Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 Современное состояние вопроса моделирования и совершенствования процесса получения ректификованного спирта 7
1.1 Технологические схемы установок ректификации спиртовых смесей 7
1.2 Методы описания парожидкостного равновесия в многокомпонентных смесях 32
1.3 Математическое описание массопередачи 35
1.4 Методы моделирования многокомпонентной ректификации 37
ГЛАВА 2 Разработка математической модели процесса ректификации многокомпонентных спиртовых смесей 41
2.1 Разработка метода независимого определения концентраций компонентов 41
2.2 Разработка метода расчета ректификации с учетом взаимовлияния компонентов при постоянных потоках паров и жидкости по высоте колонны 53
2.3 Разработка метода расчета ректификации с учетом взаимовлияния компонентов и изменения расходов паров и жидкости по высоте колонны 55
ГЛАВА 3 Анализ и сравнение методов расчета процесса разделения спиртовых смесей 62
3.1 Идентификация математической модели брагоректификационной установки 62
3.1.1 Технологическая схема брагоректификационной установки косвенного действия ОАО АПФ «Фанагория» 62
3.1.2 Методика проведения эксперимента 65
3.1.3 Определение параметров идентификации 67
3.2 Сравнительный анализ методов расчета и определение области их применения 76
ГЛАВА 4 Разработка рекомендаций по совершенствованию процесса ректификации спиртовых мсесей 85
4.1 Оптимизация технологического режима брагоректификационной установки 85
4.2 Совершенствование структуры технологической схемы брагоректификационной установки 93
Выводы 99
Список использованных источников
- Методы описания парожидкостного равновесия в многокомпонентных смесях
- Разработка метода расчета ректификации с учетом взаимовлияния компонентов при постоянных потоках паров и жидкости по высоте колонны
- Технологическая схема брагоректификационной установки косвенного действия ОАО АПФ «Фанагория»
- Совершенствование структуры технологической схемы брагоректификационной установки
Введение к работе
з
Актуальность работы. В настоящее время возрастает потребность в высококачественных марках ректификованного спирта «Экстра» и «Люкс», характеризующихся жесткими ограничениями по содержанию нежелательных примесных компонентов (эфиров, альдегидов, сивушных спиртов). В этой связи актуальной задачей является улучшение качества получаемого пищевого этилового ректификованного спирта На большинстве спиртовых заводов получение пищевого ректификованного спирта осуществляется непрерывным способом на брагоректификационных установках (БРУ) Определение оптимального технологического режима работы и схемы БРУ является сложной задачей, связанной с большими затратами времени и средств. Для решения этой задачи эффективны методы математического моделирования. При этом высокие требования к качеству продукта определяют необходимость учета взаимовлияния основных и примесных компонентов. Компоненты спиртовой смеси образуют множество бинарных гетероазеотропов. Известные методы расчета ректификационных колонн по разделению смесей или являются нестрогими (метод независимого определения концентраций компонентов), или требуют очень больших затрат машинного времени (релаксационный метод), или не обеспечивают надежной сходимости вычислений.
В связи с этим, актуальной является задача математического моделирования процесса ректификации многокомпонентных спиртовых смесей с учетом взаимовлияния всех компонентов при переменных величинах потоков пара и жидкости на тарелках колонны с обеспечением надежной сходимости вычислений.
Диссертационная работа выполнялась в соответствии с федеральной научно-технической программой Минобразования РФ «Разработка высокоэффективной технологической схемы и оборудования для производства пищевого этилового спирта высшего качества» (№ гос. регистрации 01.2.00305371).
РОС НАЦИОНАЛЬНА* j БИБЛИОТЕКА I
Цель работы. Цель представленной работы заключается в разработке математической модели процесса ректификации спиртовых смесей с учетом взаимовлияния всех компонентов, обеспечивающей надежную сходимость вычислений, и в совершенствовании брагоректификационных установок косвенного действия.
Основные задачи исследования.
Разработать метод расчета процесса ректификации многокомпонентных смесей, обеспечивающий надежную сходимость вычислений при моделировании разделения спиртовых смесей на брагоректификапионной установке.
Разработать математическую модель процесса ректификации спиртовых многокомпонентных смесей с учетом взаимовлияния основных и примесных компонентов при переменных потоках жидкости и пара по высоте колонны
Проанализировать влияние на качество и выход ректификованного спирта: расходов пара, подаваемого на обогрев колонн; крепости питания эпюрационной колонны; использования открытого и закрытого обогрева эпюрационной колонны; положения питающей тарелки ректификационной колонны; определить целесообразность рециркуляции потока сивушных спиртов из ректификационной колонны в передаточный чан.
На основе выполненного анализа усовершенствовать технологическую схему и режим работы БРУ косвенного действия, повысить выход и качество ректификованного спирта.
Научная новизна.
- Разработан метод расчета процесса ректификации многокомпонент
ных смесей, обеспечивающий надежную сходимость вычислений при мо
делировании разделения спиртовых смесей на брагорекгификационной ус
тановке, а также метод расчета ректификации при постоянных потоках па
ра и жидкости и метод независимого расчета профиля концентраций при
месных компонентов. Определена область применения каждого метода
расчета при моделировании систем брагоректификапии.
- Разработана математическая модель ректификации, учитывающая
взаимовлияние всех компонентов спиртовой смеси при переменных пото
ках пара и жидкости по высоте колонны,
Практическая ценность работы.
Разработана модульная программы расчета процессов эпюрации и ректификации многокомпонентных спиртовых смесей, и программы расчета схем брагоректификационных установок косвенного действия.
Разработаны рекомендации по усовершенствованной технологической схеме БРУ и определен оптимальный режим ее работы, улучшено качество и повышен выход ректификованного спирта. Рекомендации внедрены в спиртовом цехе ОАО АПФ «Фанагория».
Реализация результатов исследования. Разработанная установка прошла опытные испытания в условиях ОАО АПФ «Фанагория» и внедрена во П квартале 2005 года. Ожидаемый экономический эффект - 1420 тыс. руб. в год.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на Международных научно-технических конференциях «ХХШ Российская школа по проблемам науки и технологии» (г Екатеринбург, 2003 г.), «Прогрессивные техпологии и оборудование для пищевой промышленности» (г. Воронеж, 2004 г) и «Совремеппые шіформационнне технологии в науке, производстве и образовании» (г. Пенза, 2004 г.), на Всероссийской научно-технической конференции - выставке «Высокоэффективные пищевые технологии, методы и средства для их реализации» (г. Москва, 2003 г.), на Всероссийском конгрессе по торговле и общественному питанию «Технологические и экономические аспекты обеспечения качества продукции и услуг в торговле и общественном питании» (г Кемерово, 2003 г.), їй Отчетной научно-практической конференции «Технологии живых систем» (г Москва, 2003 г), на Всероссийских научно-практических конференциях «Химическое загрязнение среды обитания и проблемы экологической реабилитации нарушенных экосистем» (г. Пенза, 2004 г) и «Перспективы развития пищевой промышленности России» (г Оренбург, 2005 г.).
б Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано
10 публикаций. Получен 1 патент РФ на полезную модель.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка использованных источников и приложений. Работа изложена на 165 страницах, содержит 23 рисунков и 15 таблиц и приложения на 52 страницах Список литературы включает 125 наименований. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Методы описания парожидкостного равновесия в многокомпонентных смесях
Бражной дистиллят или спирт-сырец поступает на 20-ю (тарелку питания) эпюрационной колонны 1. Ввод гидроселекционной воды осуществляют в количестве, при котором концентрация спирта в эпюрате находится в диапазоне 20-25% (по объему). Погон промежуточных примесей отбирают из зоны их концентрирования и направляют в маслопромыватель (на схеме не показан).
Выделенные в колонне 1 в процессе эпюрации и гидроселекции головные примеси (эфиры, альдегиды, метанол) концентрируются в верхней части колонны 1, в дефлегматоре 4 и выводятся из конденсатора 5 в качестве головной фракции этилового спирта в количестве 1,5-3,0%. Эпюрат из колонны 1 поступает на 16-ю (тарелку питания) ректификационной колонны 2.
В колонне 2 происходят отгонка и концентрирование спирта, доочистка его от компонентов сивушного масла, а также пастеризация, т.е. дополнительная очистка от головных примесей и метанола за счет наличия тарелок над зоной отбора спирта. Пары спирта из колонны 2 поступают в дефлегматор, 6 конденсируются в нем и в виде флегмы возвращаются на верхнюю тарелку колонны 2. Несконденсировавшиеся пары спирта из дефлегматора 6 поступают в конденсатор 7. Из конденсатора 7 производится отбор непастеризованного спирта, который в количестве 2,0-3,0% направляют на 36-ю тарелку эпюраци 11 онной колонны 1 или при необходимости в головную фракцию этилового спирта. Избыточное количество погона из конденсатора 7 в виде флегмы возвращают в колонну 2. Отбор ректификованного спирта производят в два потока из двух зон колонны 2. Из верхней зоны с 65-67 тарелки отбирают 50% спирта с объемной долей метилового спирта в пересчете на безводный спирт 0,06%, который поступает в колонну окончательной очистки 3 на доочистку от метанола.
Из нижней зоны с 55-57 тарелок оставшиеся 50% спирта с объемной долей метилового спирта в пересчете на безводный спирт 0,004% выводят из колонны и подают в сборник готового продукта этилового ректификованного спирта. С 5, 8, 9, 10 и 11 тарелок колонны 2 из паровой фазы осуществляют выделение компонентов сивушного масла.
В колонне окончательной очистки 3 производят дополнительную очистку от головных примесей и метанола, поступившего спирта из ректификационной колонны 2. Пары спирта из колонны 3 поступают в дефлегматор 8, конденсируются в нем и в виде флегмы возвращаются на верхнюю тарелку колонны 3. Несконденсировавшиеся пары спирта из дефлегматора 8 поступают в конденсатор 9. Из конденсатора 9 производят отбор эфироальдегиднометанольной фракции (э.а.м.ф.) в количестве 1,5-2,5%, которую направляют на верхнюю тарелку колонны 1. Освобожденный от примесей этиловый ректификованный спирт выводят из выварной камеры колонны 3. При этом объемная доля метилового спирта в нем в пересчете на безводный спирт 0,002%. Объединяют спирт из колонны 3 с ректификованным спиртом, выведенным из ректификационной колонны 2. В результате объединения получают спирт , в котором объемная доля метилового спирта в пересчете на объемный спирт не более 0,003%.
Обогрев колонн 1,2 и 3 осуществляется через выносные кипятильники 10, 11, 12.Получение спирта осуществляют под разрежением 50 кПа. Разрежение в системе создается вакуумным насосом 13.
Анализ этой схемы свидетельствует о том, что гидроселекция в эпюраци-онной колонне позволяет снизить содержание эфиров в ректификованном спирте. Однако, уровень содержания эфиров и свободных кислот превышает нормы, определенные для спирта марки «Альфа». При этом получаемый в ректификационной колонне пастеризованный спирт содержит повышенное количество метанола. Поэтому авторы предлагают установить колонну дополнительной очистки. Данный способ вследствие отсутствия в составе ректификационной установки разгонной и сивушной колонн не позволяет увеличить выход основной продукции и промежуточных фракций. Кроме того, предложено использование вакуумного оборудования. Описанные моменты позволяют заключить, что получение этилового спирта с предъявленными показателями сопряжено с большими затратами теплоэнергоресурсов, что не всегда оправдано, так как полученный этим способом спирт имеет ограниченную сферу применения.
Альтернативой описанной установки является более простой способ [6]. По предлагаемой схеме (рисунок 1.2) получают ректификованный этиловый спирт с физико-химическими показателями, соответствующими спирту марки «Альфа».
Это достигается тем, что при эпюрации в эпюрационной колонне, ректификации эпюрата, производят доочистку потока ректификованного спирта на колонне окончательной очистки, направляя весь поток спирта из ректификационной колонны. В процессе окончательной очистки из конденсатора колонны отбирают погон в количестве 1,5-2%, содержащий метанол. Из зон, расположенных соответственно выше и ниже тарелки питания, выводят промежуточные примеси, преимущественно пропанол, изопропанол, двумя потоками. Спирт этиловый ректификованный, соответствующий марке «Альфа» отбирают из нижней выварной зоны этой колонны
Эпюрат поступает на тарелку питания ректификационной колонны 1. В колонне 1 происходит отгонка и концентрирование спирта, его пастеризация за счет наличия тарелок 2 над зоной отбора примесей 3, концентрирование и вывод компонентов сивушного масла. Пары спирта из колонны 1 поступают в дефлегматор 4, конденсируются в нем и в виде флегмы возвращаются на верхнюю тарелку 5 колонны 1. Нескон-денсировавшиеся пары спирта из дефлегматора 4 поступают в конденсатор 6. Из конденсатора 6 производят отбор непастеризованного спирта, который в количестве 2-3% направляют на 36-ю тарелку эпюрационной колонны (на чертеже не показана). Избыточное количество погона из конденсатора 6 в виде флегмы возвращают в колонну 1.
Ректификованный спирт поступает на тарелку питания дополнительной колонны 7. В дополнительной колонне 7 спирт окончательно очищают от метанола и промежуточных примесей. Промежуточные примеси выводят двумя равными потоками из зон 8 их концентрирования расположенных соответственно выше и ниже тарелки питания ввода ректификованного спирта, при этом из зоны, расположенной выше тарелки питания 9, выводят пропанол, а ниже -изопропанол.
Метанол выводят из конденсатора 10 колонны 7, а из нижней выварной зоны 11 колонны 7 выводят ректификованный спирт. Выведенные промежуточные примеси смешивают с головной фракцией этилового спирта, полученной при эпюрации. Лютерная вода из колонны 1 сбрасывается в канализацию или используется для гидроселекции. Параметры режима работы и качественные показатели изложены в приложении А, таблиц А 3.
В описанных способах получения пищевого этилового спирта производится недостаточное выделение этилового спирта из перерабатываемого сырья, связанное с отсутствием разгонной и сивушной колонн в представленных установках.
Разработка метода расчета ректификации с учетом взаимовлияния компонентов при постоянных потоках паров и жидкости по высоте колонны
Как отмечалось в первой главе, метод независимого определения концентраций компонентов обеспечивает безитерационный расчет с очень малыми затратами машинного времени. Однако, в окончательном результате сумма концентраций всех компонентов на тарелках колонны не равна единице, то есть требуется нормировка составов. Представленный метод не учитывает взаимовлияния примесных компонентов. Поэтому разработан метод расчета ректификации многокомпонентных спиртовых смесей с учетом взаимовлияния компонентов при постоянных потоках паров и жидкости по высоте колонны. Согласно этому методу полученные значения составов, температур кипения и констант фазового равновесия уточняются путем вычислений методом прогонки (смотри п. 2.1). Сходимость вычислений обеспечивается методом простых итераций с тормозящими коэффициентами р [105] (расчеты проводились при (р=0,5) Разница между температурой кипения, полученной в предыдущей (к - и текущей (к) -й итерации, для каждой тарелки не должна превышать заданной точности: где \Гтп j ), , - массив температур кипения, использованный для расчета уточненных концентраций компонентов по высоте колонны в (&)-й итерации, К; \Гкип j),. - массив температур кипения, вычисленных с использованием рассчитанных концентраций компонентов по высоте колонны методом прогонки в (к)-й итерации, К; є = Ю-6 - заданная точность вычислений, которая позволяет опреде-лять концентрации компонентов с абсолютной точностью до 10" мольных долей.
Несоблюдение условия (2.15) ведет к продолжению расчетов. Вычисляются уточненные значения констант равновесия (2.16), с использованием которых ведется расчет составов на тарелках в очередной итерации. К\ "Ю -9 )-К)(,-,) » . О 1. (2-16) где (к +1), (к),(к -1)- индекс, обозначающие номер итерации. Задаются значения концентраций компонента в кубовом остатке хп, хп и головной фракции x jD, xUD (для компонентов второй группы). Используя данные потарелочного расчета методом Льюиса-Матисона с уточненными значениями коэффициентов равновесия, определяются величины коэффициентов а и Ъ линейных уравнений (2.12). Затем вычисляется значение концентрации компонента в кубовом остатке хц по уравнению (2.13) (в головной фракции xiD для компонентов второй группы) и распределение концентраций компонента по высоте колонны. После независимого расчета всех компонентов проводится нормировка составов к единице по уравнению (2.14), определяются температуры кипения смесей. Завершение расчетов осуществляется при выполнении неравенства (2.15). 2.3 Разработка метода расчета ректификации с учетом взаимовлияния компонентов и изменения расходов паров и жидкости по высоте колонны.
Фактически, расходы потоков пара и жидкости изменяются по высоте колонны. Поэтому разработан метод, учитывающий переменные потоки жидкости и пара по высоте колонны (метод 3). Первым приближением для него является результат расчета по методу расчета процесса ректификации с учетом взаимовлияния компонентов при постоянных величинах потоков пара и жидкости по высоте колонны. Уточнение значений расходов парового Gy и жидкостного Z, потоков на ()-ой итерации производится по уравнениям теплового баланса. При этом используются энтальпии, рассчитанные по составам и температурам на (к -1)-ой итерации. Алгоритм расчета метода приведен на рисунке 2.5.
Уравнения теплового баланса, также как и уравнения рабочих линий, имеют различный вид для каждой секции колонны.
Тепловой баланс для у -той тарелки первой секции колонны: где / - энтальпия водяного пара, Дж/моль; h} - энтальпия жидкостного потока Lj, приходящего на у -тую тарелку, Дж/моль; Нн - энтальпия парового потока Gj_x, уходящего с у -1 -той тарелки, Дж/моль; /г, - энтальпия жидкостного потока W, уходящего из колоны, Дж/моль; QnOT - потери теплоты, в первом приближении пропорциональны высоте положения рассматриваемой тарелки, Дж. Для каждой секции колонны уравнение рабочей линии дополняется соответствующим уравнением теплового баланса.
Из уравнений теплового и материального балансов определяются расходы потоков Lj,Gj_v Энтальпия жидкой фазы h рассчитывается с использованием метода избыточных свойств. Избыточная энтальпия hex равна разности между энтальпией смеси и энтальпией идеальной жидкости. А" =Л-] ,.Л,; (2.23) где ht - энтальпия чистого і-то компонента, Дж/моль; xt- мольная доля / го компонента в смеси, моль/моль.
Технологическая схема брагоректификационной установки косвенного действия ОАО АПФ «Фанагория»
Основываясь на результатах идентификации, принято количество теоретических тарелок в эпюрационной колонне с учетом дефлегматора - 23, с подачей питания - 18 (рисунок 3.7). Как показали расчеты, распределение всех компонентов по высоте колонны практически полностью совпадают для всех методов [123]. Распределение компонентов по высоте эпюрационной колонны в жидкой фазе приведены в приложении В. Таким образом, в точности прогнозирования распределения компонентов по высоте эпюрационной колонны все модели равноценны. Затраты машинного времени для всех моделей соизмеримы. При расчетах на персональном компьютере Intel Celeron 1800, с оперативной памятью 256 Мб затраты машинного времени по представленным методам следующие: по методу 1 - 1 минута, по методу 2 - 1 минута 10 секунд, по методу 3 - 1 минута 20 секунд. Для всех моделей основные затраты машинного времени приходятся на расчет бинарной смеси этанол - вода. Причиной этого является применяемый в программе модели пошаговый метод поиска решения для бинарной смеси этиловый спирт - вода. Таким образом, для расчетов, связанных с эпюрационной колонной можно применять модель независимого определения концентраций компонентов, позволяющую точно, с малыми затратами времени получить результат эпюрации.
В качестве исходных данных для ректификационной колонны принято: количество исходной смеси - 408,65 л/ч, крепость исходной смеси - 38,54 % об., расход острого пара - 500 кг/ч, отбор головной фракции - 1,57 л/ч, отбор ректификованного спирта- 159,8 л/ч, отбор сивушных спиртов в жидкой фазе -0,77 л/ч, верхний отбор сивушных масел в паровой фазе - 2,12 л/ч, отбор сивушных масел в паровой фазе ниже - 1,89 л/ч, тарелок в колонне - 96, тарелка подачи питания - 24, тарелка отбора ректификованного спирта - 92, тарелка жидкого отбора фракции сивушных спиртов - 42, тарелка парового отбора сивушных масел выше подачи питания -21, тарелка парового отбора сивушных масел ниже подачи питания - 7, колонна содержит дефлегматор, давление внизу колонны - 0,128 МПа, давление вверху колонны - 0,105 МПа. Количество
Расчетная схема эпюрационной (а) и ректификационной (б) колонн. теоретических тарелок в колонне с учетом дефлегматора принято равным 41,номер тарелки отбора ректификованного спирта - 38, тарелки отбора сивушных спиртов - 18, тарелки парового отбора сивушных масел выше подачи питания - 10, тарелки подачи питания - 8, тарелки парового отбора сивушных масел - 3 (рисунок 3.7). По результатам расчетов установлено, что при определении состава ректификованного спирта все методы дают удовлетворительные результаты, однако составы фракции сивушного масла по модели 1 и двум другим методам существенно различаются (таблица 3.6).
Представляет интерес сравнение данных о распределении компонентов по высоте колонны, полученные по различным методам. Анализируя данные, примем за эталон результаты наиболее точного метода 3 с переменными потоками парового и жидкостного потоков. Отличие наблюдается для всех компонентов, в том числе и для этилового спирта и воды (рис.3.8). Предварительно можно предположить, что различие профилей распределения спирта и воды повлечет за собой различие в распределении по колонне и примесных компонентов. На рисунке 3.9 представлены распределения концентраций некоторых примесных компонентов. Кривые распределений остальных компонентов по высоте колонны в жидкой фазе приведены в приложении Г. Проанализировав данные по всем компонентам, можно сделать вывод, что у всех примесных компонентов, имеющих максимум концентрации по модели 1, он находится выше на 1-4 тарелки, чем по моделям 2 и 3. Величина этих концентраций по модели 1 для всех компонентов превышает значения по моделям 2 и 3. Для некоторых компонентов это превышение составляет десятки раз (1-гексанол, 1-бутанол, 1-амилол, изоамилацетат, капроновый альдегид). Графики распределения концентраций компонентов, концентрирующихся вверху колонны, для всех методов совпадают (этилформиат, метанол, этилацетат, метилацетат).
По моделям 2 и 3 отличие концентраций этилового спирта и воды не превышает 3%. Положение максимумов концентраций примесных компонентов по высоте колонны совпадают, а численное различие не превышает 9 %. В зависимости от компонента значение концентрации по модели 2 отклоняется в большую или меньшую сторону от значений по модели З.При расчетах на персональном компьютере Intel Celeron 1800, с оперативной памятью 256 Мб затраты машинного времени по представленным методам следующие: по методу 1 - 1 минута, по методу 2-16 минут, по методу 3 -22 минуты. Для первого метода основные затраты машинного времени приходятся на расчет бинарной смеси этанол-вода. Это происходит по причине применяемого в программе модели пошагового метода поиска решения для бинарной смеси [124].
Совершенствование структуры технологической схемы брагоректификационной установки
С использованием идентифицированной математической модели был проведен численный эксперимент. Целью эксперимента являлось изучение влияния на качество и выход ректификованного спирта технологических и структурных параметров установки и совершенствование технологической схемы и режима работы брагоректификационной установки.
На рисунке 4.1 представлена расчетная схема, исследуемой установки, состоящая из эпюрационной и ректификационной колонн, соединенных потоками эпюрата из эпюрационной колонны и головной фракции ректификационной колонны.
Брагоректификационная установка оснащена насосами для подачи жидких потоков. В этом случае при оптимизации работы установки номера тарелок ввода питания могут быть включены в число параметров оптимизации.
В таблице 4.1 даны соответствия реальных и теоретических тарелок эпюрационной и ректификационной колонн.
Давление низа эпюрационной колонны - 0,118 МПа, давление верха -0,103 МПа; температура низа эпюрационной колонны - 88 С, температура питания эпюрационной колонны - 86 С, температура верха - 78 С. Давление низа ректификационной колонны - 0,128 МПа, давление верха - 0,103 МПа; температура низа ректификационной колонны - 109 С, температура верха - 78 С. Температура на тарелке отбора сивушных масел (8) - 96 С.
В расчетах использовались данные опытов обследования брагоректифи-кационной установки от 17.11.2004 года (приложение Б). Результаты численных экспериментов для различных вариантов сочетания изменяемых параметров установки отражаются в таблицах приложения Д.
Изучено влияние на качество получаемого этилового спирта следующих технологических параметров: изменения количества пара, подаваемого на обогрев ректификационной колонны; изменения количества пара, подаваемого на обогрев эпюрационной колонны; использования открытого и закрытого обогрева эпюрационной колонны; изменения положения питающей тарелки спиртовой колонны; изменения крепости питания эпюрационной.
Определено, что с увеличением подачи пара наблюдается снижение содержания сивушных спиртов (1-пропанола, изобутанола), и одновременное повышение крепости ректификованного спирта. Содержание 1-пропанола и изобутанола при переходе расхода пара с 20 на 25 кг/дал уменьшается более чем в пять раз. При расходе острого пара ректификационной колонны менее 20 кг/дал крепость получаемого спирта не достигает уровня 96,2 %об. Однако, уже при расходе пара 25 кг/дал по всем качественным показателям, за исключением содержания метанола и крепости, получаемый спирт отвечает требованиям ГОСТ [81], предъявляемым к марке «Экстра».
Повышение концентрации спирта уменьшает коэффициенты испарения практически всех головных примесей, а следовательно, ухудшает условия пастеризации, однако это ухудшение незначительно. С увеличением крепости ректификованного спирта на верхних тарелках колонны уменьшаются коэффициенты испарения промежуточных примесей. Одновременно концентрация этанола на нижних тарелках ректификационной колонны с увеличением подачи острого пара уменьшается, а коэффициенты испарения промежуточных примесей увеличиваются. Поэтому величина максимальной концентрации промежуточных компонентов в средней части колонны с увеличением подачи острого пара увеличивается. А, следовательно, увеличивается вывод промежуточных примесей посредством боковых отборов.
Поэтому для подачи пара в ректификационную колонну рекомендован расход водяного пара 25 кг/дал (таблица 4.2). Меньший расход пара не обеспечивает уровня крепости ректификованного спирта, удовлетворяющее требованиям ГОСТ [81] для марки «Высшая очистка». Больший расход острого пара увеличивает энергозатраты и количество сточных вод. Таблица 4.2 - Изменение показателей качества спирта от величины рас хода острого пара в спиртовую колонну
Для проведения процесса эпюрации рекомендован расход водяного пара, подаваемого в эпюрационную колонну, 5 кг/дал (таблица 4.3). Выявлено, что с повышением расхода пара, подаваемого на обогрев эпюрационной колонны, резко снижается содержание альдегидов в пастеризованном спирте. При расходе пара 5 кг/дал содержание альдегидов не превышает норм, установленных ГОСТ [81] для марки «Высшей очистка».
В связи с тем, что ставилась задача получения спирта марки «Высшая очистка», рекомендуется поддерживать уровень расхода острого пара в эпюрационной колонне 5 кг/дал.
Как показали расчеты и последующий опыт, целесообразно применение закрытого обогрева эпюрационной колонны (таблица 4.2). При работе с закрытым обогревом эпюрационной колонны крепость ректификованного спирта возрастает. Экспериментальные данные подтверждают, что режим работы установки при закрытом обогреве эпюрационной колонны более стабилен. Повышается уровень энергосбережения за счет того, что конденсат отработанного пара может использоваться в производственном процессе. Уменьшается количество сточных вод. Качество получаемого ректификованного продукта зависит и от чистоты подаваемого острого пара в колонны. При недостаточной чистоте используемого острого пара в продукт попадают дополнительные примесные вещества. В результате, в процессе очистки спиртовой смеси происходит дополнительное поступление нежелательных примесных компонентов. Поэтому рекомендовано использовать закрытый обогрев в эпюрационной колонне.
