Брагоректификационный аппарат и способ автоматического управления брагоректификационным аппаратом

 

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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦ)ИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

09) (И) э(д) f12 F 1/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ о

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21 ) 3330601/28-13 (22) 23.09,81 (46) 15.05.84. Бюл. Ф 18 (72) В,Ю. Аристович, Е.Е. Дмитриев, Б.И. Токарев и Ю.А. Цирлин (71) Научно-производственное гидролизное объединение (53) 663.551;414(088.8) (56) 1. Шарков В.И. и др. Технология гидролизных производств. М., "Лесная проь ьппленность", с. 250-258, 1973.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 390137, кл. С 12 F 1/02, 1971.

3. Авторское свидетельство СССР

У 637427, кл. С 12 F 1/02, 1977. (54) БРАГОРЕКТИФИКАЦИОННИИ АППАРАТ

И СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

БРАГОРЕКТИФИКАЦИОННЬК АППАРАТОМ (57) 1. Брагоректи@икационный аппа.рат, содержащий колонну с отгонной и укрепляющей секциями, тарелки для массообмена жидкость-пар, расположенные по.высоте колонны, теплообменник, взаимосвязанный системой тру. бопроводов с укрепляющей секцией колонны, и патрубки, соответственно, для подвода сирья и греющего пара и отвода кубового продукта, Ь т л ич а ю шийся тем, что, с щелью увеличения выхода готового продукта, повыиения его биологической доброкачественности и снижения энергетических затрат,.площадь поперечного сечения верхней части укрепляющей секции колонны, расположенной вьппе 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 управле" ния брагоректификационным аппаратом, предусматривающий регулирование поДаO чи сырья и греющего пара в колонну Е и отбора конденсата, при этом подачу у у греющего пара в колонну корректируют VJ в зависимости от потерь спирта с ку- С бовым продуктом, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью увеличения вы- Я хода готового продукта, повьппения 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 паровой фазе кубового продукта, находящегося на

2-5 тарелке отгонной части колонны.

1092168

Изобретение относится к гидролизной промышленности, а именно к брагоректификационным аппаратам, в частности противоточного типа, установкам для получения этилового спирта и к способам управления ими.

Известен брагоректификационный аппарат для получения конденсата крепостью 20-30Х содержащий колонну с отгонной и укрепляющей секциями, теплообмейник, взаимосвязанный системой трубопроводов с укрепляющей секцией, Колонка снабжена расположенными по ее высоте тарелками для массообмена жщ9сость-пар и патрубка- 15 ми, соответственно, для подвода сырья и греющего пара и отвода кубового продукта Я, Недостатком этого брагоректифнкационного аппарата является невозмож- 20 ность получения товарного спирта высокого качества иэ сырья, содержащего менее 3Х спирта, поскольку с кубовым продуктом при содержании спирта выше ЗОЖ удаляются основные 25 примеси (органические кислоты, эфиры и др.). Известен способ автоматического управления брагоректификационным аппаратом, предусматривающий регули- 30 рование подачи сырья, греющего пара, отбора конденсата, определение отклонений содержания спирта в конденсате и изменений подачи сырья в зависимости от установленного от- 35 клонения, 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 f2).

Одним из недостатков указанных брагоректификационного аппарата и .способа управления является невозмож-. ность обеспечения наиболее полного извлечения спирта из сырья, например, при колебаниях содержания спиРта в нем, из"за отсутствия непрерыв50 ного контроля за потерями спирта с кубовым продуктом и состветствующей корректировки технологического режи-. ма. Поскольку используемое сырье (бражку) получают на основе сбражива55 ния раствора сахаров, получаемых, в свою очередь, с помощью периоди. чески работающих гидролиз-аппаратов, то неритмичность потока и нестабильность условий проведения процесса гидролиэа приводит к значительным колебаниям содержания спирта в сырье, которые достигают 50-60Х.

Особенно остро этот недостаток проявляется при использовании сырья с с содержанием спирта менее ЗЖ, когда даже небольшие по абсолютному значению потери спирта с кубовым продуктом, например 0,ОЗХ, ведут:к значительному уменьшению (на 1-1,5X) 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 корректируют в зависимости от потерь спирта с кубовым продуктом и брагоректификационный аппарат, содержащий колонну .с отгбнной частью и укрепляющей секцией, тарелки для маесообмена 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 f3).

Недостатком брагоректификационного аппарата и .способа его управления является то, что они не обеспечивают возможности снижения энергетических затрат, повышения библогической доброкачественности конечного продукта и увеличения его выхода, поскольку конструкция аппарата и спос соб управления им не обеспечивают выполнения основных 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 запаздывания реакции системы на изменение контролируемых параметроВ 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 2-3Х, а выход

10921

3 готового продукта за.счет этого уменьшается на 1,5-2,5%.

Целью изобретения является увеличение выхода готового продукта, повьппение его биологической доброкачественности и снижение энергетических затрат, Поставлениая цель достигается тем, что в брагорактификационном аппарате, содержащем кОлонну с отгонной и ук- 10 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 сос-pg тавляет 0,04-0,40 от суммарной емкости остальных тарелок колонны.

Согласно способу автоматического управления брагоректификационным анпаратом, предусматривающему регулирование 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 сырья и

35 отбор конденсата в зависимости от потерь спирта с кубовым продуктом, причем последние определяют по содержанию спирта в паровой фазе кубового продукта, находящегося на 2-5 тарелке отгонной секции колонны.

На чертеже схематично. изображен брагоректификационный аппарат с системой, реализующей способ автомати" 45 ческого управления им.

Браг оректификационный аппарат состоит из бражной колонны 1 и теплообменника 2. Колонна состоит из корпуса 3 с установленными внутри 50 корпуса по всей его высоте тарелками 4 для жидкости, снабженными отвер" стиямп 5 для прохода пара и стаканами 6 для перетока жидкости с тарелки на тарелку, Колонна 1 снабже- 55 на патрубком 7 для подвода сырья в колонну, который разделяет колонну

1 по ее высоте на укрепляющую секцию 8 и отгонную секцию 9, а также натрубком 10 для подвода греющего пара и патрубком 11 для отвода кубового продукта. При этом укрепляющая секция 8 состоит из двух частей: верхней части 12, расположенной вьппе

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. Секция (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) брагорекгификационной установки, После верхней тарелки 4 нижней части 13 укрепляющей секции 8 колонны 1 содержанне 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. греющий 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 умекьшаемим содержанием спирта последова". eëünî перетекает сверху вниз через стаканы 6 для перетока жидкости с тарелки на тарелку. Укрепленные пары с содержанием 40-95% спирта через отверстие в крьппке 14 колонии по трубопроводу 15 поступают в паровую секцию теплообменника 2, в котором конденсируются, образуя бражной конденсат, поступающий в полость теплообменника 2 для бражного конденсата. Часть бражного конденсата возвращают в виде флегмы на верхнюю тарелку 4 колонны 1 по трубопроводу

16, а остальную часть конденсата направляют по трубопроводу li на по,следующую очистку для получения товарно о спир а.

1092168

Управление брагоректификационным аппаратом осуществляют следующим об,разом.

На вход функционального блока 18 . подают сигналы, пропорциональные за- 5 данным значениям содержания спирта в бражном конденсате и потерь спирта

s кубовом продукте — задания, Сигналы с датчика 19 содержания 10 спирта в бражном конденсате и с, датчика 20 потерь спирта с кубовым продуктом, определяемых путем измерения содержания спирта в паровой фазе продукта, юаходящегося на 2-5 тарелке отгонной части колонны 1, подают на вход функционального блока

18, где определяют отклонения указанных 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 ?2 контура регулирования 2g подачи греющего пара и на регулятор

23 контура регулирования отбора конденсата. Указанные регуляторы на основе сравнения заданий, поступающих в виде сигналов от функционального блока 18, с сигналами от датчиков

24-26, соответственно, расхода сырья, греющего пара и конденсата, формируют сигналы на управление исполнительными механизмами соответствующих контуров. При этом исполнительные механизмы 27-?9 осуществляют изменение, соответственно, подачи сырья, греющего пара и отбора конденсата до дсстижения заранее заданных значений содержания спирта в бражном конденсате и потерь спирта с кубовь|м про" дуктом, поступающих (на чертеже не показано) в випе постоянных заданий на входе функционального блока 18.

Пример 1. В брагорекгификационный аппарат с бражной колонной, снабженный 60 тарелками, на 26 тарелку через патрубок подвода сырья подают 45 м /ч бражки, содержащей 1,2 спирта. Верхнюю часть укрепляющей секции колонны оборудуют 26 клапанными тарелками, емкость которых равна 2 м по жидкости, что составляет

Ъ

0;4 от емкости остальных тарелок колонны. Площадь поперечного сечения ,верхней части укрепляющей секции составляет 0,25 от площади поперечного сечения остальной части колонны. На

8-й тарелке вьш е патрубка подвода сырья содержание спирта в парах составляет 22-28 .

Получают бражной конденсат, содержащий 95% спирта и 400-600 мг/л суммарного количества органических примесей (органических кислот, эфиров альдегидов н др. веществ, характеризующих качество товарного спирта). После дальнейшей очистки бражного конденсата на эпюрационной,спиртовой и,метанольной колоннах получают товарный спирт, который по своим физико-химическим показателям не уступает лучшему пищевому спирту марки

"Зкстра", выпускаемому по ГОСТ

5962-67, а по биологическому действию не отличается от пищевых спиртов.

Потери спирта.в кубовом продукте составляют 0,012Х.

Затем начинают подавать бражку с содержанием спирта 1,5, в результате чего изменяются сос авы бражного конденсата и кубового продукта, при этом изменение подачи пара,Г>ражки и отбора кондейсата регулируют с учетом потерь спирта с кубовым продуктом, определяемым по содержанию спирта в паровой фазе кубового продукта, находящегося на 2-5 тарелке отгонной секции колонны. Переходный режим составляет 15-20 мин, после чего получают бражной конденсат, содержащий

95,l 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

0,012Х. В переходном режиме они остаются практически на том же уровне, В брагоректификационный аппарат, I описанный в прототипе с тем же числом тарелок, подают бражку, содержащую

1,2 спирта и получают бражной конденсат, содержащий 90-94 спирта и

800-1 500 мг/л суммарных органических примесей. После аналогичной дальнейшей Ьчистки получают товарный спирт, который IIO своим показателям уступает спирту "Зкстра" и соответствует спирту высшего 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 подавать бражку, содержащую 1,5Х спир;а. Переходный

7 1092 режим составляет 4-6 ч, при этом в процессе стабилизации нового режима качество товарного спирта ниже показателей для спирта высшего сорта, его потери достигают 0,03-0,04Х. В установившемся режиме получают бражной конденсат крепостью 91-94,5 и

800-1600 мг/л суммарных органических примесей. Из этого бражного конденсата получают товарный спирт выснего 10 сорта, аналогичный спирту прежнего установившегося режима. Его потери составляют 0,025-0,026Х.

При использовании изобретения получают спирт более высокого качества 15

11 т1 марки Экстра вместо спирта высшего сорта по известному методу, при этом потери спирта уменьшаются в два раза, а время переходного режима в 1618 раз. 20

Пример 2, В колонну брагоректификационного аппарата с.42 колпач- . ковыми тарелками на 26 тарелку через патрубок подвода сырья подают 46 мэ/ч 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 выше патрубка подвода сырья содержание спирта в паровой 35 фазе составляет 20-22Х. Получают бражной конденсат, содержащий 70-72 спирта и 500-600 мг/л суммарных органических примесей. После дальней:шей очистки получают спирт марки 40

"Экстра", который по биологическому действик1 не отличается от пищевых спиртов. Потери спирта в кубовом продукте составляют 0,011-0,012Х.

Затем начинают подавать бражку с содержанием спирта 1,б 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 шемся режиме получают бражной конденсат, содержащий 71-72 спирта и 300600 мг/л суммарных органических при168 8 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 брагоректификационный аппарат по способу-прототипу e тем же числом тарелок подают бражку, содержащую

1,1Х спирта, и получают бражной конденсат, содержащий 65-68Х спирта и

900-1600 мг/л суммарных 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, содержащую 1,6Х 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 установивнемся режиме получают бражной конденсат с крепостью 66-70Х 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 0,024-0,028Х.

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, Пример 3. В колонну брагоректификационного аппарата с 36 калпачковыми тарелками на 30 тарелку через патрубок подвода сырья подают

42 м /ч бражки, содержащей 1,0 . спирЭ та. 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, содержащий 42-45Х спирта и 8009 1092

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

Затем начинают подавать бражку с .содержанием спирта 1,6Х и осуществ:ляют регулирование параметров соглас- но предлагаемому способу, Через 1015 мин при новом установившемся ре- 1р жиме получают бражной конденсат, содержащий 42-45Х спирта и 8001000 мг/л суммарных органических при" месей, Качество товарного спирта и его потери как B 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 40-42Х спирта и 1200-1700 мг/л суммарных органических примесей. После аналогичной дальнейшей очистки получают товарный

168 .10 спирт, который по своим показателям уступает спирту "Экстра" и соответствует спирту высшего сорта, Потери спирта в кубовом продукте составляют 0,0.! .

Затем начинают подавать бражку, содержащую 1,6Х спирта. Переходный период составляет 2-3 ч, при этом качество товарного спиртй ниже показателей для спирта высшеГО сорта, его потери достигают 0,027.. В установившемся режиме получашт бражной конденсат крепостью 40-42Х и 12001700 мг/л суммарных органических примесей. Из бражного конденсата получают товарный спирт высшего сорта, его потери составляют 0,01Х.

Таким образом, при использовании данного технологического режима пою лучают спирт более высокого.качества, при этом потери спирта уменьшаются в два раза, расход греющего пара уменьшается Hà 10Х, а время переходного режима в 12 раз.. 1092168 л, л..а P т

Филйал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Редактор Т. Колб Техред .А.Кикемезей . Корректор С.Шекмар

Заказ 3207/16 Тираж 522 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035 Москва Ж-35 Ра ская наб. д. 4/5