тепловой насос устройства для ректификации этилового спирта

Формула изобретения

Тепловой насос устройства для ректификации этилового спирта, характеризующийся тем, что он содержит линию удаления спиртового пара из ректификационной колонны, соединяющую ее с испарителем через промежуточный теплообменник посредством соединения его линией циркуляции теплоносителя, которая дополнительно включает в себя последовательно теплообменник и змеевик куба колонны, линию подачи в испаритель хладагента через дроссельный клапан из компрессора, после которого она разветвлена на параллельные ветви, одна из которых проходит через теплообменник, установленный в линии циркуляции теплоносителя, а в другой ветви установлен теплообменник с проходящей через него линией подачи исходной водно-спиртовой смеси в куб ректификационной колонны, причем ветви линии объединены в одну общую линию подачи хладагента в испаритель, соединенную со змеевиком испарителя через дроссельный клапан, в которой установлен теплообменник с проходящей через него линией удаления хладагента из испарителя в компрессор.

Описание изобретения к патенту

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

Известны ректификационные установки с механической рекомпрессией пара [Проспект фирмы Зульцер Хемтех, Москва, 2006 г., Процессы и аппараты химической промышленности. Учебник для техникумов/ П.Г.Романков, М.И.Курочкина, Ю.Я.Мозжерии и др. - Л.: Химия 1989], включающие в линию удаления пара из верхней части ректификационной колонны компрессор, а также теплообменник, конденсатор с охлаждением оборотной водой и отделитель жидкости.

Недостатками данных ректификационных установок являются потери энергии паров спирта с охлаждающими средами и соприкосновение продукта при его сжатии с движущимися частями компрессора, что может привести к нежелательному попаданию смазочных материалов в ректифицируемый продукт.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является установка для разделения углеводородной смеси, работающая с тепловым насосом [Янтовский Е.И., Левин Л.А. Промышленные тепловые насосы. - М.: Энергоатомиздат, 1989. - 128 с.: ил. - (Экономия топлива и электроэнергии) стр.27, рис.11, а], содержащая колонну ректификации, испаритель, компрессор, конденсатор-кипятильник и дроссельный клапан.

Недостатком данной установки является низкая эффективность использования тепловой энергии, связанная с необходимостью предварительного подогрева исходной смеси необоротными теплоносителями, с которыми часть тепла отводится в окружающую среду, что неблагоприятно влияет на экологическую обстановку, способствуя возникновению «парникового эффекта».

Технической задачей изобретения является повышение эффективности использования тепловой энергии, ресурсосбережение и улучшение экологической обстановки.

Техническая задача изобретения достигается тем, что в тепловом насосе устройства для ректификации этилового спирта, новым является то, что он содержит линию удаления спиртового пара из ректификационной колонны, соединяющую ее с испарителем через промежуточный теплообменник посредством соединения его линией циркуляции теплоносителя, которая дополнительно включает в себя последовательно теплообменник и змеевик куба колонны, линию подачи в испаритель хладагента через дроссельный клапан из компрессора, после которого она разветвлена на параллельные ветви, одна из которых проходит через теплообменник, установленный в линии циркуляции теплоносителя, а в другой ветви установлен теплообменник с проходящей через него линией подачи исходной водно-спиртовой смеси в куб ректификационной колонны, причем ветви линии объединены в одну общую линию подачи хладагента в испаритель, соединенную со змеевиком испарителя через дроссельный клапан, в которой установлен теплообменник с проходящей через него линией удаления хладагента из испарителя в компрессор.

Технический результат изобретения заключается в повышении эффективности использования тепловой энергии.

На фиг.1 изображена схема теплового насоса устройства для ректификации этилового спирта.

Тепловой насос устройства для ректификации этилового спирта содержит ректификационную колонну 1, имеющую куб 2 со змеевиком 10, промежуточный теплообменник 3 со змеевиком 11, испаритель 4 со змеевиком 12, дроссельный клапан 5, теплообменник 6, компрессор 7, теплообменники 8 и 9, установленные в линии циркуляции теплоносителя и подачи исходной водно-спиртовой смеси в куб 2 ректификационный колонны 1. При этом ректификационная колонна 1 соединена линией удаления из нее спиртового пара с испарителем 4 через промежуточный теплообменник 3 посредством соединения его линией циркуляции теплоносителя, которая дополнительно последовательно включает в себя теплообменник 9, змеевик 10 куба 2 ректификационной колонны 1, при этом линия подачи в испаритель 4 хладагента из компрессора 7, после которого разветвляется на параллельные ветви линии, одна из которых проходит через теплообменник 9, установленный в линии циркуляции теплоносителя, а в другой ветви установлен теплообменник 8 с проходящей через него линией подачи исходной водно-спиртовой смеси в куб 2 ректификационной колонны 1, причем ветви линии объединяются в одну общую линию подачи хладагента в испаритель 4, соединенную со змеевиком испарителя 12 через дроссельный клапан 5, в которой установлен теплообменник 6 с проходящей через него линией удаления хладагента из испарителя 4 в компрессор 7.

Таким образом, разработанная схема устройства для ректификации этилового спирта представляет собой систему, работающую по принципу теплового насоса, т.е. обеспечивающая эффективное использование вторичных энергоресурсов.

Тепловой насос устройства для ректификации этилового спирта работает следующим образом.

В кубе 2 ректификационной колонны 1 осуществляется нагрев исходной водно-спиртовой смеси до температуры ее кипения теплоносителем (в качестве которого может быть использована вода, пропиленгликоль, этиленгликоль и т.п.), рециркулирующим в замкнутом контуре.

Разделение происходит на контактных устройствах (условно не показаны) ректификационной колонны 1, после чего спиртовой пар из верхней части ректификационной колонны 1 подается в межзмеевиковое пространство промежуточного теплообменника 3. При этом через трубки змеевика 11 пропускается охлажденный теплоноситель из испарителя 4. В результате рекуперативного теплообмена между спиртовыми парами и теплоносителем происходит конденсация спиртовых паров. После получения теплоносителем теплоты от паров спирта он направляется по линии рециркуляции, в теплообменник 9, где он подогревается за счет теплоты хладагента теплового насоса до температуры, обеспечивающей кипение водно-спиртовой смеси в кубе 2 колонны 1. Передав теплоту для испарения водно-спиртовой смеси в кубе 2 ректификационной колонны 1, теплоноситель возвращается в испаритель 4, где он охлаждается за счет испарения хладагента. При этом испарившийся хладагент направляется в компрессор 7, где в результате работы сжатия он нагревается с выделением теплоты, которая используется для нагрева теплоносителя в линии его рециркуляции и водно-спиртовой смеси в линии ее подачи в куб 2 ректификационной колонны 1.

Это достигается тем, что линия подачи в испаритель 4 хладагента из компрессора 7, после которого разветвляется на параллельные ветви линии, одна из которых проходит через теплообменник 9, установленный в линии рециркуляции теплоносителя, для передачи ему теплоты, а другая ветвь линии проходит через теплообменник 8 с проходящей через него линией подачи исходной водно-спиртовой смеси в куб 2 ректификационной колонны 1, для ее предварительного нагрева.

Затем хладагент из разветвленных ветвей линий направляется через объединенную общую линию в испаритель 4, через дроссельный клапан 5, в змеевике которого он в результате фазового перехода в газообразное состояние при кипении отбирает теплоту от теплоносителя, проходящего через испаритель 4 по линии его рециркуляции.

Предложенный тепловой насос устройства для ректификации этилового спирта позволяет:

- снизить энергозатраты на нагрев водно-спиртовой смеси в конденсаторе теплового насоса;

- экономить материальные средства на производство охлаждающей воды;

- сократить выбросы, связанные с производством греющей среды для проведения процесса ректификации спирта по сравнению с традиционным способом.