Совершенствование процесса получения высококачественного спирта методом замкнутой ректификации Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

'ИЯ, № 4, 2000

Таблица

'оизводитель-ть по утфелю 1-й криетал-изации, т/ч

3,5

4-5

5

6-7 4 ■

8-10

9-12

1ающие вли-эорм фильт-шна немилости цент-выгрузкой IX условиях пропорцио->ующего си-

ШХ центри-изводитель-эстями кон-:кольку уве-достигается величением оре, устрой-онструктив-:а стать раз-довательно,

ш ротор ло-1СТВИЯ с че-ыьтрующая - приемник 5,6,7 — радиальные 10, на валу [ый утфель ■ на ускори-

ИЗВЕСТИЯ ВУЗОВ. ПИЩЕВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ, № 4, 2000 81

тельную чашу, увлекается во вращательное движение и под действием центробежной силы поднимается на пластины распределителя. Зазор между пластинами выбирается таким образом, чтобы не допустить перегрузки фильтрующего сита.

Если производительность центрифуги меньше номинальной, то под нагрузкой работают нижние ярусы ротора. При повышении производительности повышается и-уровень заполнения распределителя утфеля, следорательно, большая часть фильтрующей поверхности многоярусного ротора вводится в работу. На фильтрующем сите происходит разделение утфеля на кристаллический сахар и межкристальный раствор. Последний вытекает в кольцевые камеры, а затем через радиальные отверстия направляется из ротора в приемники оттека. Кристаллы сахара, двигаясь вдоль сита, очищаются и отводятся из ротора. Длина фильтрующего сита всех ярусов ротора выбирается оптимальной для номинальной удельной нагрузки из условия получения качественного сахара. По мере

изменения качества утфелей с возрастанием ступеней кристаллизации необходимо увеличивать диаметр ротора или частоту его вращения. Величина производительности таких центрифуг функционально зависит от ширины фильтрующего сита согласно уравнению (22). Полученный результат позволяет значительно увеличивать номинальную производительность центрифуг.

ЛИТЕРАТУРА

1. Сапронов А.Р. Технология сахарного производства. — М.: Колос, 1998. — 495 с.

2. Подготовка к центрифугированию утфеля последнего продукта на непрерывнодействующих центрифугах / И.Н. А'киндинов, Н.А. Люсый, Е.Г. Волкова и др. // Сахарная пром-сть. — 1975. — № 10. — С. 14-17.

3. Андреев В.Г., Коломиец В.Ф. Исследование геометрических параметров фильтровальных роторов непрерывнодействующих центрифуг // Сахарная пром-сть. — 1973. — № 3. — С. 25-28.

Лаборатория кристаллизации

Поступила Q9.06.2000 г.

• I ■ ‘к: "П.П г; : <-'■■■■ ■ ■ . : Г'Л> ‘

663.55

‘ ' : СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ , ВЫСОКОКАЧЕСТВЕННОГО СПИРТА МЕТОДОМ -- ЗАМКНУТОЙ РЕКТИФИКАЦИИ

Е.Н. КОНСТАНТИНОВ,1 А.И. ФРИДТ, А.А. ФРИДТ

.,-,В последние годы с появлением небольших акционерных предприятий возрос интерес к периодическому способу получения пищевого этилового спирта. Это объясняется тем, что данные предприятия не могут организовать непрерывную работу ректификационных установок.

Предельным режимом периодической ректификации, обеспечивающим максимальный выход сортового спирта, является режим замкнутой ректификации [1]. В этом случае дистиллят отводится из установки не постоянно, а порциями путем опорожнения рефлюксной емкости через определенные интервалы времени. Несмотря на достоинства этого способа разделения спиртосодержащих смесей, его широкое применение сдерживается тем, что для получения спирта высокого качества интервалы времени между отборами порций дистиллята должны быть значительны. Это существенно увеличивает время гонки, а следовательно, и энергозатраты.

В смежных отраслях промышленности при разделении периодической ректификацией сложных многокомпонентных смесей для удаления примесей используются двухсекционные колонны с промежуточной емкостью между секциями [2-4]. Это позволяет значительно, быстрее, чем при обычной периодической ректификации, получать фракции тяжелолетучих, промежуточных и легколетучих компонентов.

Цель настоящей работы — исследование возможности получения высококачественного спирта в двухсекционной колонне с промежуточной емкостью между секциями, работающей в режиме замкнутой ректификации.

Исследование проведено с помощью математической модели стационарного режима замкнутой ректификации [5]. В качестве разделяемой смеси была принята модельная смесь, включающая 20 примесей, характерных для спирта-сырца, получаемого из мелассы. При этом суммарное содержание альдегидов, эфиров, высших спиртов и кислот принято максимально допустимым в соответствии с ГОСТ на спирт-сырец. Расчеты проводили для исходного сырья с различной крепостью спирта: 35, 50 и 88 об.%. Объем исходной смеси принимался равным 4000 л. Число теоретических тарелок изменялось от 20 до 40. Объем жидкости на теоретической тарелке принимался равным 20 л.

Анализ профиля концентраций примесей по высоте колонны показал, что для колонн с различным числом тарелок и исходных смесей с различи ной крепостью спирта высшие спирты и кислоты сосредоточены практически полностью в нижней части колонны. Их содержание в верхней части колонны ничтожно мало и не сказывается на качестве дистиллята.

Качественно другая картина наблюдается для альдегидов и эфиров. Для исходных смесей с крепостью спирта 35 и 50 об.% имеется максимум концентрации этих примесей на третьей снизу теоретической тарелке и минимум — в верхней части колонны. При этом тарелки, на которых наблюдается минимум концентраций альдегидов, находятся выше тарелок с минимумом концентраций эфиров. Для исходной смеси с крепостью спирта 88 об.% отсутствует максимум концентраций этих примесей. Однако наблюдается ярко выраженный минимум их концентраций, :

82

ИЗВЕСТИЯ ВУЗОВ. ПИЩЕВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ, № 4, 2000

ИЗВЕ(

Таблица

Крепость спирта в Число теоретических Оптимальное Варианты получения спирта .

расположение промежу- ■ 1-го-сорта Высшей очистки Экстра . , Люкс

исходном смеси, об.% тарелок в колонке точной емкости, номер тарелки Количество отборов дистиллята объем, л количество отборов дистиллята объем, л количество отборов дистиллята объем,; л количество отборов дистиллята объем, л

35 20 30 20 2 760 6 360 7 260 9 ■! 60

40 24 1 660 2 560 3 460' . 4 360

50 20 ■: Г— — - — — — —, —- — —

30 23 4 1190 10 590 12!' 390 — — ■'

. 20 ' 30 24 ' 1 1285 : 3 1085 4' ; ч!' 985.; 6 785

22 ,6 „2560 , „17, 1460 20 1160 — —

40 26 2 2810 7 2310 9 2110 12 ШО

Для всех рассчитанных вариантов по мере возрастания суммарного объема дистиллята (или номера отбираемой порции) наблюдается увеличение значения максимума концентраций альдегидов и эфиров и уменьшение значения минимума их концентраций вплоть до значений, соответствующих требованиям ГОСТ на сортовой спирт. Это свидетельствует о принципиальной возможности получения качественного спирта в емкости, расположенной в средней части колонны.

Для проверки этой гипотезы была проведена серия расчетов, в которых варьировалось расположение промежуточной емкости. Оказалось, что в колонне с 20 теоретическими тарелками при любом расположении промежуточной емкости не удается получить в ней спирт даже Ьго сорта, так как содержание эфиров в спирте превышает требования ГОСТ. В колонне с 30 и 40 теоретическими тарелками можно1 получать, в п{юмежуточной емкости спирт любого сорта при разделении исходной смеси с любой крепостью спирта. При. этом чем выше сорт получаемого спирта, тем меньше его объем. Оптимальное расположение промежуточной емкости находится приблизительно на месте теоретической тарелки, разделяющей колонну по высоте в соотношении 2:1, считая снизу. Такое расположение промежуточной емкости обеспечивает максимальный объем получаемого спирта.

В таблице приведены возможные варианты получения в промежуточной емкости спирта различных сортов при отборе дистиллята из рефлюксной емкости порциями, по 100 л. Например, при разделении исходной смеси с крепостью спирта 35 об.% в колонне с 40 теоретическими тарелками в промежуточной емкости, расположенной на месте 24-й тарелки, получается 660 л спирта Ьго сорта сразу же при выходе колонны на стационарный режим после пуска установки, т.е. без, отбора, дистиллята из рефлюксной емкости. Если произвести один отбор дистиллята, то в промежуточной емкости останется 550 л спирта, но уже сорта Высшая очистка. После отбора двух и трех порций

дистиллята объем спирта в промежуточной емкости станет равным 460 и 360 л сортов Экстра и Люкс соответственно.

Сравнение способа получения спирта в промежуточной емкости с получением его путем последовательных отборов дистиллята из рефлюксной емкости позволяет отметить следующее. Последний способ обеспечивает более высокий выход сортового спирта. При этом способе в ходе одной гонки мбжно получать спирт различного качества от 1-го сорта до сорта Люкс. В промежуточной емкости Можно получать спирт только одного сорта. •

Так, прк разделении смеси с крепостью спирта 50 об.% в колонне с 40 теоретическими тарелками путем последовательного отбора дистиллята порциями по 100 л в ходе одной гонки можно получить 200 л спирта 1-го сорта, 100 л спирта сорта Высшая очистка и 1000 л спирта сорта Люкс. В такой же колонне с промежуточной емкостью можно получить 1285 л спирта l-ro сорта либо 1085 л спирта сорта Высшая очистка, 985 л спирта сорта Экстра либо 85 л спирта сорта Люкс.

Однако при получении спирта путем последовательного отбора дистиллята из рефлюксной емкости в ходе одной гонки необходимо сделать 13 отборов дистиллята при отборе сортового спирта и. 5 предварительных отборов для сброса эфироальдегидной фракции. При получении спирта в промежуточной емкости 1-й сорт получается уже при,: первом отборе дистиллята из рефлюксной емкости. После двух отборов дистиллята спирт в промежуточной емкости соответствует сорту Высшая очистка, после трех отборов — сорту: Экстра, после пяти отборов — сорту Люкс.

Таким образом; даже при получении спирта сорта Люкс наличие промежуточной емкости позволяет сократить время- процесса разделения более чем в 3,5 раза. Это значительно снижает удельные энергозатраты на производство сортов, спирта. . , I ^ _

1. Ст]

Ра*

тра

2. Деі

очи

3. Да!

ска! цио вы :

П.А. к

Кубане

Дл? ны в б го дет грева услов] ное КС углею нии. Е а на с межт{ паров компо ется п бражв Воп труба? газа и ющих сифик

ИЗ СК|

завих[ достиг на свя стегеї-' чйтель наблю из тон по тр; колебг вследс стеноп может

МЫШЛ(

Нам

ВОЛОЧЇ

метрои

гам.-і ша

Г ~

І Ун'"

Uliij

Tfiri uSifV,

рк . t і iff

■VI

>S->

I

7fifj

, ІЯМ

"ІНОИ

'H Sklttj ll /■s U

,ТСЧ ІКІДІС |^ЙСИ? K'^r :c Пеіїїйд ю:к. иi.-i:0.-і?! ОДШН

fcj

'йиут::-1 нпіг uj. щ£ ґП[і-

irm іг’нрті

I LC.iPjIu.^m і JFT3 ППрЦИ-CJ ПЫ у ihlb Г;: ЗыСШё.Я

J' IU*L4'.K? 40* НО noil; .1 £uK[r$$ рті 3-іаТІІ

fiit'K

heijs fb Г4 '1 рПІТрМ II Эф.1 pJt.

Г[. -.: H n v. --

:? іг;и

•£ (=’Н/ґі--ц.

і r poh&riy

, ОІГнЯ ЯЛГГГ-

:гр-:л ииґ- •>

KH LiljipLlI «касту гп^-lltLiUt r;G-[l СЧУЧіїСІ I !■ I ГП|ШУ1

ИЗВЕСТИЯ ВУЗОВ. ПИЩЕВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ, № 4, 2000

ЛИТЕРАТУРА

1. Стрельцов Л.В., Жаворонков Н.М., Зельвенский Я,Д.

Расчет замкнутой схемы ректификации при любых концентрациях продукта / / Теор. основы хим. технол. — 1969. — 3. — № 2. — С. 302.

2. Девятых Г.Г., Еллиев Ю.Е. Введение в теорию глубокой очистки веществ. — М.: Наука. 1981.

3. Давыдяк А.Г., Кива В.Н., Платонов В.М. Периодическая ректификация многокомпонентных смесей в двухсекционной колонне со средним резервуаром / / Теор. основы хим. технол. — 1992. — 26. — № 4. — С. 467.

83

4. Batch distillation in a column with a middievessel / A.G. Davidyak, V.N. Kiva, Q.A. Meski, M. Morari / / Chem. Eng. Sci. — 1994. — 49. — Л» 18. — P. 3033.

5. Фридт A.A., Фридт А.И., Константинов E.H. Моделирование стационарного режима замкнутой ректификации многокомпонентных неидеальных смесей / / Сб. науч. тр. Совершенствование процессов пищевой пром-сти. Технология и процессы пищевых производств. Ч. 2. — Краснодар: Изд-во КубГТУ, 1997, — С. 19.

Кафедра процессов и аппаратов пищевых производств

Поступала 28.03,2000 г.

621.565.94.001.57

МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕПЛООБМЕННИКА СО СПИРАЛЬНЫМИ ПРУЖИНАМИ ДЛЯ ПОДОГРЕВА БРАЖКИ ПАРАМИ БРАЖНОГО ДИСТИЛЛЯТА

П.А. АЛЕКСЕЕВ, Е.А. ГАЙВАНСКИЙ

Кубанский государственный технологический университет

Для рекуперации теплоты паров бражной колонны в брагоректификационной установке косвенного действия используются теплообменники подогрева бражки. Они работают в специфических условиях. Во-первых, бражка содержит значительное количество твердых примесей и растворенный углекислый газ, который выделяется при нагревании. В итоге в трубах возникает трехфазный поток, а на стенках образуются отложения. Во-вторых,, в межтрубном пространстве конденсируется смесь паров воды и спирта в присутствии инертного компонента — С02. Последний частично выделяется при нагреваний ^бражки и окончательно — в бражной колонне.

Вопросы интенсификации тепломассообмена в трубах, в том числе при прямоточном движении газа и жидкости, подробно рассмотрены в обобщающих справочниках [1, 2]. Из всех методов интенсификации можно выделить применение вставок из скрученной ленты [3], пружин [4] й других завихрителей [5—7]. В большинстве этих случаев достигаемый эффект интенсификации теплообмена связан с возрастающим в значительно большей степени гидравлическим сопротивлением. Незначительный рост гидравлического сопротивления наблюдается при применении спиральных вставок из тонкой упругой проволоки. Среда, движущаяся по трубкам, заставляет спирали вибрировать и колебаться в осевом и радиальном направлениях, вследствие чего осуществляется полная очистка стенок труб от отложений. Данное устройство может быть без особых затрат установлено в промышленных теплообменных аппаратах.

Нами проведены опыты по использованию проволочных пружин для теплообменных трубок диаметром <1 20-50 мм.

Опыты проводили на Нарткалинском химическом комбинате. Проволочную спираль изготавливали из пружинной стали. Диаметр проволоки варьировали от 0,3 до 1,2 мм в зависимости от диаметра теплообменной трубки. В каждом конкретном случае в опытах участвовали две теплообменных трубки одного и того же диаметра длиной 3 м. Одна была оснащена спиральной пружиной (рис. 1: / — трубка теплообменника, 2 — скоба, 3 — спираль), другая была полой. Спиральную пружину прикрепляли к скобе посредством точечной контактной сварки. Две однотипных теплообменных трубки монтировали перед теплообменником, служащим для подогрева сырья, предназначенного для разделения в бражной колонне. Обе трубки участвовали в процессе непрерывно в течение 480 ч. По завершению опыта трубки демонтировали и пропаривали водяным паром, при этом конденсат со взвешенными в нем отложениями поступал в емкость. Смесь профильтровывали и определяли количество отложений, которые накапливались в процессе проведения опытов на внутренней поверхности теплообменных трубок.

На рис. 2 представлены зависимости объема отложений от времени испытаний теплообменных трубок различного диаметра, оснащенных спиральными пружинами и без них. Графики показывают, что даже после 400 ч эксплуатации отложения в трубках со спиралью (кривые /) весьма незначительны, тогда как для трубок без пружин (кривые 2) они достаточно существенны.

Эффект очистки можно объяснить следующим образом. В межтрубном пространстве подогревателя конденсируются пары бражного дистиллята при температуре порядка 90°С, а в трубах бражка нагревается до 60-70°С. При таком мягком режиме исключены пригары, поэтому увеличение поперечных пульсаций скорости в пограничном слое способствует уменьшению прилипания к стенке трубы твердых частиц. Вместе с тем трехфазный поток жидкость—твердые включения—углекислый газ пульсирует, вызывая колебания спирали.

Представляет интерес вопрос о влиянии спиральных вставок на коэффициент теплоотдачи от внутренней стенки трубы к жидкости. Нами проведено исследование теплоотдачи в медной трубе внутренним диаметром 22 мм длиной 3 м без спирали,и со спиралью диаметром проволоки 0,3