, то в значительной степени предупреждается загрязнение выпарного аппарата с падающей пленкой, являющегося чувствительным к такому загрязнению. Выделенная фракция твердых веществ выводится из процесса. Целесообразно, чтобы полученный в выпарном аппарате с падающей пленкой выпар подавался непосредственно в дистилляционную колонну для обогрева.

Согласно предпочтительному варианту выполнения выпарной аппарат с падающей пленкой, образующий ребойлер дистилляционной колонны, обогревается укрепляющей колонной, расположенной в потоке спиртового продукта между дистилляционной колонной и ректификационной колонной, повышающей концентрацию спирта-сырца. И хотя при этом регенерируется часть энергии, расходуемой на обогрев укрепляющей колонны, однако этой энергии оказывается недостаточно в некоторых случаях для полного обогрева дистилляционной колонны, тогда как эксплуатация укрепляющей колонны, по сравнению с обычной ректификационной колонной, проводится на более низком энергетическом уровне. Поэтому в отдельных случаях расход энергии дистилляционной колонной должен восполняться за счет иного источника.

Для восполнения энергетической потребности дистилляционной колонны может быть предусмотрено известное само по себе применение выпарного аппарата с принудительной циркуляцией, обогреваемого головным выпаром дистилляционной колонны. В связи с тем что ни давление, ни температура головного выпара не являются достаточными для эксплуатации выпарного аппарата с принудительной циркуляцией, то, как известно, давление и температуру головного выпара повышают с помощью нагнетателя. Поскольку нагнетатель сжимает содержащий спирт выпар, то он должен быть выполнен взрывобезопасным, что ведет к существенному удорожанию конструкции.

Согласно предпочтительному варианту выполнения, который уже сам по себе обладает изобретательским уровнем, предусмотрено, чтобы содержащий спирт-сырец выпар дистилляционной колонны мог бы конденсироваться, по меньшей мере, частично в выпарном аппарате, используемом для приготовления водяного пара, и чтобы водяной пар мог подаваться через механический нагнетатель в дистилляционную колону, в которой повышается давление или/и температура водяного пара, или в другую дистилляционную колонну, в которой из сброженного сусла производится отгонка спирта-сырца, для их обогрева.

Следовательно, нагнетатель сжимает безалкогольный водяной пар, и поэтому его не требуется выполнять взрывобезопасным. Поскольку в виду имеется механический нагнетатель, то он может приводиться в действие электрически, что осуществимо относительно просто и дешево. Таким образом может быть восполнен энергетический расход дистилляционной колонны без необходимости повышения внутренней энергии головного выпара укрепляющей колонны или другой ступени дистилляционной установки с точки зрения обогрева дистилляционной колонны.

Сжатый механическим нагнетателем водяной пар может дополнительно подаваться в дистилляционную колонну, уже частично обогреваемую ребойлером. При наличии многоступенчатой, например двухступенчатой, дистилляционной колонны первая дистилляционная колонна может обогреваться головным выпаром последующей, повышающей концентрацию спирта колонны, например укрепляющей колонны или ректификационной колонны, а вторая дистилляционная колонна обогревается сжатым водяным паром из механического нагнетателя. Одновременно в обе дистилляционные колонны подается сусло, причем вторая дистилляционная колонна эксплуатируется предпочтительно при более низкой температуре в головной части и при более низком давлении, чем первая дистилляционная колонна.

Предпочтительно, чтобы в качестве выпарного аппарата для производства водяного пара применялся выпарной аппарат с падающей пленкой с тем, чтобы и здесь можно было использовать в энергетических целях присущую для выпарного аппарата с падающей пленкой разницу между температурой нагрева и температурой выпаривания. Целесообразно расположить выпарной аппарат с падающей пленкой для производства водяного пара в контуре для циркуляции свежей воды, или барды, или выпара барды. Приготовление водяного пара из барды или ее выпара имеет то преимущество, что он обладает достаточной температурой, так как барда отводится от обогреваемой нижней части дистилляционной колонны. В случае применения свежей воды ее необходимо подогревать. Правда, при использовании свежей воды исключается положение, при котором содержащиеся в барде компоненты в результате реакции крекинга переходят в легколетучие вещества, способные попасть в спирт-сырец. Использование свежей воды минимизирует реакции денатурирования и отложения в выпарном аппарате с падающей пленкой. Однако механический нагнетатель предпочтительно подключить к циркуляционному контуру через сепаратор для отделения водяного пара, в частности через расширительный сепаратор.

Механический нагнетатель может быть выполнен в виде компрессора или лопаточного нагнетателя. Само собой разумеется, что нагнетатель может также содержать несколько последовательно связанных между собой механических ступеней.

Ниже изобретение поясняется подробнее с помощью чертежа. На чертеже показана кинематическая схема дистилляционной установки для получения этилового спирта из сброженного сусла.

В дистилляционную установку для производства этилового спирта в качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания или для технических целей подается с начальной ступени 1 процесса производства спирта ферментированное, т.е. сброженное и, следовательно, содержащее этиловый спирт сусло, приготовленное из восполняемого с.-х. сырья с высоким содержанием белка, такого как рожь, пшеница, ячмень и пр. В подогревателе 3 сусло доводится до температуры дистилляции в дистилляционной колонне 5 и подается в нее по трубопроводу 7. Головная часть дистилляционной колонны 5, часто называемой также бражной, обозначена позицией 11, ее нижняя часть - позицией 13.

Спирт-сырец, отводимый из головной части 11 дистилляционной колонны 5 в виде спиртового выпара, конденсируется в конденсаторном устройстве 15, которое в данном случае является многоступенчатым и служащим одновременно для регенерации содержащейся в спирте-сырце тепловой энергии, и в жидком виде подается питающим насосом 17 через подогреватель 21, подогревающий спирт-сырец до температуры ректификации в укрепляющей колонне 19, в виде притока на участок 23. В укрепляющей колонне 19 повышается содержание спирта-сырца из дистилляционной колонны в головной части до ок. 94% по объему; оставшийся в кубе этиловый спирт отделяется в ректификационной колонне 33 от люттерной воды.

Ректифицированный спиртовой выпар, отведенный из головной части 25 укрепляющей колонны 19, конденсируется, как об этом подробнее будет сказано ниже, в ребойлере 27, обогревающем дистилляционную колонну 5 и используемом в качестве головного конденсатора укрепляющей колонны 19, и подается в виде флегмы питающим насосом 29 как в головную часть 25 укрепляющей колонны 19, так и в головную часть 31 расположенной за укрепляющей колонной 19 ректификационной колонны 33. В качестве притока ректификационной колонны 33 служит смесь из этилового спирта и воды, которая питающим насосом 37 отводится по контуру 35 принудительной циркуляции из нижней части 39 укрепляющей колонны 19 и подается по трубопроводу 41 в ректификационную колонну 33.

Этиловый спирт, концентрация которого была дополнительно повышена в ректификационной колонне 33, дегидрируют в устройстве 43 с молекулярными ситами и получают на участке 45 в качестве конечного продукта ректифицированный и дегидрированный этиловый спирт.

Потребление энергии дистилляционной установкой определяется в первую очередь расходом энергии при повышении концентрации спирта и в меньшей степени отгонкой спирта-сырца из сусла. Ректификация протекает в две стадии, т.е. в укрепляющей колонне 19 и в дистилляционной колонне 33. Поскольку флегма ректификационной колонны 33 отбирается от головного продукта укрепляющей колонны 19, а приток ректификационной колонны 33 - из нижней части 39 укрепляющей колонны 19, то температурная разница между нижней частью 39 и головной частью 25 укрепляющей колонны 19 является относительно малой, благодаря чему укрепляющая колонна 19 сама хорошо вписывается в энергобаланс дистилляционной установки при условии, что ректификационная колонна 33 будет эксплуатироваться при температуре в головной части только от 85 до 110°С. Существенное значение для снижения расхода энергии в дистилляционной установке имеет то, что ректификационная колонна 33 повышает концентрацию спирта только до ок. 94% по объему, прежде чем ректифицированный спирт из установки 43 с молекулярными ситами будет направлен на дегидрогенизацию. Одновременно с этим температуру дистилляции в дистилляционной колонне 5 ограничивают до значения менее 85°С, благодаря чему процесс дистилляции протекает на более низком энергетическом уровне, чем ранее.

Ребойлер 27, обогреваемый головным выпаром укрепляющей колонны 19 и конденсирующий головной выпар, выполнен в виде выпарного аппарата с падающей пленкой и обогревает нижнюю часть 13 дистилляционной колонны 5. Безалкогольная барда, образующаяся в дистилляционной колонне 5, через выпускное отверстие 49 в нижней части подается в декантатор 51, разделяющий барду на фракцию твердых веществ, отводимую из процесса на участке 53, и фракцию жидкого сока, подаваемую в контур 47 принудительной циркуляции по трубопроводу 54 ниже ребойлера 27, но перед питающим насосом 56. В результате по контуру 47 принудительной циркуляции происходит иная циркуляция, чем в обычном ребойлере на основе выпарного аппарата с принудительной циркуляцией, а именно не барды, а ее фракции жидкого сока, свободной в значительной степени от твердых веществ. Часть нагретой в выпарном аппарате 27 с падающей пленкой фракции жидкого сока барды или полученных из нее выпаров подается обратно непосредственно в нижнюю часть 13 дистилляционной колонны 5 для ее обогрева. Преимущество выпарного аппарата 27 с падающей пленкой, благодаря которому температура головного выпара, подведенного к месту соединения для приема головного выпара укрепляющей колонны 19, лишь незначительно должна превышать, например на 5°С, температуру кипения выпариваемого продукта, в данном случае фракции жидкого сока, упрощает согласование установки с энергобалансом дистилляционной установки. Следовательно, количество тепла, необходимого для обогрева дистилляционной колонны 5, может обеспечиваться при более низком температурном уровне, чем раньше.

В изображенном примере выполнения барда отводится из нижней части 13 на наиболее низком участке. Само собой разумеется, что барда может отбираться и на расположенном выше участке, например, в зоне самой нижней тарелки дистилляционной колонны 5, в результате чего контур 47 принудительной циркуляции с находящейся в нем фракцией жидкого сока может, при необходимости, проходить непосредственно через нижнюю часть 13.

Конденсаторное устройство 15, конденсирующее выпар с содержанием спирта-сырца, происходящего из головной части 11 дистилляционной колонны 5, содержит в качестве первой ступени выпарной аппарат 55 с падающей пленкой для получения водяного пара низкого давления, направляемого через расширительный гравитационный сепаратор 57 в механический нагнетатель 59. Механический нагнетатель 59 повышает давление и температуру водяного пара и нагнетает сжатый водяной пар непосредственно в нижнюю часть 13 для дополнительного обогрева дистилляционной колонны 5. Таким образом регенерируется часть тепла конденсации головного выпара с содержанием спирта-сырца, образовавшегося в дистилляционной колонне 5, и используется для обогрева дистилляционной колонны. Поскольку механический нагнетатель 59 сжимает, в противоположность обычным нагнетателям выпара, иначе, т.е. не спиртовой выпар, а водяной пар, то его не требуется выполнять взрывобезопасным.

Выпарной аппарат 55 с падающей пленкой расположен в контуре 63 принудительной циркуляции, снабженном насосом 61, и выпаривает циркулирующую по контуру принудительной циркуляции свежую воду, подаваемую на участок 65 в подогретом виде из непоказанного источника. Фракция жидкого сока или жидкая барда, поступающая из контура принудительной циркуляции на участок ниже насоса 56, подается через сепаратор 57 в контур 63 принудительной циркуляции выпарного аппарата 55 с падающей пленкой дополнительно со свежей водой и выходит из контура 63 принудительной циркуляции и, следовательно, из процесса на участке 67.

Водяной пар имеет на стороне входа нагнетателя 59 давление, например, от ок. 200 до 250 мбар, которое повышается нагнетателем 59 до исходного давления от 500 до 600 мбар при температуре от 70 до 90°С. Механический нагнетатель может быть выполнен либо в виде одноступенчатого, либо многоступенчатого нагнетателя. Пригодными к применению являются вращающиеся компрессоры, а также лопаточные нагнетатели и вентиляторы. Поскольку нагнетатель 59 приводится в действие электродвигателем, то упрощается снабжение энергией для его приведения в действие по сравнению, например, с пароструйным нагнетателем.

Дистилляционная колонна 5 эксплуатируется предпочтительно при температуре в головной части от 55 до 75°С и давлении от 300 до 500 мбар. В принципе вместо выпарного аппарата 55 с падающей пленкой может также применяться выпарной аппарат другого типа. Однако преимущество выпарного аппарата с падающей пленкой заключается в его незначительной разнице, составляющей, например, 5°С, между входной температурой, по меньшей мере, частично конденсируемого головного выпара с содержанием спирта-сырца, образуемого в дистилляционной колонне 5, и выходной температурой водяного пара низкого давления. Таким образом становится возможным снижение мощности нагнетателя 59.

Подробно не показан вариант выполнения, в котором водяной пар, получаемый, как описано выше, в выпарном аппарате 55 с падающей пленкой посредством тепла конденсации дистилляционной колонны 5 и сжатый нагнетателем 59, подается не в дистилляционную колонну 5 для обогрева, а в последующую дистилляционную колонну, выпар с содержанием спирта-сырца которой приводит в действие подогреватель 3. В связи с тем что эта дополнительная дистилляционная колонна эксплуатируется при более низкой температуре дистилляции, чем дистилляционная колонна 5, то расход используемой для приведения в действие нагнетателя 59 электрической энергии может быть дополнительно снижен. Обе дистилляционные колонны эксплуатируются одновременно, что касается подачи сусла, и последовательно, что касается энергобаланса.

В изображенном примере выполнения в контур 63 принудительной циркуляции подается свежая вода, чем снижается риск протекания реакций денатурирования и образования побочных компонентов. Само собой разумеется, что в контуре 63 принудительной циркуляции может также применяться только фракция жидкого сока или жидкая барда.

Учитывая, что головной выпар с содержанием спирта-сырца из дистилляционной колонны 5 не полностью конденсируется в выпарном аппарате 55 с падающей пленкой, то несконденсированная часть выпара подается на участке 69 в подогреватель 3, образующий вторую ступень конденсаторного устройства 15, для подогрева сусла. Исходный выпар подогревателя 3 направляется наконец в главный конденсатор 71, который образует третью ступень конденсаторного устройства 15 и из которого спирт-сырец в виде жидкого конденсата питающим насосом 17 подается в укрепляющую колонну 19. Главный конденсатор 71 сообщен с источником 73 охлаждающей воды и соединен, кроме того, с вакуумным насосом 75, с помощью которого создается разрежение в дистилляционной установке.

В изображенном примере выполнения сусло вводится в дистилляционную колонну 5 вблизи от ее головной части 11, т.е. не применяется укрепляющий участок, отдельный от укрепляющей колонны 19. В соответствии с этим спирт-сырец, выходящий из главного конденсатора 71, имеет концентрацию лишь от 40 до 60% по объему. В результате расход энергии в дистилляционной колонне 5 является относительно низким. Повышение концентрации спирта-сырца проводится в укрепляющей колонне 19 и затем в ректификационной колонне 33. Поскольку ректификация разбита на две стадии, то в этом случае достигается энергетически оптимальный режим работы. Само собой разумеется, что также и дистилляционная колонна 5 может содержать определенное количество дополнительных тарелок для повышения концентрации спирта.

Укрепляющая колонна 19 обогревается в первую очередь ребойлером 77, выполненным в виде выпарного аппарата с падающей пленкой, который одновременно служит головным конденсатором ректификационной колонны 33. Ребойлер 77 сообщен с контуром 35 принудительной циркуляции, проходящим через нижнюю часть 39 укрепляющей колонны 19.

Ректификационная колонна 33 обогревается аналогичным образом, в первую очередь, посредством ребойлера 79, выполненного в виде выпарного аппарата с падающей пленкой и подключенного к контуру 83 принудительной циркуляции, проходящему через нижнюю часть 81 ректификационной колонны 33. Питающий насос контура 83 принудительной циркуляции обозначен позицией 85. Ребойлер 79 обогревается острым паром, который подводится к нему из источника 87 по трубопроводу 89. Циркулирующая по контуру 83 принудительной циркуляции люттерная вода, поступающая от нижней части 81, отводится на участке ниже насоса 85 по трубопроводу 91, и после своего использования для подогрева поданного в укрепляющую колонну 19 жидкого спирта-сырца ее выводят из процесса на участке 93.

Если укрепляющая колонна 10 содержит ок. 30 тарелок, то ректификационная колонна 33 содержит их ок. 50 и подает ректифицированный спирт под давлением от ок. 1,5 до 6 бар, например 2 бара, у бокового отвода 95 в парообразном виде при концентрации спирта ок. 94% по объему. Парообразный ректифицированный спирт подается в перегреватель 97, также обогреваемый от источника 87 свежей воды и подающий перегретый парообразный спирт на участке 99 в устройство 43 с молекулярными ситами для дегидрогенизации.

Устройство 43 с молекулярными ситами содержит известным образом несколько молекулярных сит, в данном случае три 101, 103 и 105, применяемых при цикличном чередовании, т.е. в режиме сушки и режиме регенерации. В изображенном примере выполнения применяется молекулярное сито, в данном случае молекулярное сито 101, в режиме сушки, в то время как остальные оба молекулярных сита 103, 105 используются в режиме регенерации.

В режиме сушки парообразный перегретый спирт подается при повышенном давлении в работающее в данном случае в режиме сушки устройство с молекулярными ситами, в данном случае в устройство 101 с молекулярными ситами, из которого дегидрированный спирт поступает в коллектор 107, с которым устройства 101, 103, 105 с молекулярными ситами совместно сообщены своими выходами для выдачи дегидрированного спирта.

Применяемые в данном случае в режиме регенерации устройства 103, 105 с молекулярными ситами сообщены через конденсатор 109 с вакуумным источником 111 для работы в режиме регенерации, которым засасывается спирт, подведенный в устройства 103, 105 с молекулярными ситами по коллектору 107, в обратном направлении через регенерируемые устройства 103, 105 с молекулярными ситами и через конденсатор 109. Конденсатор 109 снабжается охлаждающей водой из ее источника 73, в нем конденсируется смесь из спирта и водного пара, повторно увлажняемая при регенерации в устройствах 103, 105 с молекулярными ситами. Насосом 113 водно-спиртовая смесь, скопившаяся в сборнике 115, подается обратно в процесс.

Разумеется, количество молекулярных сит может отличаться от их количества в приведенном примере выполнения. Для непрерывного режима работы требуются, по меньшей мере, два молекулярных сита, применяемых попеременно в режимах сушки и регенерации. Поскольку режим регенерации может длиться дольше, чем циклическая сушка при дегидрогенизации, то целесообразно, чтобы количество применяемых в режиме регенерации молекулярных сит превышало количество молекулярных сит, используемых в режиме сушки. Управляемые соединительные линии, необходимые для цикличного чередования и переключения молекулярных сит, обозначены позицией 117.

Водно-спиртовая смесь, образующаяся в режиме регенерации, снова подается на ректификацию. Поскольку эта смесь во время конденсации в конденсаторе 109 охлаждалась до температуры ок. 40°С, то она подогревается в подогревателе 119 и по трубопроводу 121 подается в контур 123 принудительной циркуляции выпарного аппарата 125, выполненного в данном случае в виде выпарного аппарата с падающей пленкой. Выпарной аппарат 125 также обогревается острым паром, поступающим из источника 87 острого пара, и отдает нагретую до температуры ректификации смесь на участке 127 в виде притока в ректификационную колонну 33. Питающий насос контура 123 принудительной циркуляции обозначен позицией 129.

Конденсат пара для обогрева, образующийся в перегревателе 97 или выпарном аппарате 79 с падающей пленкой, обогреваемом острым паром из источника 87, и в выпарном аппарате 15, выводится из процесса по трубопроводам 131, 133 и 135 на участке 137.

Спирт, дегидрированный в устройстве 43 с молекулярными ситами, обогревает дополнительный, выполненный в виде выпарного аппарата с падающей пленкой ребойлер 139 укрепляющей колонны 19, подключенный параллельно с ребойлером 77 к контуру 35 принудительной циркуляции. Дегидрированный спирт направляется из коллектора 107 в ребойлер 139 и далее питающим насосом 141 в подогреватель 119 для подогрева водно-спиртовой смеси, образовавшейся в режиме регенерации устройства 43 с молекулярными ситами, и затем выводится в виде целевого продукта на участке 45.

Одновременно ребойлер 27 дистилляционной колонны 5 служит головным конденсатором укрепляющей колонны 19, в то время как ребойлер 77 укрепляющей колонны 19 одновременно служит головным конденсатором ректификационной колонны 33. Спиртовой конденсат, образованный в ребойлерах 27 и 77 на участке 143 или 145, подается питающим насосом 29 на участке 147 в укрепляющую колонну и на участке 149 в ректификационную колонну в верхней части в виде флегмы. Образующееся в процессе ректификации сивушное масло отводится на участке 151 из укрепляющей колонны, на участке 153 из ректификационной колонны и на участке 155 из процесса.

Описанная выше дистилляционная установка позволяет получать посредством дистилляции низкотемпературным способом этиловый спирт из пшеницы, ржи и пр. Если в традиционных установках требуются ок. 2 кг горячего пара на литр чистого спирта, соответственно ок. 4000 кДж на литр чистого спирта, то в дистилляционной установке согласно изобретению требуются лишь ок. 2300 кДж на литр чистого спирта плюс ок. 54 Вт электрической энергии на литр чистого спирта для сжатия выпара.

Изобретение относится к установке для получения дистилляцией спирта. Установка для получения дистилляцией спирта, в частности этилового спирта, из сброженного сусла содержит дистилляционную колонну для отгонки спирта-сырца из сброженного сусла и расположенную за дистилляционной колонной ректификационную колонну для повышения концентрации спирта. При этом за дистилляционной колонной расположена укрепляющая колонна, повышающая концентрацию спирта-сырца из дистилляционной колонны, подающая конденсат головного выпара в ректификационную колонну в виде головной флегмы и подающая из своей нижней части водно-спиртовую смесь в ректификационную колонну в виде подлежащего концентрации притока. Изобретение позволяет получать этиловый спирт из восполняемого сельскохозяйственного сырья, расходуя при этом меньшее количество энергии. 21 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Установка для получения дистилляцией спирта, в частности этилового спирта, из сброженного сусла, содержащая:
по меньшей мере, одну дистилляционную колонну (5) для отгонки спирта-сырца из сброженного сусла и расположенную за дистилляционной колонной (5) ректификационную колонну (33) для повышения концентрации спирта, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, за одной дистилляционной колонной (5) расположена укрепляющая колонна (19), повышающая концентрацию спирта-сырца из дистилляционной колонны и подающая конденсат головного выпара в ректификационную колонну (33) в виде головной флегмы, и подающая из своей нижней части (39) водноспиртовую смесь в ректификационную колонну в виде подлежащего концентрации притока.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что дистилляционная колонна (5) выполнена с возможностью отгонки спирта-сырца при температуре дистилляции ниже 85°С, а ректификационная колонна (33) выполнена с возможностью повышения концентрации спирта-сырца до около 94% по объему.

3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что за ректификационной колонной (33) расположено устройство (43) с молекулярными ситами для дегидрогенизации ректифицированного спирта.

4. Установка по п.3, отличающаяся тем, что ректификационная колонна (33) выполнена с возможностью эксплуатации при избыточном давлении в головной части, составляющим до 6 бар, причем ректифицированный спирт в парообразном виде подается в устройство (43) с молекулярными ситами.

5. Установка по п.3, отличающаяся тем, что ребойлер (139), обогревающий укрепляющую колонну (19), выполнен с возможностью обогрева дегидрированным спиртом из устройства (43) с молекулярными ситами.

6. Установка по п.5, отличающаяся тем, что устройство (43) с молекулярными ситами содержит, по меньшей мере, два молекулярных сита (101, 103, 105), из которых при циклическом чередовании, по меньшей мере, одно молекулярное сито (101) выполнено с возможностью загрузки в режиме сушки ректифицированным спиртом и выдачи дегидрированного спирта через ребойлер (139) укрепляющей колонны (19) и, по меньшей мере, другое молекулярное сито (103, 105) выполнено с возможностью загрузки в режиме регенерации частью дегидрированного спирта и подачи увлажненного в режиме регенерации спирта через конденсатор (109), а обогреваемый острым паром выпарной аппарат (125), в частности выпарной аппарат с падающей пленкой, ректификационной колонны (33) выполнен в виде подлежащего ректификации притока.

7. Установка по п.5, отличающаяся тем, что дополнительный ребойлер (77), обогревающий укрепляющую колонну (19), выполнен с возможностью обогрева головным выпаром ректификационной колонны (33).

8. Установка по п.5, отличающаяся тем, что ребойлер (79), обогревающий ректификационную колонну (33), выполнен с возможностью обогрева острым паром.

9. Установка по п.5, отличающаяся тем, что ребойлер (77) укрепляющей колонны (19) или/и ребойлер (79) ректификационной колонны (33) выполнены в виде расположенных в контуре (35, 83) принудительной циркуляции выпарных аппаратов, в частности выпарных аппаратов с падающей пленкой.

10. Установка по п.9, отличающаяся тем, что контур (35) принудительной циркуляции ребойлера (77) укрепляющей колонны (19) проходит через нижнюю часть (39) последней и что приток спирта из ректификационной колонны (33) отводится от этого контура (35) принудительной циркуляции.

11. Установка по п.9, отличающаяся тем, что ребойлер (27) дистилляционной колонны (5) или/и ребойлер (77) укрепляющей колонны (19) выполнены с возможностью подачи конденсата в виде флегмы в укрепляющую колонну (19) или/и ректификационную колонну (33).

12. Установка по п.6, отличающаяся тем, что дегидрированный спирт подогревает сконденсированную водноспиртовую смесь из конденсатора (109) на участке ниже ребойлера (139) укрепляющей колонны (19) в теплообменнике (119).

13. Установка по п.7, отличающаяся тем, что ребойлер (77) укрепляющей колонны (19), обогреваемый головным выпаром ректификационной колонны (33), выполнен с возможностью подачи конденсата в укрепляющую колонну (19) или/и в ректификационную колонну (33) в виде флегмы.

14. Установка по п.1, отличающаяся тем, что дистилляционная колонна (5) соединена с ребойлером (27), обогреваемым головным выпаром укрепляющей колонны (19) и выполненным с возможностью подачи конденсата головного выпара в укрепляющую колонну (19) или/и ректификационную колонну (33) в виде флегмы.

15. Установка по п.1, отличающаяся тем, что дистилляционная колонна (5) выполнена с возможностью подачи образующейся в ней барде в сепаратор (51) для ее разделения на фракцию твердых веществ и фракцию жидкого сока, причем дистилляционная колонна (5) для ее обогрева соединена с ребойлером, выполненным в виде выпарного аппарата с падающей пленкой (27) и обогреваемым головным выпаром последовательно расположенной в потоке продукции и повышающей концентрацию спирта колонны (19) или острым паром, при этом, по меньшей мере, часть фракции жидкого сока проходит в контуре (47) принудительной циркуляции через выпарной аппарат (27) с падающей пленкой и, по меньшей мере, часть циркулирующей по контуру (47) принудительной циркуляции фракции жидкого сока или ее выпар подается в дистилляционную колонну (5) для ее обогрева.

16. Установка по п.15, отличающаяся тем, что выпарной аппарат (27) с падающей пленкой выполнен с возможностью обогрева головным выпаром укрепляющей колонны (19), расположенной в потоке спиртового продукта между дистилляционной колонной (5) и ректификационной колонной (33) и повышающей концентрацию спирта-сырца.

17. Установка по п.1, отличающаяся тем, что выпарной аппарат выполнен с возможностью, по меньшей мере, частичной конденсации выпара с содержанием спирта-сырца из дистилляционной колонны (5) для получения водяного пара, подаваемого с помощью механического нагнетателя (59), повышающего давление или/и температуру водяного пара, в дистилляционную колонну (5) или другую дистилляционную колонну, отгоняющую спирт-сырец из сброженного сусла, для их обогрева.

18. Установка по п.17, отличающаяся тем, что выпарной аппарат (55) выполнен в виде выпарного аппарата с падающей пленкой.

19. Установка по п.18, отличающаяся тем, что выпарной аппарат с падающей пленкой для производства водяного пара расположен в контуре (63) для циркуляции свежей воды, или барды, или выпара барды.

20. Установка по п.19, отличающаяся тем, что механический нагнетатель (59) соединен с циркуляционным контуром (63) через сепаратор (57), отделяющий водяной пар.

21. Установка по п.17, отличающаяся тем, что механический нагнетатель (59) состоит из нескольких, последовательно связанных между собой механических ступеней.

22. Установка по п.17, отличающаяся тем, что дистилляционная колонна (5) выполнена с возможностью обогрева ребойлером (27), обогреваемым головным выпаром последующей, повышающей концентрацию спирта колонны, в частности укрепляющей колонны (19), расположенной в потоке продукции между дистилляционной (5) и ректификационной (33) колоннами, а также дополнительно сжатым водяным паром из механического нагнетателя (59).