Установка для получения спирта
Изобретение относится к пищевой и химической промышленности, а именно к производству спирта. Установка содержит блок помола, предназначенный для размалывания зерновых в муку с отделением, по меньшей мере, части окружающих ядра оболочек, блок разжижения, блок ферментации, блок перегонки и блок сушки. Отделенные оболочки из блока помола подаются в блок сушки в качестве среды-носителя для сушки барды. Блок сушки содержит сушилку для окончательной сушки барды с точкой росы свыше 95°С, предпочтительно 100-105°С. Отходящее тепло сушилки и молекулярного сита, обезвоживающего спирт-сырец, в качестве технологического тепла подается в блок перегонки. Изобретение обеспечивает снижение расхода энергии при производстве спирта. 19 з.п. ф-лы, 5 ил.
Изобретение относится к пищевой и химической промышленности, в частности к установке для получения спирта из углеводо- или сахаросодержащего сырья.
Промышленное получение спирта, в частности этилового, из углеводо- и/или сахаросодержащих растительных видов сырья традиционными способами, предусматривающими разжижение сырья, сбраживание с получением бражки и последующую перегонку спирта-сырца, является энергоемким, в частности, в том случае, когда образующаяся во время перегонки барда в качестве остатка сушится для получения кормов для животных и пр.
Так, например, для производства одного литра безводного этилового спирта и сухой барды требуется от 7 до 8 кг водяного пара. В итоге энергия, необходимая для получения спирта обычными способами, превосходит запас энергии спирта и в соответствии с этим становится нерентабельным применение спирта в качестве горючего для двигателей, например, автомобильных, при соотнесении с общим энергетическим балансом.
Из US 4287304 известно отделение оболочек при размалывают зерновых, разжижения только полученной из ядер муки и сбраживание в бражку. Однако в этом известном источнике информации не раскрыта идея использования оболочек в качестве среды-носителя для высушиваемой в сушилке барды и использования отработавшего пара сушилки для обогрева перегонной колонны. Сушка барды упомянута только как возможность без учета критериев точки росы этой сушилки.
Ближайшим аналогом заявленного изобретения является известная из DE 3204910 установка для получения спирта из зернового сырья, содержащая блок помола для размалывания в муку, по меньшей мере, содержащих крахмал и/или сахар ядер зерновых, блок разжижения для приведения муки в удобное для переработки состояние разжиженного сырья, блок ферментации для сбраживания разжиженного сырья в бражку, блок перегонки для отделения спирта от бражки и блок сушки образующейся в блоке перегонки барды. Таким образом, в указанном документе поясняется установка для получения спирта, у которой сухое зерно размалывается в сырьевой мельнице, разжижается с добавлением нейтрализованной бардяной воды и возвращенной из перегонной установки воды и сбраживается в бражку. Образующаяся в перегонной установке барда разделяется посредством декантатора на возвращаемую фракцию бардяной воды и твердую фракцию. Также поясняется, что сопровождаемая отделением твердой фракции (протеины) потеря жидкости процесса должна компенсироваться свежей водой. Однако возможно снова возвратить в контур возникающую при сушке протеинов воду.
В известном документе не предусмотрен возврат энергии отработавшего пара и не рассматривалась возможность введения возвращенной из сушилки воды в процесс получения спирта.
Задачей изобретения является отыскание пути получения спирта, в частности этилового, и сухой барды из растительных видов сырья при меньших затратах энергии, чем в настоящее время.
Неожиданный эффект заключается в эффективной «окончательной сушке» барды посредством сушилки, которая при точке росы свыше 95°С создает отработавший пар, способный обогревать перегонную колонну установки, т.е. колонну, выгоняющую спирт из бражки. Кроме того, согласно заявленному изобретению оболочки зерновых не размалываются в муку и соответственно также не сбраживаются в бражку. Оболочки не повышают также долю твердых веществ высушиваемой затем в сушилке барды, а подаются к сушилке в сухом виде непосредственно как среда-носитель при сушке барды. Сушилка, следовательно, имеет меньшие габариты и функционирует при значительно меньших энергозатратах.
Изобретение исходит от традиционной установки для получения спирта из растительных видов сырья, состоящей из: блока ферментации для сбраживания разжиженного сырья в бражку, блока перегонки для отъема спирта от бражки и блока сушки барды, образующейся в блоке перегонки.
Для изобретения важное значение имеют несколько аспектов, которые раздельно или в сочетании обеспечивают возможность существенно более дешевого получения спирта, в частности этилового, на основе углеводо- и/или сахаросодержащих растительных видов сырья, таких, например, как кукуруза, пшеница, сорго обыкновенное, а также меласса. Спирт и сухую барду становится возможным получать при значительно меньшей затрате энергии, в частности при менее чем на 50% меньшей затрате энергии по сравнению с затратой в настоящее время.
Согласно первому аспекту проблема, лежащая в основе изобретения и связанная с получением спирта из зерновых, как, например, кукуруза или пшеница и пр., решается за счет того, что предусмотрены блок помола для размалывания в муку содержащих крахмал и/или сахар ядер зерновых с отделением, по меньшей мере, части окружающих ядра оболочек и блок разжижения для перевода муки в удобное для переработки состояние и что отделенные оболочки подаются в блок сушки в качестве среды-носителя для сушки барды. Если вместе с образующимися в виде отрубей и пр. оболочками определенный процент сбраживаемого углевода или сахара сырья не подвергнется процессу сбраживания, то это компенсируется за счет того, что бражка будет содержать больше сбраживаемых углеводов и сахара, вследствие чего возможна перегонка спирта большей крепости. Одновременно снижается расход энергии в блоке перегонки.
В традиционных, используемых для сушки барды сушилках часть сухой барды возвращается в качестве материала-носителя в процесс сушки. Согласно настоящему изобретению эту долю можно уменьшить или полностью от нее отказаться, так как в качестве среды-носителя в сушилку непосредственно отводятся отделенные во время помола оболочки (мякина или отруби). Поскольку после своего отделения оболочки не направляются на разжижение, т.е. они не подлежат сушке, то снижается потребление энергии сушилкой и могут применяться менее крупные сушилки, чем до настоящего времени.
Для обеспечения достаточного отделения оболочек в блоке помола целесообразно применять вальцовую или ударно-струйную мельницу. В качестве оптимума между усовершенствованием процесса сушки, с одной стороны, и обеспечением достаточного выхода спирта, с другой стороны, выяснилось, что весовое соотношение между долями отделенных оболочек и муки составляет от 1:9 до 2:8. Средний класс крупности зерновых, размолотых в блоке помола, должен составлять более 0,2 мм, оптимально 0,5-1 мм.
Крахмал, содержащийся в растительном исходном материале и являющийся в большинстве случаев зернистым, при получении спирта необходимо разжижать или переводить в удобное для переработки состояние. Традиционно это проводится с помощью пара при добавке ферментов, которым мука или при необходимости мучная взвесь нагревается до температуры, превышающей температуру клейстеризации муки, определяемую исходным материалом. После выдержки, необходимой для ферментативного разжижения, образовавшаяся на стадии разжижения «сладкая бражка» подлежит повторному охлаждению. При необходимости наряду с разжижением может также проводиться предварительная ферментация или осахаривание.
На обычных блоках разжижения крахмал нагревают до температуры свыше температуры клейстеризации с помощью пароструйного, питаемого острым паром нагревателя за одну операцию. При разжижении потребляется сравнительно много энергии.
Согласно другому предпочтительному варианту выполнения изобретения расход энергии в блоке разжижения существенно снижен, если этот блок содержит конденсатор, который подмешивает пар в продуктовый поток измельченного сырья или его взвесь и содержит, по меньшей мере, один смеситель, а также расположенный за конденсатором пароструйный инжектор, подающий в продуктовый поток острый пар, и расположенный за пароструйным инжектором, содержащий, по меньшей мере, одну расширительную ступень холодильник для продуктового потока. Конденсатор подает в продуктовый поток расширяющийся пар из холодильника, т.е. использует энергию, рекуперированную в холодильнике из продуктового потока, для частичного нагрева этого потока при разжижении. В предпочтительном варианте выполнения конденсатор выполнен с возможностью нагревания продуктового потока до температуры ниже температуры клейстеризации сырья, в результате чего требуется, чтобы пароструйный инжектор обеспечивал тепловой энергией, например, за счет острого пара, только при остаточном нагреве до температуры свыше температуры клейстеризации. На этой операции остаточного нагрева расходуется сравнительно мало энергии.
Предпочтительно, чтобы, по меньшей мере, холодильник был выполнен многоступенчатым, при этом конденсатор подает в продуктовый поток, по меньшей мере, расширяющийся пар из первой расширительной ступени холодильника. При выполнении конденсатора одноступенчатым, а холодильника двухступенчатым аппаратные затраты остаются сравнительно низкими. Расширяющийся пар из второй ступени холодильника также может быть утилизирован для технологических нужд.
Используется также положение, когда температура клейстеризации, при которой начинается разжижение крахмала сырья, составляет порядка 90°С, в то время как для последующего осахаривания требуется температура лишь около 60°С, а температура ферментации при последующем образовании бражки составляет только 35-40°С. Во время выдержки, необходимой для ферментативного сжижения и составляющей от нескольких минут до около 1 часа, тепловые потери могут предупреждаться соответствующими мерами по изоляции. Особым преимуществом при использовании обогреваемого расширяющимся паром конденсатора является то, что отсутствуют какие-либо теплопередающие поверхности, которые при использовании традиционных способов разжижения способствуют образованию корок.
При ферментации наряду со спиртом образуется также диоксид углерода (СО2), который частично растворяется в бражке. Однако растворенный в бражке СО2 нарушает работу перегонных колонн в блоке перегонки и требует применения частично дорогостоящих конструкций, в частности, в связи с тем, что сброженная бражка пенится при выделении растворенного в ней СО2. Также выделяющийся в перегонной колонне СО2 повышает потерю давления в этой колонне.
Согласно предпочтительному варианту выполнения изобретения аппаратные затраты на блок перегонки могут быть снижены в том случае, когда между блоком ферментации и блоком перегонки расположен блок дегазации, в котором продуктовый поток бражки пропускается сверху вниз по вертикальному пучку труб с откачанным нижним концом и расширяется в этом пучке труб. Образующийся при этом пар истирает пену бражки в пучке труб, вследствие чего конструкция перегонных колонн может быть упрощена. Кроме того, упрощается вакуумная система перегонной колонны. Процесс дегазации возрастает, если продуктовый поток бражки перед поступлением в пучок труб проходит через теплообменник, подогревающий бражку. Кроме того, температура бражки приближается при этом к температуре перегонки.
Традиционно перегонные колонны обогреваются острым паром. Согласно четвертому аспекту изобретение указывает путь для применения выделяющейся в установке получения спирта энергии для обогрева перегонной колонны. Для этого в блоке сушки расположена сушилка для окончательной сушки барды с точкой росы свыше 95°С, предпочтительно 100-105°С, и в блоке перегонки установлена перегонная колонна, обогреваемая отработавшим паром сушилки. Отработавшим паром сушилки может обогреваться, по меньшей мере, производящая спирт-сырец перегонная колонна, особенно в том случае, когда эта перегонная колонна не имеет слишком большой потери давления, что достигается, как уже объяснялось выше, за счет удаления СО2 из подаваемой в перегонную колонну бражки. Высокая точка росы отработавшего пара обеспечивается специально с помощью сушилки, образующей в основном отработавший пар без содержания воздуха. Такая сушилка может быть выполнена, например, в виде сушилки на перегретом паре.
Выше было указано, что в результате отделения оболочковой доли зерновых в качестве исходного материала для получения спирта могут быть уменьшены размеры сушилки. При известных условиях такое уменьшение размеров приводит к тому, что сушилка не всегда может производить отработавший пар, тепловая энергия которого обогревает перегонную колонну. Согласно особенно предпочтительному варианту выполнения изобретения показан путь для рекуперации дополнительной тепловой энергии из расходуемого на эти же цели технологического тепла, предназначенной для обогрева перегонной колонны.
Было установлено, что остаточная энергия обезвоженного в блоке дегидрирования спирта достаточна для компенсации возможного дефицита энергии перегонной колонны. Согласно еще одному предпочтительному варианту выполнения изобретения блок перегонки содержит первую, обогреваемую, в частности, отработавшим паром блока сушки перегонную колонну, с которой связан блок дегидрирования, обезвоживающий продуктовый поток спирта-сырца, и что на промежуточном уровне первой перегонной колонны, выше уровня подвода бражки, подключена вторая перегонная колонна, обогреваемая через теплообменник теплом обезвоженного спиртового пара блока дегидрирования.
При таком расположении типа "Side Stripper" (боковая отгонная секция) во второй перегонной колонне спирт отгоняется более не из бражки, а от спиртоводного субстрата при соответственном снижении расхода энергии при перегонке.
Согласно предпочтительному варианту выполнения теплообменник, соединенный со второй перегонной колонной, выполнен в виде выпарного аппарата с нисходящим движением жидкости, который обогревается обезвоженным спиртовым паром из блока дегидрирования и в который подается люттерная вода из отстойника второй перегонной колонны для обезвоживания в контуре. Спиртоводный субстрат, переведенный из второй перегонной колонны в первую, содержит соответственно большее количество спирта, чем субстрат, подаваемый из первой перегонной колонны во вторую.
Предпочтительно, чтобы в блоке дегидрирования использовалось молекулярное сито, на которое спирт-сырец подается при необходимости под повышенным давлением, в частности под давлением свыше 1,7 бара после подогрева; при использовании молекулярного сита при таком повышенном давлении температура отходящего тепла обезвоженного спиртового пара достигает более 90°С и, как уже пояснялось выше, используется для обогрева теплообменника, выполненного преимущественно в виде выпарного аппарата с нисходящим движением жидкости.
Идея использования остаточного тепла обезвоженного продуктового потока спирта во время производственного процесса может быть реализована на другом участке с иной целью, например с целью повышения эффективности сушки барды. Согласно предпочтительному варианту в блоке сушки находятся сепаратор, например декантатор и пр., разделяющий барду на продуктовый поток жидкой барды и продуктовый поток твердого вещества, и выпарной аппарат для выпаривания продуктового потока жидкой барды с получением концентрированной барды. Кроме того, в блоке сушки предусмотрена сушилка для окончательной сушки концентрированной барды вместе с твердым веществом для получения сухой барды. Если и здесь за блоком перегонки расположен блок дегидрирования для обезвоживания продуктового потока спирта-сырца, то обогреваться может, по меньшей мере, одна ступень выпарного аппарата для выпаривания продуктового потока жидкой барды теплом спиртового пара, обезвоженного в блоке дегидрирования.
Выпарной аппарат может быть выполнен двухступенчатым и состоять из начального и конечного выпарных аппаратов, причем в этом случае конечный выпарной аппарат обогревается обезвоженным спиртовым паром из блока дегидрирования. Целесообразно выполнить начальный выпарной аппарат с такими размерами, чтобы он обеспечивал предварительное концентрирование притекающей жидкой барды до концентрации твердого вещества от 17 до 24%, при этом конечный выпарной аппарат сгущает этот начальный концентрат с получением концентрированной барды (сиропа) с содержанием твердого вещества, например, от 25 до 50% в зависимости от вида сырья и введенного в него фермента.
Также согласно предпочтительному варианту выполнения изобретения блок дегидрирования выполнен преимущественно в виде молекулярного сита, на которое подается обезвоженный и подогретый до более чем 90°С спирт-сырец при давлении свыше 1,7 бара.
Ниже изобретение подробнее поясняется с помощью чертежа. При этом изображено на:
фиг.1 схема установки для получения спирта из растительных видов сырья согласно изобретению;
фиг.2 схема блока разжижения установки;
фиг.3 схема блока дегазации установки;
фиг.4 схема блока перегонки с последующим блоком дегидрирования установки;
фиг.5 схема конечного выпарного аппарата установки на фиг.1 для сушки барды.
Изображенная на фиг.1 установка позволяет получать обезвоженный этиловый спирт из растительных, углеводо- и/или сахаросодержащих видов сырья, в данном случае из зерновых, как, например, хлебные злаки или кукуруза, в промышленном масштабе со значительно меньшим потреблением энергии по сравнении с традиционными установками. Установка содержит блок 1 помола, на котором на участке 3 размалываются подаваемые в качестве сырья зерновые в муку среднего класса крупности свыше 0,2 мм, оптимально 0,5-1 мм, с отделением, по меньшей мере, части оболочек содержащих крахмал и/или сахар ядер. Предпочтительно выполнить блок 1 помола в виде вальцовой или ударно-струйной мельницы. Примеры выполнения таких мельниц описаны, например, в "Ullmanns Encyclopädie der technischen Chemie" 3-е издание, 1951 г., изд. "Verlag Urban und Schwarzenberg", т.1, стр.622, 623, 633, 634. Целесообразно настроить блок 1 помола таким образом, чтобы он обеспечивал на участке 5 весовое соотношение между оболочками зерен и мукой от 1:9 до 2:5 для поясняемого ниже дальнейшего использования.
Выдаваемая на участке 7 мука подается в блок 9 разжижения, при необходимости после взмучивания, на которой разжижается присутствующий большей частью в виде зерен крахмал, мука при добавке ферментов и тем самым переводится в удобную для сбраживания форму. При этом крахмал сначала подогревают подаваемым паром 11 до температуры свыше температуры клейстеризации, определяемой видом сырья, и затем снова охлаждают. Температура клейстеризации для ячменя, пшеницы или ржи составляет порядка 80°С, для кукурузы - около 75°С и для овса - 85°С. Подробнее блок 9 разжижения поясняется ниже с помощью фиг.2.
Сладкая бражка, образующаяся в блоке 9 разжижения, осахаривается после охлаждения до температуры осахаривания около 60°С при добавке ферментов во время выдержки в течение 0,2-5 часов и затем после дополнительного охлаждения до температуры ферментации около 35-40°С сбраживается при добавке дрожжей и, при необходимости, дополнительных ферментов в спирт. Операция по осахариванию может при необходимости не проводиться, в таком случае сладкая бражка охлаждается в блоке 9 разжижения непосредственно до температуры ферментации.
В блоке 13 ферментации при сбраживании образуется наряду со спиртом также диоксид углерода (СО2), который частично растворяется в образующейся при ферментации бражке. СО2 препятствует работе перегонных колонн в блоке 15 перегонки, в котором отделяется спирт, образовавшийся при сбраживании бражки. Поэтому бражка подается в блок 15 перегонки через блок 17 дегазации, в котором растворенный в бражке диоксид углерода отделяют и дополнительно гасят вспенивание бражки. Подробнее блок дегазации поясняется ниже с помощью фиг.3.
В блоке 15 перегонки бражку подогревают, причем, как подробнее поясняется ниже, большая часть необходимой для этого энергии отбирается из отходящего тепла других технологических стадий, в частности от тепла отработавшего пара 19 сушилки 21, которая обеспечивает окончательную сушку барды, образующейся в качестве остатка процесса перегонки на участке 23 с получением сухого конечного продукта, используемого ввиду высокого содержания протеинов в качестве корма для животных. Образующаяся на участке 23 барда сначала разделяется в сепараторе 25, например декантаторе, на продуктовый поток 27 жидкой барды и продуктовый поток 29 твердого вещества (wet cake). Продуктовый поток 27 жидкой барды выпаривается в выпарном аппарате 31 подводимой энергией 33 сначала до образования продуктового потока 35 концентрированной барды, затем продуктовый поток 35 концентрированной барды и продуктовый поток 29 твердого вещества подаются вместе с отделенным в блоке 1 помола продуктовым потоком 5 оболочек в сушилку 21 для окончательной сушки, обогреваемую энергией 37 постороннего источника. Образующаяся при этом сухая барда выпускается на участке 39. Подробнее получение сухой барды описано, например, в журнале "Die Brainntweinwirtschaft", май, 1976 г., стр.138-141.
Образовавшийся в сушилке отработавший пар имеет точку росы свыше 95°С, предпочтительно 100-105°С, и используется в основном без доступа воздуха. Пригодными для применения являются, в частности, паровые сушилки или оросительные сушилки, как они описаны, например, в приведенном выше источнике "Ullmann's Encyclopädie der technischen Chemie", стр.577 и 601. Таким образом, в сушилке 21 образуется отработавший пар с температурой, позволяющей проводить отгонку спирта в блоке 15 перегонки. Отделенные в блоке 1 помола оболочки зерен (отруби) поступают непосредственно в сушилку 21, следовательно, они не подвергаются разжижению и после мацерации не подлежат повторной сушке. Оболочковый компонент сырья используется в сушилке 21 скорее в качестве материала-носителя для продуктового потока 29 твердого вещества и продуктового потока 35 концентрированной барды. Таким образом, становится возможным уменьшить долю сухой барды, которая используется в традиционных способах сушки в качестве материала-носителя при сушке. В результате становится возможным выполнить сушилку 21 с меньшими размерами и тем самым снизить расход энергии или пара в сушилке 21. Кроме того, отделение оболочковых компонентов на участке 5 блока 1 помола повышает содержание крахмала в фактически разжиженной муке, что повышает содержание спирта в бражке при ферментации и в блоке 13 ферментации и, следовательно, снижает расход энергии при перегонке бражки.
Упомянутое выше уменьшение размеров сушилки 21 может привести в отдельном случае к тому, что тепло отработавшего пара, используемое в процессе перегонки в блоке 15 перегонки, окажется недостаточным для ведения всего процесса перегонки. Как отдельно будет объяснено с помощью фиг.4, для покрытия возможной нехватки энергии может использоваться отходящее тепло с блока 45 дегидрирования, в который поступает спирт-сырец из блока 15 перегонки на участке 43. Блок 45 дегидрирования выполнен преимущественно в виде молекулярного сита и выдает дегидрированный этиловый спирт в виде конечного продукта на участке 47. При этом молекулярное сито работает при давлении не менее 1,7 бара, что необходимо для достижения температуры отходящего тепла свыше 90°С, используемого в процессе перегонки.
В том случае, когда технологическое тепло для блока 15 перегонки может быть обеспечено одной сушилкой 21, то отходящее тепло из блока 45 дегидрирования может использоваться для других целей в процессе получения спирта. Такое эффективное использование возможно в выпарном аппарате 31 при сушке барды. Для этого выпарной аппарат 31 содержит начальный выпарной аппарат 49, обогреваемый, например, острым паром, предпочтительно при механическом уплотнении выпара, и обеспечивающий предварительное концентрированно твердого вещества, содержащегося в поступающем на участок 27 жидкой барды в количестве 17-24%, а расположенный за ним в продуктовом потоке конечный выпарной аппарат 51 обеспечивает дополнительное концентрирование твердого вещества до 25-50% в зависимости от сырья или введенных ферментов. Если энергия отходящего тепла от блока 45 дегидрирования не требуется для нее самой, то, как показано на 41', она может использоваться для нагрева конечного выпарного аппарата 51. Для этого необходимо только нагревать начальный выпарной аппарат 49 с помощью электричества, подводимого на участке 33 к выпарному аппарату 31 при механическом сжатии выпара. Подробнее конечный выпарной аппарат 51 поясняется ниже с помощью фиг.5.
На фиг.2 подробно показан блок 9 разжижения. Он содержит конденсатор 53, посредством которого мука, поступающая на участке 55 из блока 1 помола при необходимости во вспененном виде и с необходимыми для разжижения ферментами, доводится до температуры ниже температуры клейстеризации сырья, используемого для получения спирта. Подогретый при этом продукт перемешивается в пароструйном инжекторе 57 острым паром 59 и подогревается до температуры свыше температуры клейстеризации сырья, затем подается на участок выдержки 61, на котором он выдерживается определенное время, например от 0,1 до 1 часа, при температуре выше температуры клейстеризации или разжижения. После этого сжиженный продукт охлаждают в многоступенчатом холодильнике 63 до температуры, необходимой для дальнейшей обработки выгружаемой через выпускное отверстие 65 сладкой бражки. Образующийся в первой ступени 67 холодильника 63 расширяющийся пар подается на участке 69 непосредственно в конденсатор 53. В результате достигается рекуперация тепла без необходимости применения теплопередающих поверхностей, образующих корки. Из второй расширительной ступени 73 холодильника 63, подключенной через уравнительный сифон 71 к первой расширительной ступени 67 холодильника 63 и подающей на участок 65 сладкую бражку, расширяющийся пар поступает в теплообменник 75 для дополнительной рекуперации тепла.
Конденсатор 53 нагревает продукт до температуры, лежащей лишь на несколько градусов ниже температуры клейстеризации, в результате чего пароструйным инжектором при сравнительно низком расходе пара температура продукта может быть повышена до температуры, превышающей на несколько градусов температуру клейстеризации. Расход энергии конденсатором 53 может быть полностью компенсирован расширяющимся паром холодильника.
В данном примере выполнения многоступенчатым является только холодильник. Само собой разумеется, что несколько ступеней могут содержать и конденсатор 53, которые в таком случае будут обеспечиваться расширяющимся паром специально через отдельно предусмотренные ступени холодильника.
На фиг.3 подробно показан блок 17 дегазации. Содержащая спирт бражка, поступающая на участок 77 из блока 13 ферментации, сначала подогревается в теплообменнике 79 и затем распыляется через верхний конец вертикального расширителя 81 в виде пучка труб, в результате чего она имеет возможность расширения в трубах перед тем, как дегазированная бражка будет выпущена с помощью разгрузочного насоса 83 из отстойника, примыкающего к нижнему концу пучка труб, и подана в блок 15 перегонки. Отстойник 85 образует первый отделитель, сообщающийся с расположенным сбоку отделителем 87 жидкой фазы. Отделитель 87 жидкой фазы подключен на участке 89 к вакуумной системе, посредством которой отводятся СО2, водяные и спиртовые пары. Расположение выбрано таким, что на нижнем конце пучка труб создается разрежение и бражка устремляется по пучку труб со скоростью около 20-60 м/с. Это способствует дегазации бражки и, в частности, обеспечивает положение, при котором образующийся при расширении пар гасит пену бражки. Поскольку бражка дегазирована, то описываемая ниже перегонная колонна блока 15 перегонки может иметь более простую конструкцию, при этом упрощается также вакуумная система перегонной колонны. Одновременно снижается потеря давления в перегонной колонне.
Подробнее блок 15 перегонки показан на фиг.4. Блок 15 перегонки содержит ректификационную или перегонную колонну 91, в которую подается на промежуточном уровне 93 дегазированная бражка из блока 17 дегазации. Подаваемый на участок 95 отработавший пар сушилки 21 подпитывает теплообменник 97, в котором барда, скопившаяся в отстойнике 99 перегонной колонны 91, приводится циркуляционным насосом 101 в круговое движение и подогревается. Поданная на сепаратор 25 для сушки барда отводится из отстойника 99 на участок 103. Обычно в верхней части перегонной колонны 91 парожидкостная смесь, содержащая спирт и воду, совершает круговое движение через конденсатор 105 и отводится на 107 в виде водного спирта-сырца насосом 109. Отведенный спирт-сырец нагревается в выпарном аппарате 111 до температуры свыше 90°С и под давлением насоса 109 поступает на молекулярное сито 113, образующее блок 45 дегидрирования. Молекулярное сито 113 обезвоживает спирт-сырец и подает на участок 115 безводный этиловый спирт в виде целевого продукта процесса получения спирта. При этом существенное значением имеет тот факт, что насосом 109 в молекулярном сите 113 создается давление свыше 1,7 бар для того, чтобы использовать присутствующий на участке 115 продуктовый поток дегидрированного спиртового пара для рекуперации отходящего тепла, что подробно поясняется ниже.
В то время как перегонная колонна 91 обеспечивается технологическим теплом исключительно за счет отходящего тепла сушилки 21, вторая перегонная колонна 117, связанная с перегонной колонной 91 по типу "side strippers", снабжается технологическим теплом за счет исключительно отходящего тепла обезвоженного спиртового пара, выходящего из молекулярного сита 113. На отметке выше уровня 93 подвода бражки в перегонную колонну 91 перегонная колонна 117 отбирает спиртоводную смесь, которая на участке 119 поступает в перегонную колонну 117 и после концентрирования спирта на несколько более низком уровне на участке 121 возвращается в перегонную колонну 91. В отстойнике 123 перегонной колонны 117, не содержащем в основном бражки, присутствует люттерная вода, которая посредством циркуляционного насоса 125 приводится в круговое движение с прохождением через выпарной аппарат 127 с нисходящим движением жидкости, в результате чего на участке 129 вода может отводиться из перегонной колонны 117. Выпарной аппарат 127 с нисходящим движением жидкости обогревается безводным, нагретым, по меньшей мере, до 90°С спиртовым паром из молекулярного сита 113, причем безводный спиртовой пар поступает на участок 131 и отводится на участок 133 в виде охлажденного конечного продукта из установки для получения спирта. Примеры выполнения пригодных к применению выпарных аппаратов с нисходящим потоком жидкости описаны, например, в СН 510450 или DE 1519714 А. Пример выполнения молекулярного сита описан в US 4407662.
Описанный выше блок 15 перегонки эксплуатируется благодаря рекуперации тепла из продуктового потока обезвоженного этилового спирта также и в том случае, когда сушилка 21 при уменьшении своей мощности вследствие подачи компонента сырья в виде отрубей или оболочек, выделенного в блоке помола, не обеспечивает энергией, достаточной для всего процесса перегонки. Если же отходящего тепла сушилки оказывается достаточно, то отходящее тепло молекулярного сита 113 может использоваться для других целей, в частности, в качестве технологического тепла для конечного выпарного аппарата 51.
Как показано на фиг.5, пар этилового спирта, обезвоженный в молекулярном сите 113 при температуре свыше 90°С и давлении свыше 1,7 бара, подается на участок 135 в теплообменник 137, выполненный в виде калорифера выпарного аппарата с принудительной циркуляцией, и подогревает жидкую барду, подаваемую циркуляционным насосом 139 по контуру через теплообменник 137 и расширительную емкость 141, поступающую на 143 в выпарной контур и предварительно концентрируемую в начальном выпарном аппарате 49. Разгрузочный насос 145 на участке, расположенном в контуре перед приемным отверстием 143 для жидкой барды, отбирает концентрированную барду и подает ее в сушилку 21. Образующийся в расширительной емкости 141 водяной пар подается на 147 в подробно не показанную конденсационную систему или дополнительный выпарной аппарат. Охлажденный и обезвоженный в теплообменнике 137 спиртовой пар с помощью разгрузочного насоса 149, подсоединенного при необходимости через компенсационную или приемную емкость 151 к теплообменнику 137, отводится в качестве целевого продукта процесса получения спирта.
1. Установка для получения спирта из зернового сырья, содержащая блок (1) помола для размалывания в муку, по меньшей мере, содержащих крахмал и/или сахар ядер зерновых, блок (9) разжижения для приведения муки в удобное для переработки состояние разжиженного сырья, блок (13) ферментации для сбраживания разжиженного сырья в бражку, блок (15) перегонки для отделения спирта от бражки и блок (21, 31) сушки образующейся в блоке (15) перегонки барды, отличающаяся тем, что блок (1) помола предназначен для размалывания зерновых в муку с отделением, по меньшей мере, части окружающих ядра оболочек, при этом отделенные оболочки подаются в блок (21, 31) сушки в качестве среды носителя для сушки барды, блок (21, 31) сушки содержит сушилку (21) для окончательной сушки образующейся в блоке (15) перегонки барды с точкой росы свыше 95°С, предпочтительно 100-105°С, при этом блок (15) перегонки содержит перегонную колонну (91), обогреваемую отработавшим паром сушилки (21).
2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что блок (1) помола предназначен для отделения оболочек в весовом соотношении между оболочками и мукой от 1:9 до 2:8.
3. Установка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что блок (1) помола выполнен с возможностью размалывания зерновых в муку со средним размером частиц от 0,5 до 1 мм.
4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что блок (1) помола содержит вальцовую или ударно-струйную мельницу.
5. Установка по п.1, отличающаяся тем, что для получения спирта из растительных видов сырья, в частности, из размолотых в муку зерновых, установлены блок (9) разжижения для перевода в состояние переработки углевода и/или сахара сырья, содержащий конденсатор (53) для подмешивания пара в продуктовый поток измельченного сырья или его взвесь и, по меньшей мере, один смеситель, пароструйный инжектор (57), расположенный за конденсатором и выполненный с возможностью подачи острого пара в продуктовый поток, и, по меньшей мере, один холодильник (63), расположенный за пароструйным инжектором (57), содержащий, по меньшей мере, одну расширительную ступень (67, 73) и предназначенный для продуктового потока, причем в конденсаторе (53) в продуктовый поток подмешивается расширяющийся пар из холодильника(63).
6. Установка по п.5, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, холодильник (63) выполнен многоступенчатым, и при этом конденсатор (53) выполнен с возможностью подачи в продуктовый поток расширяющегося пара из первой расширительной ступени (67) холодильника(63).
7. Установка по п.6, отличающаяся тем, что конденсатор (53) выполнен одноступенчатым, а холодильник - двухступенчатым.
8. Установка по любому из пп.5-7, отличающаяся тем, что конденсатор (53) выполнен с возможностью подогрева продуктового потока до температуры ниже температуры клейстеризации сырья, при этом пароструйный инжектор (57) выполнен с возможностью подогрева продуктового потока до температуры свыше температуры клейстеризации сырья.
9. Установка по п.1, отличающаяся тем, что между блоком (13) ферментации и блоком (15) перегонки расположен блок (17) дегазации, в котором продуктовый поток бражки проходит сверху вниз через вертикальный пучок труб (81) с вакуумным нижним концом и расширяется в этом пучке труб (81).
10. Установка по п.9, отличающаяся тем, что перед пучком (81) труб расположен теплообменник (79) для подогрева продуктового потока бражки.
11. Установка по п.1, отличающаяся тем, что сушилка (21) выполнена с возможностью образования пара, в основном без содержания воздуха.
12. Установка по п.1, отличающаяся тем, что сушилка (21) выполнена в виде паровой сушилки.
13. Установка по п.1, отличающаяся тем, что блок (15) перегонки содержит первую перегонную колонну (91), выполненную с возможностью обогрева, в частности, отработавшим паром блока (21, 31) сушки и сообщенную с блоком (45) дегидрирования, на которой обезвоживается продуктовый поток спирта-сырца, при этом на промежуточном уровне первой перегонной колонны (91), выше уровня (93) подвода бражки, подключена вторая перегонная колонна (117), выполненная с возможностью обогрева через теплообменник (127) теплом обезвоженного спиртового пара из блока (45) дегидрирования.
14. Установка по п.13, отличающаяся тем, что теплообменник выполнен в виде выпарного аппарата с нисходящим движением жидкости, обогреваемого обезвоженным спиртовым паром из блока (45) дегидрирования.
15. Установка по п.13 или 14, отличающаяся тем, что блок (45) дегидрирования содержит молекулярное сито (113).
16. Установка по п.15, отличающаяся тем, что рабочее давление молекулярного сита (113) составляет по меньшей мере 1,7 бар.
17. Установка по п.1, отличающаяся тем, что блок (21, 31) сушки содержит сепаратор (25) для разделения барды на продуктовый поток жидкой барды и продуктовый поток твердого вещества, выпарной аппарат (31) для выпаривания продуктового потока жидкой барды с получением концентрированной барды и сушилку (21) для сушки концентрированной барды и твердого вещества барды с получением сухой барды, при этом за блоком (15) перегонки расположен блок (45) дегидрирования, предназначенный для обезвоживания продуктового потока спирта-сырца, причем выпарной аппарат (31) содержит, по меньшей мере, одну ступень, выполненную с возможностью обогрева теплом обезвоженного спиртового пара из блока дегидрирования.
18. Установка по п.17, отличающаяся тем, что выпарной аппарат (31) содержит начальный выпарной аппарат (49) и конечный выпарной аппарат (51), при этом конечный выпарной аппарат (51) выполнен с возможностью обогрева обезвоженным спиртовым паром из блока (45) дегидрирования.
19. Установка по п.17 или 18, отличающаяся тем, что блок (45) дегидрирования содержит молекулярное сито (113).
20. Установка по п.19, отличающаяся тем, что молекулярное сито (113) предназначено для эксплуатации при давлении 1,7 бар.
