1.5.2.2 Технологічні схеми виробництва біоетонолу-сирцю Підготовка сировини і зброджування

У загальному вигляді технологія біоетанолу складається з двох основних етапів: виробництво етанолу-сирцю та подальше його зневоднення (дегідратація). Конкурентоспроможність біоетанолу в значній мірі залежить від економічної ефек­тивності виробництва етанолу-сирцю. В даному дипломному

проекті розглянуті інноваційні тех­нології його виробництва.

Етанол-сирець отримують перегонкою спиртової бражки з подальшою

його рек­тифікацією до товарних кондицій.

Технологічний процес здійснюють на брагоперегонній або брагоректифікаційній установці по стадіях:

• вилучення спирту та всіх супутніх органічних домішок з бражки та відведення, барди як відходу виробництва;

• концентрування спирту з отриманням товарного етанолу-сирцю;

• виділення надлишку води і вилучення її з виробництва у вигляді лютерної во­ди (при використанні брагоректифікаційної установки);

• вилучення в процесі концентрування спирту проміжних домішок (при необ­хідності зниження вмісту сивушного масла в спирті етиловому-сирці до вимог тех­нічних умов).

Для виробництва спирту-сирцю використовують одиоколонні брагонерегонні колони або двоколонні брагоректифікаційні установки.

Брагоректифікаційні установки можуть включати повні та неповні ректифікацій­ні колони.

Повна колона складається з відгінної та концентраційної частини. Живлення у пов­ну колону вводиться в середню частину (на верхню тарілку відгінної частини колони).

Неповна колона має тільки відгінну частину або одну концентраційну частину. Живлення у неповну відгінну колону подається на її верхню тарілку, в неповну кон­центраційну — під нижню тарілку в пароподібному вигляді.

Етанол-сирець виділяється з бражки з усіма леткими домішками і доводиться до заданої концентрації. Слабоградусний спирт-сирець концентрацією 35-65 % об. от­римують при переробці виноматеріалів та спиртовмісних відходів виноробства. Ета­нол-сирець концентрацією 88-96% об. виробляють з крохмалевмісної сировини.

У процесі одержання спирту-сирцю з бражки відганяють етанол разом з більш леткими, порівняно з етанолом, домішками.

Брагоректифікаційні установки для виробництва

Одноколонна сирцева установка складається з повної ректифікаційної колони (рис. 1.2).

Рисунок 1.2 - Технологічна схема типової

одноколонної сирцевої установки:

1 — колона брагоперегінна; 2 — сепаратор С0₂;

3 — конденсатор сепаратора С0₂; 4 — підігрівач

бражки; 5 — дефлегматор; 6 — конденсатор-

холодильник; 7 — пробовідбірник; 8 — гідрозатвір;

9 — вакуум — переривач; 10 — пробний

холодильник; 11 — ротаметр; 12 — оглядовий

ліхтар

У відгінній частині колони звичайно встановлюють 18-22 тарілки. На типових сир­цевих ректифікаційних установках у верхній частині колони (концентраційній або спир­товій) встановлюють 9-10 ситчастих або багатоковпачкових тарілок, на яких відбува­ється концентрування спирту у вихідному потоці пари внаслідок контакту з зустрічним потоком флегми, що стікає. Спиртова пара, концентрацією біля 88% об., з колони надхо­дить у дефлегматор, де значна його частина (біля 2/3) конденсується, віддаючи теплоту бражці та воді, угворюючи флегму (R=2). Залишкова частина (біля 1/3) спиртової па­ри надходить у холодильник, де конденсується, і спирт-сирець охолоджується.

При виробленні спирту-сирцю з більш високою концентрацією кількість тарілок у концентраційній частині збільшують до 30-50 шт. і здійснюють більший відбір компонентів сивушного масла (проміжних домішок).

У двоколонних сирцевих установках (рис.1.3) спирт виділяється у відгінній ко­лоні, водно-спиртова пара з якої надходить у повну спиртову колону, де він концент­рується за рахунок флегми. У відгінній частині спиртової колони спирт вилучається гріючою парою; з куба відгінної колони — відводиться лютерна вода.

Рисунок 1.3 – Апаратурно-технологічна схема двоколонної установки для виробництва етанолу-сирцю:

1 — бражна колона; 2 — єпюраційна колона; 3 — підігрівам бражки; 4 — сепаратор С0₂;

5 — конденсатор сепаратора С0₂; 6, 9 — дефлегматори; 7, 10 — конденсатори;

8, 11 — спиртоуловлювачи; 12 — холодильник спирту; 13 — ротаметр; 14 — оглядовий ліхтар;

15 — обліковий пристрій; 16 - гідрозатвір; 17 — пробовідбірник; 18 — вакуум-псреривач

В HB TOB «Інтермаш» розроблена апаратурно-технологічна схема брагоректифікаційної установки для виробництва етанолу-сирцю на типовій брагоректифікаційній установці (рис. 1.4).

За технологічним регламентом робота установки передбачена за двома варі­антами.

За першим варіантом спиртова бражка через нідігрівач бражки 4 подається на верхню частину бражної колони і стікає по її тарілкам донизу, назустріч бражці під­німається гріюча пара, яка вилучає з бражки спирт і всі леткі домішки.

Рисунок 1.4 – Апаратурно-технологічна схема установки для виробництва етанолу-сирцю:

Колони: 1 — бражна; 2 — епюраційна; 3 — спиртова; 4 — підігрівам бражки; 5 — сепаратор С0₂;

6 — конденсатор сепаратора С0₂; 7, 8, 9, 14,15 — конденсатори: 10. 11 — спиртоуловлювачі;

12,13 — дефлегматори; 16 — холодильник спирту-ректифікату; 17. 18 — гідрозатвір: 19— ротаметр; 20 — сивухопромивач; 21 — холодильник етанолу-сирцю

Водно-спиртова пара, яка виходить з бражної колони, конденсується у бражно­му підігрівачі 4 та конденсаторі 7 і у вигляді конденсату бражного дистиляту пода­ється на тарілку живлення епюраційної колони 2, в концентраційній частині цієї ко­лони відбувається швидке концентрування спирту і його летких домішок.

Спиртова пара, яка виходить з епюраційної колони, конденсується в дефлегматорі 12 та конденсаторі 8 і у вигляді спирту-сирцю відводиться через холодильник спирту-сирцю 21. У виварній частині епюраційної колони має місце повне вилучення спирту зі спирто-водної рідини, яка відводиться у

вигляді лютерної води.

Спирт-ректифікат відбирається з верхньої частини спиртової колони і через хо­лодильник спирту 16 виводиться з процесу.

За другим варіантом, при необхідності збільшення потужність установки браж­ний дистилят з підігрівана бражки 4 та конденсатора 7 поступає на тарілку живлен­ня спиртової колони 3. В концентраційній частині цієї колони має місце ще більш швидке концентрування спирту та його домішок, які разом у вигляді спирту-сирцю відводяться з дефлегматору 9 та конденсатору 11 через холодильник спирту-сирцю 21. В кубовій частині колони 3 за рахунок гріючої пари відбувається виварювання спирту зі спирто-водної рідини, яка відводиться у вигляді лютерної води. Спирт-ректифікат відбирається з верхньої частини бражної колони і через холодильник 16 виводиться з установки.

При необхідності зменшення вмісту головних домішок в етанолі-сирці з конден­сатора 8 епюраційної колони відбирається головна фракція, а епюрат з кубу колони 2 подається на тарілку живлення спиртової колони 3.

В HB TOB «Інтермаш» розроблені енергозберігаючі ректифікаційні установки для виробництва етанолу-сирцю, рис. 1.5.

Рисунок 1.5 – Енергозберігаючі установки для виробництва спирту-сирцю

Енергозберігаюча ректифікаційна установка за першим варіантом включає з'єднані між собою системою трубопроводів колону бражну 1 та спиртову 2, дефлег­матор 3, конденсатор-спиртовловлювач 4, барометричний конденсатор 5, вакуум-на­сос 6, кип'ятильник-випаровувач 7 та рекуперативний

теплообмінник барди 8.

За другим варіантом бражна колона 1 оснащена підігрівачем бражки 9, конденса­тором бражного підігрівача 10, через який її верх з'єднаний із барометричним кон­денсатором 5 та вакуум-насосом 6.

За третім варіантом для подальшого зменшення питомих енерговитрат енергоз­берігаюча ректифікаційна установка включає з'єднані між собою системою трубоп­роводів бражну 1 та спиртову 2 колони, дефлегматор 3, конденсатор-спиртовловлювач 4, барометричний конденсатор 5, вакуум-насос 6, кип'ятильник-випаровувач 7, рекуперативний теплообмінник барди 8, підігрівач бражки 9, конденсатор бражного підігрівана 10, рекуперативний кип'ятильник-випаровувач 11 спиртової колони 2.

За четвертим варіантом енергозберігаюча ректифікаційна установка включає браж­ну 1 та спиртову 2 колони, сполучені системою трубопроводів, дефлегматор 3, конденсатор-спиртоуловлювач 4, барометричний конденсатор 5, вакуум-насос 6 та реку­перативний теплообмінник барди 8.

Установка працює наступним чином.

За першим варіантом зрілу бражку подають в дефлегматор 3, де нагрівають до тем­ператури 60-70 °С, нагрів бражки до температури 85-90°С здійснюється в рекуператив­ному теплообміннику барди 8. Водно-спиртова пара з бражної колони з температурою 92-96 °С без попередньої конденсації поступає в спиртову колону 2. Теплота водно-спиртової пари бражної колони використовується для часткового обігріву спиртової колони, остаточний обігрів спиртової колони здійснюється гріючою парою через кип'ятильник-випаровувач 7. Незконденсовані в дефлегматорі водно-спиртові пари конденсуються в конденсаторі-спиртовловлювачі 4.

Для зменшення питомих енерговитрат в спиртовій колоні за допомогою баро­метричного конденсатору 5 та вакуум-насосу 6 підтримується вакуум, який забезпе­чує температуру кипіння на верхній тарілці спиртової колони 2 в межах 60-70 °С.

За другим варіантом зрілу бражку нагрівають в бражному нідігрівачі 9 до

темпера­тури 60-75 °С. Для зменшення енерговитрат на перегонку бражки в

бражній колоні за допомогою барометричного конденсатору 5 та вакуум-насосу 6 підтримують ваку­ум, який відповідає температурі кипіння в бражній колоні в межах 70-90 °С. Спир­това колона працює як і в першому варіанті.

За третім варіантом зріла бражка підігрівається в бражному підігрівачі 9 до темпе­ратури 65-80 °С, нагрів бражки до температури 85-90 °С здійснюється в рекуператив­ному теплообміннику барди 8. Водно-спиртова пара з бражної колони 1 з температурою 92-96 °С поступає по комунікації «а» в рекуперативний кип'ятильник-випаровувач 11 для обігріву спиртової колони 2. Під час запуску установки для обігріву спиртової колони 2 використовують кип'ятильник-випаровувач 7, який обігрівається парою з котельні. Конденсат з рекуперативного кип'ятильника-випаровувача 11 подасться по комунікації «б» на тарілку живлення спиртової колони 2, а незконденсована вод­но-спиртова пара по комунікації «б» поступає в бражний підігрівач 9 та конденсатор бражного підігрівача 10, де остаточно конденсується, а конденсат поступає в верхню частину спиртової колони по комунікації «г». Спиртова колона працює так, як і в пер­шому варіанті.

За четвертим варіантом зрілу бражку спочатку нагрівають в дефлегматорі 3 до температури 50-70 °С, а потім, в рекуперативному теплообміннику барди 8, бражку догрівають до температури 75-95 °С. Водно-сииртова пара з бражної колони 1 з темпе­ратурою 80-95 °С поступає в нижню частину спиртової колони 2 для повного її обі­гріву. Флегму з нижньої частини колони подають у верхню частину бражної колони 1. Водно-спиртову пару зі спиртової колони 1 послідовно конденсують в дефлегматорі З, нагріваючи при цьому бражку, і остаточно в конденсаторі-спиртоуловлювачі 4. Для подальшого зменшення енерговитрат в спиртовій та бражній колонах за допо­могою барометричного конденсатора 5 і вакуум-насоса 6 створюють вакуум, який за­безпечує температуру кипіння на верхній тарілці спиртової колони 2 від 60 до 70 °С, а в нижній частині бражної колони 1 від 90 до 100 °С.

В першому, другому і третьому варіантах барда і лютерна вода відводяться з уста­новки з кубів бражної 1 та спиртової колон 2 відповідно, а в четвертому варіанті лютер­на вода відбирається у суміші з бардою. Етанол-

сирець відбирається в усіх чотирьох варіантах зверху спиртової колони.

Питомі витрати гріючої пари для виробництва етанолу-сирцю наведена в табл. 1.7.

Таблиця 1.7 - Питомі витрати гріючої пари для виробництва етанолу-сирцю

Показник	Типова БРУ	І варіант	II варіант	III варіант	ІV варіант
Питомі витрати гріючої пари, кг/дал	32...34	26...28	22...24	18...20	16... 17