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 нижней и верхней секциями, связанными между собой трубками для пропускания охлаждающей жидкости из нижней секции в верхнюю, при этом в межтрубном пространстве корпуса образованы средняя секция, заполненная теплопроводящей насадкой и предназначенная для конденсации пара и концентрирования примесей этилового спирта, верхняя секция, имеющая патрубки для вывода примесей с паром и ввода гидроселекционной воды, и нижняя секция, отделенная от средней секции сетчатой перегородкой и оснащенная патрубками для ввода пара и отвода флегмы, причем между верхней и средней секциями межтрубного пространства установлено распределительное устройство, предназначенное для обеспечения равномерной подачи гидроселекционной воды в среднюю секцию.

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 с 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).

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. М.: 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 нижней и верхней секциями, связанными между собой трубками для пропускания охлаждающей жидкости из нижней секции в верхнюю, при этом в межтрубном пространстве корпуса образованы средняя секция, заполненная теплопроводящей насадкой и предназначенная для конденсации пара и концентрирования примесей этилового спирта, верхняя секция, имеющая патрубки для вывода примесей с паром и ввода гидроселекционной воды, и нижняя секция, отделенная от средней секции сетчатой перегородкой и оснащенная патрубками для ввода пара и отвода флегмы, причем между верхней и средней секциями межтрубного пространства установлено распределительное устройство, предназначенное для обеспечения равномерной подачи гидроселекционной воды в среднюю секцию.

Применение предлагаемого аппарата позволит снизить остаточное содержание примесей в флегме, выходящей через патрубок 11 из нижней секции 9 межтрубного пространства в результате дополнительного концентрирования примесей в водно-спиртовом паре путем подачи гидроселекционной воды через патрубок 15 в верхнюю секцию 17 межтрубного пространства, увеличения коэффициентов испарения примесей и протекания массообмена между жидкой и паровой фазами на поверхности элементов насадки в средней секции 17 межтрубного пространства, что повышает качество ректификационного 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 межтрубного пространства 17, снижение расхода охлаждающей жидкости и затрат на получение ректификационного 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 нижней 2 и верхней 3 перегородками, в которые вмонтированы трубки 4 для пропускания охлаждающей жидкости из нижней секции 5 в верхнюю секцию 6. Секции 5 и 6 оборудованы патрубками 7 и 8 для ввода и вывода охлаждающей жидкости. Межтрубное пространство аппарата имеет нижнюю секцию 9 с патрубками 10 и 11 для ввода пара и вывода жидкости и сетчатой перегородкой 12, верхнюю секцию 13 с патрубками 14 и 15 для вывода пара и ввода жидкости, а также распределительным устройством 16, обеспечивающим равномерную подачу жидкости по горизонтальному сечению аппарата в среднюю секцию 17 межтрубного пространства, заполненную теплопроводящей насадкой 18.

Аппарат работает следующим образом. В секцию 5 через патрубок 7 вводят охлаждающую жидкость, пропускают ее по трубкам 4 и выводят из аппарата через патрубок 8.

В нижнюю секцию 9 межтрубного пространства подают через патрубок 10 водно-спиртовой пар, содержащий примеси этилового спирта. Из секции 9 пар поступает через сетчатую перегородку 12 в среднюю секцию 17 межтрубного пространства, где осуществляют его конденсацию за счет передачи тепла охлаждающей жидкости через стенки трубок 4. В передаче тепла от пара к внешней поверхности трубок 4 принимают участие элементы теплопроводящей насадки 18, что повышает коэффициент теплопередачи и уменьшает количество трубок 4, необходимое для обеспечения заданного флегмового числа аппарата.

В верхнюю секцию 13 межтрубного пространства через патрубок 15 вводят гидроселекционную воду, которая поступает в среднюю секцию 17 межтрубного пространства через распределительное устройство 16. Подача гидроселекционной воды снижает концентрацию этилового спирта в жидкой и паровой фазах межтрубного пространства, повышает их температуру, а также температуру отходящей через патрубок 8 охлаждающей жидкости, что снижает ее расход на конденсацию водно-спиртового пара.

Между поднимающимся снизу вверх водно-спиртовым паром и стекающими сверху вниз гидроселекционной водой и флегмой протекает процесс массообмена на внешней поверхности трубок 4 и элементов насадки 18. 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 14, а очищенную от примесей жидкость отводят через патрубок 11.

В известном аппарате концентрирование примесей этилового спирта протекает в результате конденсации пара и массообмена между флегмой и паром на внешней поверхности трубок 4. 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 поверхности трубок 4, но и на поверхности элементов насадки 18 снизу вверх по высоте аппарата вследствие подачи гидроселекционной воды в верхнюю часть средней секции межтрубного пространства, заполненной насадкой, что обусловливает увеличение коэффициентов испарения примесей, степени их концентрирования и повышение качества ректификованного спирта по сравнению с известным аппаратом.

В известном аппарате процесс конденсации пара на внешней поверхности трубок 4 приводит к росту концентрации этилового спирта и снижению температуры в межтрубном пространстве, что вызывает понижение температуры отходящей через патрубок 8 охлаждающей жидкости и увеличение ее количества.

В предлагаемом аппарате температуру жидкости и пара в межтрубном пространстве повышают за счет подачи гидроселекционной воды в верхнюю часть средней секции 17 межтрубного пространства и уменьшения концентраций этилового спирта, что обусловливает повышение температуры отходящей через патрубок 8 охлаждающей 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 1.

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.

Таблица
№	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	104
2.	Отношение молевой доли примеси в отходящем из аппарата паре к ее молевой доле в исходном паре:
	Этилацетат Ацетальдегид Изоамиловый спирт Изобутиловый спирт Н.пропиловый спирт Изопропиловый спирт	50 60 0,2 0,3 0,5 30	1,2·10 5 1,2·102 3,1·10 5 2,8·105 1,4·10 3 1,2·103