СПИРТОВАЯ РЕКТИФИКАЦИОННАЯ УСТАНОВКА Российский патент 2011 года по МПК B01D3/14 

Изобретение относится к спиртовой ректификационной установке, по меньшей мере, с одной ректификационной колонной, к которой в качестве притока может подводиться предназначенная для очистки водно-спиртовая смесь и спиртовой верхний выпар которой используется для подачи энергии к ребойлеру колонны, в частности ректификационной колонны.

В традиционной дистилляционной установке спирт получается путем перегонки из ферментированного, то есть сброженного и тем самым содержащего спирт сусла посредством дистилляционной колонны, называемой также бражной колонной. Так как концентрация перегоняемого в дистилляционной колонне неочищенного спирта сравнительно невысока, то в последующей ректификационной колонне и, при известных условиях, в процессе дегидрирования концентрация спирта должна быть повышена до значения, удовлетворительного для его дальнейшего использования, к примеру, в качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания или в качестве технического спирта, однако, также и в качестве питьевого спирта.

Расход энергии дистилляционной установки определяется, большей частью, расходом энергии ректификационной колонны, которая обычно обогревается посредством острого (свежего) пара. Обычно энергопотребление дистилляционной установки уменьшают посредством того, что тепловая энергия спиртового верхнего выпара ректификационной колонны восполняется. Так, известна возможность обогревать с помощью верхнего выпара ректификационной колонны ребойлер следующей колонны, к примеру, дистилляционной колонны или установленной перед ректификационной колонной на этапе сгущения укрепляющей колонны. В связи с этим известна также возможность сжимать верхний выпар выделяющей неочищенный спирт дистилляционной колонны с помощью механического компрессора выпара настолько, что энергоресурс сжатого выпара оказывается достаточным для обогрева ребойлера дистилляционной колонны.

Задачей изобретения является создание установки, благодаря которой обеспечивается восполнение большей части предоставляемой в процессе работы ректификационной колонны энергии.

Исходя из описанной ранее спиртовой ректификационной установки эта задача решается посредством того, что спиртовой верхний выпар ректификационной колонны дополнительно используется для подачи энергии к преобразующему в пар, по меньшей мере, одну часть предназначенной для очищения водно-спиртовой смеси выпарному аппарату и что преобразованная в пар часть водно-спиртовой смеси через компрессор может подаваться к ректификационной колонне в качестве притока.

Суть изобретения состоит в использовании лишь части тепла от конденсации спиртового верхнего выпара ректификационной колонны для обогрева ребойлера и, вместо этого, в преобразовании в пар оставшейся части тепла от конденсации для преобразования в пар части предназначенного для подачи к ректификационной колонне притока из водно-спиртовой смеси. Превращенная в пар часть притока сжимается в механическом компрессоре выпара и в газообразном состоянии подается в ректификационную колонну. Необходимая для этого работа сжатия значительно меньше работы, которая необходима для нагрева сопряженного с основанием ректификационной колонны ребойлера, так как температура подачи продукта к ректификационной колонне ниже температуры в основании колонны.

Ректификационная установка в соответствии с изобретением может использоваться для ректификации неочищенного спирта, к примеру, в форме смеси этилового спирта и воды, однако же и для других смесей, к примеру, смеси изопропилового спирта и воды или смеси метанола и воды, до тех пор, пока концентрация спирта на входе составляет, по меньшей мере, 30% объема смеси.

Выпарной аппарат образует одновременно конденсатор ректификационной колонны и предпочтительно выполнен как выпарной аппарат с падающей пленкой. Преимущество состоит в том, что температура верхнего выпара ректификационной колонны должна быть лишь немного выше, к примеру на 5°С, температуры кипения преобразуемой в пар водно-спиртовой смеси.

Согласно предпочтительному варианту к выпарному аппарату подключен сепаратор, отделяющий парообразную фракцию водно-спиртовой смеси от ее жидкой фракции, и предусмотрено, что как проведенная через компрессор парообразная фракция, так и жидкая фракция могут подаваться к ректификационной колонне в качестве притока. Сжатая парообразная фракция подается при этом к ректификационной колонне целесообразным образом выше уровня подачи жидкой фракции.

Компрессор повышает давление парообразной фракции до преобладающего в ректификационной колонне значения давления. Компрессор может быть выполнен как термический компрессор, к примеру как струйный насос. В предпочтительном варианте он является, однако, механическим компрессором, так как такого рода компрессор может приводиться в действие посредством электродвигателя при сравнительно низких расходах на производство энергии.

Выпарной аппарат преобразует в пар лишь часть спиртового верхнего выпара ректификационной колонны. На пути прохождения верхнего выпара в предпочтительном варианте осуществления к выпарному аппарату подсоединен сепаратор, разделяющий спиртовой верхний выпар на парообразную фракцию и жидкую фракцию. Под сепаратором, как и в предыдущих вариантах, понимается сепаратор, разделяющий водно-спиртовую смесь на парообразную фракцию и жидкую фракцию, предпочтительно сепаратор разряжения. Полученная из парообразной части спиртового верхнего выпара парообразная фракция подается при этом через следующий компрессор к ребойлеру для подачи на него энергии. Под отделенной из спиртового верхнего выпара посредством сепаратора жидкой фракцией понимается очищенный спирт.

По аналогии с упомянутым ранее выпарным аппаратом под ребойлером в целесообразном варианте понимается выпарной аппарат с падающей пленкой, чтобы иметь возможность обходиться сравнительно низкой мощностью компрессора. И под следующим компрессором может пониматься термический компрессор, к примеру струйный насос или нечто подобное. В частности, для сжатия паров, содержащих этиловый спирт, следующий компрессор точно так же выполнен предпочтительно как механический компрессор.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения ребойлер сопряжен с ректификационной колонной для ее обогрева. Таким образом, почти весь расход энергии ректификационной колонны восполняется. При этом понимается, однако, что ребойлер может быть сопряжен и со следующей колонной ректификационной установки, к примеру с предвключенной укрепляющей колонной.

Пример осуществления изобретения разъясняется далее на основании чертежа. Чертеж схематично демонстрирует ректификационную установку в соответствии с изобретением.

Ректификационная установка предназначена для сгущения неочищенного этилового спирта с концентрацией от 40 до 60% по объему в очищенный этиловый спирт с концентрацией, по меньшей мере, 92% по объему. Неочищенный спирт в предварительно нагретой примерно до 65°С форме с предварительного этапа 1 процесса дистилляции, к примеру, из дистилляционной колонны или из бражной колонны через трубопровод 3 в качестве притока подается к ректификационной колонне 5. Ректификационная колонна 5 получает рабочую энергию большей частью в результате регенерации удаляемого через трубопровод 7 из головной зоны 9 ректификационной колонны 5 спиртового верхнего выпара. Спиртовой верхний выпар через трубопровод 7 подается к образующему наряду с этим конденсатор ректификационной колонны 5 выпарному аппарату 11 с падающей пленкой, который превращает в пар часть поданной с предварительного этапа 1 водно-спиртовой смеси неочищенного спирта. Неочищенный спирт циркулирует в содержащем насос 13 циркуляционном контуре 15, от которого, по течению потока в насосе 13, отходит трубопровод, подающий неочищенный спирт к ректификационной колонне 5. К основанию выпарного аппарата 11 с падающей пленкой присоединен сепаратор 17 разряжения, который отделяет образованную в выпарном аппарате 11 парообразную фракцию неочищенного спирта от его жидкой фракции. В то время как жидкая фракция неочищенного спирта через трубопровод 19 подается в циркуляционный контур 15, отведенная через трубопровод 21 из сепаратора 17 парообразная фракция подается к механическому, приводимому в движение посредством электродвигателя, компрессору 23, который, в случае необходимости, сжимает парообразную фракцию за счет повышения температуры до преобладающего в ректификационной колонне 5 рабочего давления. Сжатая парообразная фракция через трубопровод 25 подается к ректификационной колонне 5 в качестве дополнительного притока, причем уровень притока трубопровода 25 располагается выше уровня притока трубопровода 3. Тем самым, за счет притока сжатого спиртового пара, компрессор 23 подает часть рабочей энергии к ректификационной колонне 5.

Другая часть рабочей энергии ректификационной колонны 5 подается от выполненного в виде выпарного аппарата с падающей пленкой ребойлера 27, энергия которого, со своей стороны, образуется из спиртового верхнего выпара ректификационной колонны 5. Энергетически частично отработанный в выпарном аппарате 11 с падающей пленкой спиртовой верхний выпар через трубопровод 29 подается к следующему сепаратору 31 разрежения, который разделяет верхний выпар на парообразную фракцию и жидкую фракцию. Парообразная фракция через трубопровод 33 подается к следующему механическому компрессору 35, который повышает давление и температуру паровой фракции и подает ее к выпарному аппарату 27 с падающей пленкой через трубопровод 37 для нагревания. По меньшей мере, частично энергетически отработанный в выпарном аппарате 27 с падающей пленкой пар совместно со своим конденсатом через трубопровод 39 отводится обратно в сепаратор 31 разрежения. Ребойлер 27 расположен, со своей стороны, на проходящем через обозначенное позицией 41 основание ректификационной колонны 5 и содержащем в себе насос 43 циркуляционном контуре 45, который передает имеющуюся в ребойлере 27 рабочую энергию на ректификационную колонну 5. Позицией 47 обозначен выход для не содержащей, в основном, спирта люттерной воды ректификационной колонны 5.

Сепаратор 31 разрежения подает на своем выходе 49 для жидкости отделяющийся на позиции 51 очищенный спирт. Часть очищенного спирта через насос 53 и трубопровод 55 подается к головной зоне 9 ректификационной колонны 5 в качестве возврата. Кроме того, получающийся в выпарном аппарате с падающей пленкой спиртовой конденсат через трубопровод 57 подается к сепаратору 31 разрежения. Для регулировки процесса загруженный охлаждающей водой на позиции 59 регулируемый конденсатор 61 перемыкает сепаратор 31 разряжения. Конденсатор 61 регулирует поданную из сепаратора 31 разрежения к компрессору 35 парообразную фракцию посредством того, что в ответвлении конденсирует часть пара в очищенный спирт.

В представленной ранее ректификационной установке не вся рабочая энергии подается к ректификационной колонне 5 от ребойлера 27. Часть нагревающей ребойлер 27 энергии спиртового верхнего выпара ректификационной колонны 5 используется в выпарном аппарате 11 с падающей пленкой для превращения в пар притока неочищенного спирта. Для сжимающего парообразный приток компрессора 23 достаточно совершить небольшую работу сжатия, так как температура сжатого посредством компрессора 23 притока меньше, чем температура, удерживаемая ребойлером 27. В представленном примере осуществления изобретения в отношении использования поставляемой электроэнергии может быть получена экономия порядка 40%.

Изобретение предназначено для ректификации. Спиртовая ректификационная установка включает, по меньшей мере, одну ректификационную колонну, к которой в качестве притока может подаваться предназначенная для очищения водно-спиртовая смесь. Спиртовой верхний выпар колонны используется для подачи энергии к ребойлеру колонны, а также дополнительно используется для подачи энергии к преобразующему в пар, по меньшей мере, одну часть предназначенной для очищения водно-спиртовой смеси выпарному аппарату. Превращенная в пар часть водно-спиртовой смеси через компрессор в качестве притока подается к ректификационной колонне. Технический результат: обеспечение восполнения большей части предоставляемой в процессе работы ректификационной колонны энергии, экономия электроэнергии. 17 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Спиртовая ректификационная установка, по меньшей мере, с одной ректификационной колонной (5), к которой в качестве притока может подаваться предназначенная для очищения водно-спиртовая смесь, и спиртовой верхний выпар которой используется для подачи энергии к ребойлеру (27) колонны, в частности ректификационной колонны (5), отличающаяся тем, что спиртовой верхний выпар ректификационной колонны (5) дополнительно используется для подачи энергии к преобразующему в пар, по меньшей мере, одну часть предназначенной для очищения водно-спиртовой смеси выпарному аппарату (11) и что превращенная в пар часть водно-спиртовой смеси через компрессор (23) в качестве притока может подаваться к ректификационной колонне (5).

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что выпарной аппарат (11) выполнен как выпарной аппарат с падающей пленкой.

3. Установка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что к выпарному аппарату (11) подсоединен отделяющий парообразную фракцию водно-спиртовой смеси от ее жидкой фракции сепаратор (17), в частности, в форме сепаратора разрежения, и что как проведенная через компрессор (23) парообразная фракция, так и жидкая фракция может быть подана в качестве притока к ректификационной колонне (5).

4. Установка по п.3, отличающаяся тем, что сжатая парообразная фракция может быть подана к ректификационной колонне (5) выше уровня подачи жидкой фракции.

5. Установка по любому из пп.1, 2 и 4, отличающаяся тем, что компрессор (23) выполнен как механический компрессор.

6. Установка по п.3, отличающаяся тем, что компрессор (23) выполнен как механический компрессор.

7. Установка по любому из пп.1, 2, 4 и 6, отличающаяся тем, что выпарной аппарат (11) присоединен к разделяющему спиртовой верхний выпар ректификационной колонны (5) на парообразную фракцию и жидкую фракцию сепаратору (31), в частности, в форме сепаратора разрежения и, что парообразная фракция через другой компрессор (35) может быть подана к ребойлеру (27) для подачи на него энергии.

8. Установка по п.3, отличающаяся тем, что выпарной аппарат (11) присоединен к разделяющему спиртовой верхний выпар ректификационной колонны (5) на парообразную фракцию и жидкую фракцию сепаратору (31), в частности, в форме сепаратора разрежения, и что парообразная фракция через другой компрессор (35) может быть подана к ребойлеру (27) для подачи на него энергии.

9. Установка по п.5, отличающаяся тем, что выпарной аппарат (11) присоединен к разделяющему спиртовой верхний выпар ректификационной колонны (5) на парообразную фракцию и жидкую фракцию сепаратору (31), в частности, в форме сепаратора разрежения, и что парообразная фракция через другой компрессор (35) может быть подана к ребойлеру (27) для подачи на него энергии.

10. Установка по п.7, отличающаяся тем, что ребойлер (27) выполнен как выпарной аппарат с падающей пленкой.

11. Установка по п.8 или 9, отличающаяся тем, что ребойлер (27) выполнен как выпарной аппарат с падающей пленкой.

12. Установка по п.7, отличающаяся тем, что другой компрессор (35) выполнен как механический компрессор или как термический компрессор.

13. Установка по любому из пп.8-10, отличающаяся тем, что другой компрессор (35) выполнен как механический компрессор или как термический компрессор.

14. Установка по п.11, отличающаяся тем, что другой компрессор (35) выполнен как механический компрессор или как термический компрессор.

15. Установка по п.7, отличающаяся тем, что ребойлер (27) сопряжен с ректификационной колонной (5).

16. Установка по любому из пп.8-10 и 12, отличающаяся тем, что ребойлер (27) сопряжен с ректификационной колонной (5).

17. Установка по п.11, отличающаяся тем, что ребойлер (27) сопряжен с ректификационной колонной (5).

18. Установка по п.13, отличающаяся тем, что ребойлер (27) сопряжен с ректификационной колонной (5).