Брагоректификационный аппарат и способ автоматического управления брагоректификационным аппаратом Советский патент 1984 года по МПК C12F1/02 

Изобретение относится к гидролиз ной промьшшеНности, а именно к браг ректификационным аппаратам, в частйости протиБоточного типа, установ. кам для получения этилового и к способам управления ими. Известен брагоректификационный аппарат для получения конденсата крепостью 0-30%, содержа0р1Й колонн с отгонной и укрепляющей секциями, теплообмейник, взаимосвязанный сис темой трубопроводов с укрепляющей секцией. Колонна снабжена расположенными по ее высоте тарелками для массообмена жирйсость-пар и патрубка ми, соответственно, для подвода сырья и греющего пара и отвода кубово го продукта flj. Недостатком этого брагоректифика ционного аппарата является невозмож ность получения товарного спирта высокого качества из сырья, содержа щего менее 3% спирта, поскольку с кубов№1 продуктом при содержании спирта выше 30% удаляются основные примеси (органические кислоты, эфиры и др.). Известен способ автоматического управления брагоректификационным аппаратом, предусматривающий регули рование подачи сырья, гренядего пара, отбора конденсата, определение отклонений содержания спирта в конденсате и изменений подачи сырья в зависимости от установленного отклонения, при этом фактическую производительность определяют по расходу конденсата и содержанию спирта в нем, которое, в свою очередь, определяют в зависимости от давления и температуры жидкой фазы продукта в контрольном сечении укрепляющей части колонны 1.. . Одним из недостатков указанных брагоректификационного аппарата и способа управления является невазмо ность обеспечения наиболее полного извлечения спирта из сырья, например, при колебаниях содержания спир та в нем, из-за отсутствия непрерыв ного контроля за потерями спирта с кубовым продуктом и соответствзлощей корректировки технологического режи ма. Поскольку используемое сырье (бражку) получают на основе сбражив ния раствора Сахаров, получаемых, в свою очередь, с помощью периодически работающих гцдролиз-аппаратов то неритмичность потока и иестабиль ность условий проведения процесса гидролиза приводит к значительным колебаниям содержания спирта в сырье, которые достигают 50-60%. Особенгф остро этот недостаток проявляется при использовании сырья с содержанием спирта менее 3%, когда даже небольшие по абсолютному значению потери спирта с кубовым продуктом, например , ведут к значительному уменьшению (на 1-1,5%) выхода готового продукта. Наиболее близким техническим решением к изобретению является способ автоматического управления брагоректификационным аппаратом,предусматривающий регулирование подачи сырья и греющего пара в колонну и отбора конденсата,при этом подачу греющего пара в колонну корректирзтот в зависимости от потерь, спирта с кубовым продуктом и брагоректификационный аппарат, содержащий колонну .с отгонной частью и укрепляющей секцией, тарелки для массообмена жидкость-пар, расположенные по высоте колонны, теплообменник, взаимосвязанный системой трубопроводов с укрепляющей секцией колонны, и патрубки, соответственно, для подвода сырья, греющего пара и отвода кубового продукта J3. Недостатком брагоректификационного аппарата и .способа его управления является то, что они не обеспечивают возможности снижения энергетических затрат, повышения биологической доброкачественности конечного продукта и увеличения его выхода, поскольку конструкция аппарата и способ управления им не обеспечивают выполнения основньпс требований, предъявляемых к ведению процесса обеспечение стабильных заранее заданных значений содержания спирта в бражном коденсате и потерь спирта с кубовым продуктом, соответствующих оптимальному выходу готового продукта, так как наличие большого времени запаздьтания реакции системы на изменение контролируемых параметре не позволяет проводить своевременную , коррекцию управляющих параметров (из-; .менение подачи сырья, пара и отбора конденсата). При этом потери спирта ., с кубовым продуктом достигают для гидролизных бражек 2-3%, а выход 3 . 1 готового продукта за.счет этого уменьшается на 1,5-2,5%. Целью изобретения является увеличение выхода готового -продукта, повышение его биологической доброкачественности и снижение энергетических затрат, Поставленная цель достигается тем что в брагоректификационном аппарате содержащем колонну с отгонной и ук- репляющей секциями, тарелки для массообмена жидкость-пар, расположенные по высоте колонны, теплообменник взаимосвязанный системой трубопроводов с укрепляющей секцией колонны, и патрубки, соответственно, для подвода сырья и греющего пара и отвода кубового продукта, площадь поперечного сечения верхней части укрепляющей секции колонны, расположенной выше 2-8 тарелки от патрубка подвода сырья, составляет 0,25-0,64 площади поперечного сечения остальной части колонны и суммарная емкость тарелок верхней части укрепляющей секции сое тавляет 0,04-0,40 от суммарной емкос ти остальных тарелок колонны. Согласно способу автоматического управления брагоректификационным аппаратом, предусматривающему регулиров.ание подачи сырья и греющего пара в колонну и отбора конденсата, при этом подачу греющего пара в колонну корректируют в зависимости от потерь спирта с кубовым продуктом, одновременно корректируют подачу сьфья и отбор конденсата в зависимости от по терь спирта с кубовым продуктом, причем последние определяют по содер жанию спирта в паровой фазе кубового продукта, находящегося на 2-5 тарел ке отгонной секции колонны. На чертеже схематично.изображен брагоректификационный аппарат с сис темой, реализующей способ автомати ческого управления им. Брагоректификационный аппарат состоит из бражной колонны 1 и теплообменника 2. Колонна состоит из корпуса 3 с установленными внутри корпуса по всей его высоте тарелками 4 для жидкости, снабженными отвер стиями 5 для прохода пара и стаканами 6 для перетока жидкости с тарелки на тарелку. Колонна 1 снабже на патрубком 7 для подводи сырья в колонну, который разделяет колонну 1 по ее высоте на укрепляющую сек 84 ЦИ10 в и отгоннзпо секцию 9, а также патрубком 10 для подвода греющего пара и патрубком 11 для отвода кубовог.о продукта. При этомукрепляющая секция 8 состоит из двух частей: верхней части 12, расположенной выше 2-8 тарелки, и нижней части 13. Емкость тарелок верхней части 12 составляет 0,04-0,40 от-суммарной емкости остальных тарелок колонны I. Площадь поперечного сечения верхней части составляет 0,25-0,64 площади поперечного сечения остальной части колонны 1. Крышка 14 колонны 1 соединена трубопроводом 15 с паровой секцией (на чертеже не показана) теплообменника 2. Секци.я (на чертеже не показана) теплообменника для бражного конденсата сообщена трубопроводом 16 с верхней тарелкой 4 колонны 1 и трубопроводом 17 с последующей колонной (на чертеже не показана) брагоректификационной установки. После верхней тарелки 4 нижней части 13 укрепляющей секции 8 колонны 1 содержание спирта в паровой фазе составляет 20-30%. Брагоректификационный аппарат работает, следующим образом. Гидролизную бражку подают в колонну 1 через патрубок 7. В нижнюю часть колонны 1 через патрубок 10 подают. греющ1-га пар, а через патрубок 11 отбирают кубовый продукт. Жидкость на нижней тарелке, нагреваемая греющим паром, закипает. В результате ее кипения образуется пар,. .обогащенный спиртом, который поступает в вышерасположенную тарелку через отверстия 5, Жидкость с постоянно умень- .шаемьФ содержанием спирта, последевательно перетекает сверху вниз через стаканы 6 для перетока жидкости с тарелки на тарелку. Укрепленные пары с содержанием 40.-95% спирта через отверстие в крьтке 14 колонны 1 по трубопроводу 15 поступают в паровую секцию теплообменника 2, в котором конденсируются, образуя бражной конденсат, постз/пающий в полость теплообменника 2 для бражного кон денсатгг. .,Часть бражного конденсата возвращают в виде флегмы на верхнюю тарелку 4 колонны 1 по трубопроводу 16, а остальную чйсть конденсата направляют по трубопроводу i 7 на по следу1ощу1о очистку для получения товарного спирта. Управление брагоректификационным аппаратом осуществляют следующим об ,разом. На вход функционального блока 18 подают сигналы, пропорциональные заданным значениям содержания спирта в бражном конденсате и потерь спирта в кубовом продутсте - задания, ; Сигналы с датчика 19 содержания спирта в бражном конденсате и с. датчика 20 потерь спирта с кубовым продуктом, определяемых путем изме рекия содержания спирта в паровой фазе продукта, оаходящегося на 2-5 тарелке отгонной части колонны 1 , подают на вход функционального блока 18, где определяют отклонения указан ных параметров от заранее заданных и устанавливают требуемые значения подачи сырья, греющего пара и отбора конденсата, которые поступают в виде заданий на регулятор 21 контура регулирования подачи сырья, на регулятор 22 контура регулирования подачи греющего пара и на регулятор 23 контура регулирования отбора конденсата. Указанные регуляторы на основе сравнения заданий, поступаювщх в виде сигналов от функционального блока 18, с сигналами от датчиков 24-26, соответственно, расхода сырья греющего пара и конденсата, формируют сигналы на управление исполнитель ными механизмами соответствующих контуров. При этом исполнительные ме ханизмы 27-29 осуществляют изменение соответственно, подачи сырья, греющего пара и отбора конденсата до дос тижения заранее заданных значений содержания спирта в бражном конденсате и потерь спирта с кубовым продуктом, поступающих (на чертеже не показано) в виде постоянных заданий на входе функционального блока 18, П р и м е р 1. В брагоректификационный аппарат с бражной колонной, снабженньй 60 тарелками, на 26 тарел ку через патрубок подвода сырья подают 45 бражки, содержащей 1,2% спирта. Верхнюю часть укрепляющей секции колонны оборудуют 26 клапанными тарелками, емкость которых равна 2 м по жидкости, что составляет от емкости остальных-тарелок колонны. Площадь поперечного сечения верхней части укрепляющей секции сос тавляет 0,25 от площади поперечного сечения остальной части колонны. На 8-й тарелке вьппе патрубка подвода сырья содержание спирта в парах составляет 22-28%. Получают бражной конденсат, содержащий 9§% спирта и 400-600 мг/л суммарного количества органических примесей (органических кислот, эфиров альдегидов и др. веществ, характеризуюир х качество товарного спирта) . После дальнейпсей очистки бражного конденсата на эпкфационной,спиртовой и .метанольной колоннах получают товарный спирт, который по своим физико-химическим показателям не уступает лучшему пищевому спирту марки Экстра, выпускаемому по ГОСТ 5962-67, а по биологическому действию не отличается от пищевых спиртов. Потери спирта в кубовом продукте составляют 0,012%, Затем нач1р1ают подавать бражку с содержанием спирта 1,5%, в результате чего изменяются составы бражного конденсата и кубового продукта, при этом изменение подачи пара,бражки и отбора кондейсата регулирзтот с учетом потерь спирта с кубовые продуктом, определяемым по содержанию спирта в napoBoit фазе кубового продукта, находящегося на 2-5 тарелке отгонной секции колонны. Переходный режим составляет 15-20 мин, после чегополучают бражной конденсат, содержащий 95,1% спирта и 380-600 мг/л суммарных органических примесей. Качество товарного спирта как в переходном, так и в установившемся режиме не изменяется. Потери спирта составляют 0,012%, В переходном режиме они остаются практически на том же уровне. В брагоректификадионньй аппарат, описанный в прототипе с тем же числом тарелок, подают бражку, содержащую 1,2% спирта и получают бражной конденсат, содержащий 90-94% спирта и 800-1500 мг/л суммарных органических примесей. После аналогичной дальнейр1ей -Ьчистки получают товарный спирт, который по своим показателям уступает спирту Экстра и соответствует спирту высщего сорта, выпускаемому по ГОСТ 18300-72, По биологическому действию он хуже пищевых спиртов. Потери спирта в кубовом продукте составляют 0,024-0,025%. Затем начинают цодавать бражку, содержавшую 1,5% спирта. Переходный

7 - 10921 ежим составляет 4-6 ч, при этом в роцессе стабилизации нового режима ачество товарного спирта ниже покаателей для спирта высшего сорта, его потери достигают 0,03-0,04%. В 5 : установившемся режиме получают бражной конденсат крепостью 91-94,5% и 800-1600 мг/л суммарных органических примесей. Из этого бражного конденсата получают товарный спирт высшего 10 сорта, аналогичный спирту прехснего установившегося режима. Его потери составляют 0,025-0,026%.

При использовании изобретения поучают спирт более высокого качества 15 арки Экстра вместо спирта высшего орта по известному методу, при этом отери спирта уменьшаются в два раза, время- переходного режима в 1618 раз.20

Прим ер 2,В колонну брагоректификационного аппарата с.42 колпач- . ковыми тарелками на 26 тарелку через патрубок подводя сырья подают 46 бражки, содержащей 1,1 об. спирта. Верхнюю часть укрепляющей секции колонны оборудуют 12 тарелками, емкость которых составляет 0,9 м, что составляет 0,18 емкости остальных, тарелок. Площадь поперечного сечения верхней части укрепляющей секции - составляет 0,50 от площади поперечного сечения остальной части Колонны. На 5 тарелке вьшю патрубка подвода сырья содержание спирта в паровой 35 фазе составляет 20-22%. Получают бражной конденсат, содержащий 70-72% спирта и 500-600 мг/л суммарных органических примесей. После дальнейшей очистки получают спирт марки 0 Экстра, который по биологическому действшс не отличается от пищевых спиртов, Потери спирта вкубовом продукте составляют 0,011-0,012%.

Затем начинают подавать бражку с 5 содержанием спирта 1,6% и осуществляют регулирование подачи сырья и греющего пара в колонну и отбора конденсата, с коррекцией этих параметров в зависимости от потерь спирта с ку- 50 бовым продуктом, определяемым по содержанию спирта в паровой фазе кубового продукта, находящегося на 2-5 тарелке отгонной секции колонны. Через 15-20 мин при новом установив- 55 щемся режиме получают бражной конденсат, содержащий 71-72% спирта и 300600 мг/л органических при688

месей. Качество товарного спирта как в переходном, так и установившемся режиме не изменяется. Потери спирта составляют 0,011-0,012%. В переходном режиме они остаются практически на том же уровне.

В брагоректификационньй аппарат по способу-прототипу с Тем же числом тарелок подают бражку, содержащую 1,1% спирта, и получают бражной конденсат, содержащий 65-68% спирта и 900-1600 мг/л суммарньпс органических примесей. После аналогичной дальнейшей очистки получают товарный спирт, который по своим показателям уступает спирту Экстра и соответствует спирту высшего сорта. По биологическому действию он-хуже пищевых .спиртов. Потери спирта в кубовом продукте составляют 0,024-0,028%.

Затем начинают подавать бражку, содержап1ую 1,6% спирта. Переходный режим составляет 4-5 ч, при этом качество товарного спирта ниже показателей для спирта высшего -сорта, его потери достигают 0,03-:0,04%. В установившемся режиме получают бражной конденсат с крепостью 66-70% спирта и 900-1500 мг/л суммарных органических примесей. Из бражного конденсата получают товарный спирт высшего сорта, аналогичный прежнему при установившемся режиме. Его потери составляют 0,024-0,028%.

Таким образом, при использовании данного брагоректификационного аппарата получают спирт более высокого качества, при этом потери спирта уменьшаются в два раза, а время переходного режима в 15 раз.

ПримерЗ. В колонну брагсректификационного аппарата с 36 колпачковыми тарелками на 30 тарелку через патрубок подвода сырья подают 42 м /ч бражки, содержащей 1,0% спирта. Верхнюю часть укрепляющей секции колонны оборудуют 4 тарелками, емкость которых равна 0,3 м , что составляет 0,04 от емкости остальных тарелок. Площадь поперечного сечения верхней части укрепляющей секции составляет 0,64 от площади поперечного сечения остальной части колонны. На 3 тарелке выше патрубка подвода сырья содержание спирта в парах составляет 20-22%.

Получают бражной конденсат, содержапщй 42-45% спирта и 800,91

1000 мг/л суммарньпс органических примесей. После дальнейшей очистки по- ц лучают спирт марки Экстра. Потери спирта в кубовом продукте составляют 0,005%..

Затем начинают подавать бражку с .содержанием спирта 1,6% и осуществ ляют регулирование параметров согласно предлагаемому способу. Через 1015 мия при новом установившемся режиме получают бражной конденсат, содержащий 42-45% спирта и 8001000 мг/л суммарных органических примесей. Качество товарного спирта и его потери как в переходном, так и установившемся режиме практически не изменяются.

В брагоректификационный аппарат, описанный в прототипе, с тем же числом тарелок подают бражку, содержащую 1,0% спирта, и получают бражной конденсат, содержащий 40-42% спирта и 1200-1700 мг/л суммарных органических примесей. После аналогичной дальнейшей очистки получают товарный

16810

спирт, который по своим показателям уступает спирту Экстра и соответсвует спирту высшего сорта. Потери спирта в кубовом продукте составляют 0,01%.

Затем начинают подавать бражку, содержащую 1,6% спирта. Переходный период соста1зляет 2-3 ч | при этом качество товарного спирта ниже показателей для спирта высшего сорта, его потери достигают 0,02%. В установившемся режиме получают бражной конденсат крепостью 40-42 и 12001700 мг/л суммарных органических примесей. Из бражного конденсата получают товарный спирт высшего сорта, его потери составляют 0,01%.

Таким образом, при использовании данного технологического режима получают спирт более высокого качества, при этом потери спирта з меньшаются в два раза, расход греющего пара уменьшается на 10.%, а время переходного режима в 12 раз.

1. Брагоректификационный аппарат, содержащий колонну с отгонной и укрепляющей секциями, тарелки для массообмена жидкость-пар, расположенные по высоте колонны, теплообменник, взаимосвязаннь1й системой трубопроводов с укрепляющей секцией колонны, и патрубки, соответственно, для подвода сырья и греющего пара и отвода кубового продукта, 6т л ичающийся тем, что, с елью увеличения выхода готового продукта. повышения его биологической доброкачественнос.ти и снижения энергетических затрат,, площадь поперечного сечения верхней части укрепляющей секции колонны, расположенной вьпче 2-8 тарелки от патрубка подвода сырья составляет 0,25-0,64 площади поперечного сечения остальной части колонны и суммарная емкость тарелок верхней части укрепляющей секции составляет 0,04-0,40 от суммарной емкости остальных тарелок колонны. 2, Способ автоматического управления брагоректификационным аппаратом, предусматривающий регулирование поДачи Ьырья и греющего пара в колонну и отбора конденсата, при этом подачу (Л греющего пара в колонну корректируют С в зависимости от потерь спирта с кубовым продуктом, о т л и ч а ю щ и i1с я тем, что, с целью увеличения выхода готового продукта, повышения его биологической доброкачественности и снижения энергетических затрат, одновременно корректируют подачу сырья и отбор конденсата в зависимости от потерь спирта с кубовым продуктом, причем последние определяют по содержанию спирта в царовой фазе кубового продукта, находящегося на 2-5 тарелке отгонной части колонны.