вертикальный кожухотрубный аппарат для конденсации пара и концентрирования примесей этилового спирта

Формула изобретения

Вертикальный кожухотрубный аппарат для конденсации пара и концентрирования примесей этилового спирта, характеризующийся тем, что содержит цилиндрический корпус с днищем и крышкой, разделенный двумя горизонтальными перегородками на нижнюю, среднюю и верхнюю секции, при этом нижняя и верхняя секции связаны между собой заполненными теплопроводящей насадкой трубами для пропускания содержащего головные и промежуточные примеси водно-спиртового пара из нижней секции в верхнюю, а также гидроселекционной воды и водно-спиртовой жидкости из верхней секции в нижнюю, верхние торцы труб оснащены пилообразными кромками и распределительными устройствами, обеспечивающими равномерное орошение насадки поступающей из верхней секции в трубы жидкостью, а нижние торцы труб оборудованы сетчатыми перегородками для поддержания насадки, средняя секция, имеющая нижний патрубок для ввода в ее межтрубное пространство охлаждающей жидкости и верхний патрубок для вывода этой жидкости из межтрубного пространства, предназначена для конденсации в трубах водно-спиртового пара с передачей выделяющегося при этом тепла охлаждающей жидкости через стенки труб и насадки и для концентрирования головных и промежуточных примесей этилового спирта в процессе массообмена между жидкостью и паром на поверхности элементов насадки и внутренней поверхности труб, верхняя секция имеет патрубки для ввода гидроселекционной воды и водно-спиртовой жидкости и патрубок для вывода обогащенного примесями водно-спиртового пара, а нижняя секция снабжена патрубками для ввода водно-спиртового пара и отвода очищенной от примесей флегмы.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к спиртовой промышленности, в частности к аппаратам для получения пищевого ректификованного спирта.

Известна эпюрационная колонна, на верхнюю тарелку которой подают гидроселекционную воду и осуществляют концентрирование примесей этилового спирта в ее концентрационной части за счет массообмена между жидкой и паровой фазами на контактных устройствах, а также в дефлегматоре, где проводят конденсацию пара и его массообмен с флегмой на внешней поверхности трубок, заполненных охлаждающей жидкостью (Перелыгин В.М., Паршина Т.А., Никитина С.Ю. Способ получения ректификованного спирта. Патент РФ №2243811 по заявке №2002131193/13 21.11.2002. В01D/14).

Однако данный аппарат не позволяет получать высокую концентрацию примесей в паре, отводимом из дефлегматора, что вызывает необходимость использования разгонной колонны для дополнительного концентрирования примесей и приводит к увеличению материальных и энергетических затрат на производство ректификованного спирта.

Наиболее близким к предлагаемому является вертикальный кожухотрубный дефлегматор, в котором процесс конденсации пара сочетается с концентрированием примесей в результате массообмена между поднимающимся вверх паром и стекающей вниз флегмой на внешней поверхности трубок с охлаждающей жидкостью (П.С.Цыганков. Брагоректификационные установки. Москва. Пищевая промышленность, 1970. с.247).

Однако эффект концентрирования примесей в этом аппарате недостаточен из-за непродолжительности контакта между жидкостью и паром, повышения концентрации спирта и уменьшения коэффициентов испарения примесей в процессе конденсации пара.

Задачами изобретения являются повышение концентрации примесей этилового спирта в водно-спиртовом паре в процессе его конденсации, уменьшение количества охлаждающей жидкости, повышение качества ректификованного спирта и снижение затрат на его производство.

Указанные задачи достигаются тем, что в вертикальном кожухотрубном аппарате для конденсации пара и концентрирования примесей этилового спирта имеется цилиндрический корпус с днищем и крышкой, разделенный двумя горизонтальными перегородками на нижнюю, среднюю и верхнюю секции, при этом нижняя и верхняя секции связаны между собой заполненными теплопроводящей насадкой трубами для пропускания содержащего головные и промежуточные примеси водно-спиртового пара из нижней секции в верхнюю, а также гидроселекционной воды и водно-спиртовой жидкости из верхней секции в нижнюю, верхние торцы труб оснащены пилообразными кромками и распределительными устройствами, обеспечивающими равномерное орошение насадки поступающей из верхней секции в трубы жидкостью, а нижние торцы труб оборудованы сетчатыми перегородками для поддержания насадки, средняя секция, имеющая нижний патрубок для ввода в ее межтрубное пространство охлаждающей жидкости и верхний патрубок для вывода этой жидкости из межтрубного пространства, предназначена для конденсации в трубах водно-спиртового пара с передачей выделяющегося при этом тепла охлаждающей жидкости через стенки труб и насадки и для концентрирования головных и промежуточных примесей этилового спирта в процессе массообмена между жидкостью и паром на поверхности элементов насадки и внутренней поверхности труб, верхняя секция имеет патрубки для ввода гидроселекционной воды и водно-спиртовой жидкости и патрубок для вывода обогащенного примесями водно-спиртового пара, а нижняя секция снабжена патрубками для ввода водно-спиртового пара и отвода очищенной от примесей флегмы.

Применение предлагаемого аппарата позволит снизить остаточное содержание примесей во флегме, выходящей через патрубок из его нижней секции в результате дополнительного концентрирования примесей в водно-спиртовом паре труб аппарата путем подачи гидроселекционной воды через патрубок в верхнюю секцию, увеличения коэффициентов испарения примесей и протекания массообмена между жидкой и паровой фазами на поверхности элементов насадки в трубах средней секции, что повышает качество ректификованного спирта. Кроме того, подача в аппарат гидроселекционной воды снижает концентрацию этилового спирта в жидкости и паре, что обусловливает повышение температуры при движении снизу вверх по высоте труб в средней секции, снижение расхода охлаждающей жидкости и затрат на получение ректификованного спирта повышенного качества.

На чертеже схематично представлен вертикальный кожухотрубный аппарат для конденсации пара и концентрирования примесей этилового спирта.

Аппарат содержит вертикально установленный цилиндрический корпус 1 с днищем 4 и крышкой 5, который разделен горизонтальными перегородками 2, 3 на нижнюю 6, среднюю 7 и верхнюю 8 секции. В перегородки 2, 3 вмонтированы заполненные теплопроводящей насадкой трубы 9, соединяющие между собой нижнюю 6 и верхнюю 8 секции. Верхние торцы труб 9 оборудованы пилообразными кромками 10 и распределительными устройствами 11, обеспечивающими равномерное орошение насадки жидкостью из верхней секции 8 по горизонтальным сечениям труб 9. Нижние торцы труб 9 снабжены сетчатыми перегородками 12 для поддержания насадки. Нижняя секция 6 имеет патрубок 13 для ввода водно-спиртового пара и патрубок 14 для отвода флегмы, верхняя секция 8 содержит патрубки 15, 16 для подачи гидроселекционной воды и водно-спиртовой жидкости и патрубок 17 для вывода водно-спиртового пара, а средняя секция 7 оборудована патрубком 18 для ввода охлаждающей жидкости в межтрубное пространство 20 и патрубком 19 для отвода охлаждающей жидкости.

Аппарат работает следующим образом.

В межтрубное пространство 20 средней секции 7 подают через патрубок 18 охлаждающую жидкость и выводят ее из аппарата через патрубок 19, в нижнюю секцию 6 вводят через патрубок 13 водно-спиртовый пар, содержащий головные и промежуточные примеси этилового спирта. Из секции 6 пар поступает через сетчатые перегородки 12 в трубы 9, где осуществляют его конденсацию за счет передачи тепла охлаждающей жидкости через стенки труб 9. В передаче тепла от пара к внутренней поверхности труб 9 принимают участие элементы насадки, что повышает коэффициент теплопередачи и снижает количество труб 9, необходимое для обеспечения заданного флегмового числа аппарата.

В верхнюю секцию 8 подают через патрубки 15,16 гидроселекционную воду и водно-спиртовую жидкость, которые с помощью пилообразных кромок 10 и распределительных устройств 11 равномерно орошают насадку в трубах 9 по их горизонтальным сечениям. Подача гидроселекционной воды снижает концентрации этилового спирта в жидкой и паровой фазах труб 9 в средней секции 7, повышает их температуру, а также температуру отходящей через патрубок 19 охлаждающей жидкости, что снижает ее расход на конденсацию водно-спиртового пара.

Между поднимающимся снизу вверх по высоте труб 9 водно-спиртовым паром и стекающими сверху вниз гидроселекционной водой и флегмой протекает процесс массообмена на поверхности элементов насадки и внутренней поверхности труб 9.

Результатом этого процесса является увеличение концентрации примесей этилового спирта в паровой фазе и снижение их концентрации в жидкой фазе. Примеси выводят из аппарата с паром через патрубок 17, а очищенную от примесей жидкость отводят через патрубок 14.

В известном аппарате концентрированно примесей этилового спирта протекает в результате конденсации пара и массообмена между флегмой и паром на внешней поверхности трубок. При этом содержание этилового спирта в паре возрастает при его движении снизу вверх по высоте аппарата, что вызывает уменьшение коэффициентов испарения примесей и снижение эффекта их концентрирования.

В предлагаемом аппарате процесс концентрирования примесей протекает не только на внутренней поверхности труб 9, но и на поверхности элементов насадки. При этом при движении пара снизу вверх по высоте труб 9 происходит его постепенная конденсация, что обусловливает увеличение удельного расхода гидроселекционной воды, уменьшение концентраций этилового спирта, увеличение коэффициентов испарения и концентраций примесей в паре, выходящем из аппарата, и повышение качества ректификованного спирта по сравнению с известным аппаратом.

В известном аппарате процесс конденсации пара на внешней поверхности трубок, заполненных охлаждающей жидкостью, приводит к росту концентрации этилового спирта и снижению температуры в межтрубном пространстве, что вызывает понижение температуры отходящей жидкости и увеличение ее количества.

В предлагаемом аппарате температуру жидкости и пара в межтрубном пространстве повышают за счет подачи гидроселекционной воды в верхнюю секцию 8 и уменьшения концентраций этилового спирта, что обусловливает повышение температуры отходящей через патрубок 19 жидкости, снижение ее расхода и затрат на производство ректификованного спирта по сравнению с известным аппаратом.

Сравнительные показатели процессов конденсации пара и концентрирования примесей этилового спирта согласно прототипу и предлагаемому аппарату отражены в примерах 1, 2 и представлены в таблице.

Пример 1. Процессы конденсации пара и концентрирования примесей этилового спирта осуществляют согласно прототипу.

Пример 2. Процессы конденсации пара и концентрирования примесей этилового спирта проводят согласно предлагаемому аппарату.

Как следует из приведенных примеров, предлагаемый аппарат позволяет конденсировать пар с меньшим количеством охлаждающей воды, увеличивать концентрацию примесей этилового спирта в паре, выходящем из аппарата, повышать качество ректификованного спирта и снижать затраты на его производство по сравнению с известным аппаратом.

№	Показатели работы аппарата для конденсации пара и концентрирования примесей этилового спирта при флегмовом числе 30	Пример 1	Пример 2
1.	Расход охлаждающей воды с температурой 15°С, кг на 1 дал спирта	112	102
2.	Отношение молевой доли примеси в отходящем из аппарата паре к ее молевой доле в исходном паре:
	Этилацетат	50	1,5·10 5
	Ацетальдегид	60	1,8·10 2
	Изоамиловый спирт	0,2	4,2·105
	Изобутиловый спирт	0,3	3,8·105
	Н.пропиловый спирт	0,5	1,5·10 3
	Изопропиловый спирт	30	1,9·103