Спосіб виробництва етилового спирту

Изобретение относится к области перегонки и ректификации сброженных растворов, а именно к производству этилового спирта. Одной из проблем при производстве данного продукта является удаление из него компонентов сивушной фракции, снижающих его качество, с последующим выделением сивушного масла. Известен способ производства этилового спирта, предусматривающий отбор из ректификационной колонны, наряду с сивушной фракцией, и сивушного спирта [1]. При этом оба состава подаются в сивушную колонну в качестве ее питания. Однако, присутствие сивушного спирта в сивушной колонне резко снижает качество выделяемого в ней сивушного масла. Известны способы и отдельной переработки сивушной фракции. Так, известен способ производства этилового спирта, включающий его ректификацию и выделение сивушного масла путем отбора из ректификационной колонны и подачи сивушной фракции на аппарат выделения сивушного масла - прототип данного изобретения [2]. Согласно известного способа отбор сивушной фракции осуществляют из нескольких тарелок отгонной части ректификационной колонны при определенном интервале температур в зоне отбора. При этом для постоянства состава отбираемой фракции предусматривается поддержание постоянства температуры в зоне отбора за счет регулировки подачи эпюрата в ректификационную колонну (далее, ректоколонну). Такие приемы известного способа связаны с рядом недостатков. Дело в том, что на расположение зоны максимальной концентрации компонентов сивушного масла влияет не только загрузка ее эпюратом, но и ряд други х факторов: колебания крепости эпюрата, флегмового числа, отбора спирта и, конечно, неоднородности состава исходного сырья. Кроме того, изменение подачи эпюрата связано не только с поддержанием температуры в зоне отбора сивушной фракции, но и с регулировкой работы ректоколонны в целом, путем поддержания в определенных пределах температуры на питательной тарелке. Поэтому такие попытки поддержания постоянства оптимальной температуры в зоне отбора фракции, даже при допустимом ее колебании в 4°С, как правило, не дают желаемого результата. И соответственно, согласно прототипа, не удается приблизиться к оптимальному составу отбираемой фракции. Хотя стремятся достигнуть постоянства именно оптимального состава фракции: в ней должно содержаться возможно максимально компонентов сивушного масла и минимально этилового спирта, что обеспечивает эффективную работу сивушной колонны и качество масла. Но как раз такого состава сивушной фракции в зоне ее отбора известный способ обеспечить не может, т.к. вследствие неизбежного колебания режима работы ректоколонны, связанного с ним колебания температуры зоны отбора - до 8-9°С, будет постоянно перемещаться по высоте колонны и зона максимального накопления сивушного масла, уходя от тарелок отбора фракции. А поскольку тут отсутствует связь между фактическим составом фракции в данный момент времени на конкретной тарелке и количеством отбираемой, с нее фракции, то с тарелок, и далее, на аппарат выделения масла будет поступать фракция неоптимального состава. В основу данного изобретения положена задача усовершенствования способа производства этилового спирта путем отбора из ректификационной колонны и подачи в аппарат выделения сивушного масла сивушной фракции оптимального состава и регулирования расхода рабочей жидкости в аппарате в зависимости от фактического количества этилового спирта в подаваемой фракции, что снижает интенсивность экстрагирования и потокового транспортирования сивушного масла рабочей жидкостью в аппарате выделения масла. Поставленная задача решается за счет того, что в способе производства этилового спирта, включающем его ректификацию, отбор от тарелок ректификационной колонны сивушной фракции и выделение из нее сивушного масла в аппарате для его выделения, согласно изобретения в течение процесса определяют отношение фактического содержания сивушного масла к фактическому содержанию этилового спирта сивушной фракции, находящейся над каждой тарелкой ее отбора, и отбор фракции над каждой из этих тарелок осуществляют в количестве, пропорциональном этому своему отношению, а перед выделением сивушного масла определяют фактическое содержание этилового спирта в общем количестве отбираемой фракции и пропорционально ему регулируют расход рабочей жидкости в аппарате выделения сивушного масла. Отбор сивушной фракции на основе указанных отношений обеспечивает подачу в аппарат выделения масла фракции оптимального состава: с максимально возможным содержанием масла и минимально возможным содержанием этилового спирта. Это, в свою очередь, приводит к снижению количестве рабочей жидкости (необходимой для экстрагирования этилового спирта из фракции), приходящегося на единицу количества масла во фракции, что снижает интенсивность экстрагирования и потокового транспортирования масла указанной жидкостью. В противном случае будет происходить повышенный унос масла рабочей жидкостью, а при снижении указанных отношений ниже критических значений (0,35 или 0,25, как показано далее), все масло будет уноситься жидкостью, т.е. не выделяться. Регулирование расхода рабочей жидкости в аппарате в зависимости от фактического содержания этилового спирта в общем количестве отобранной фракции обеспечивает минимально необходимый расход жидкости для экстрагирования этилового спирта из фракции, что соответственно снижает количество данной жидкости, приходящееся на единицу количества масла во фракции, А это, как выше показано, снижает интенсивность экстрагирования и потокового транспортирования масла указанной жидкостью. При отсутствии такого регулирования все рассмотренные преимущества отбора фракции оптимального состава могут быть сведены на нет, что не даст реализовать технический результат от их применения. С другой стороны, как корректно не регулировать расход жидкости в аппарате, но если не осуществлен рассмотренный отбор фракции оптимального состава, то все равно будет происходить повышенное экстрагирование и транспортирование масла рабочей жидкостью. Кроме того, признаки отбора фракции снижают переход сивушного масла в этиловый спирт в процессе его ректификации, а также переход спирта в лютерную (отходящую) воду ректоколонны. Этим самым снижается загрязнение спирта и его потери. Одновременно признаки регулирования расхода снижают количество остаточного этилового спирта в масле, т.е. повышают его качество. Одна из форм данного изобретения предусматривает то, что определяют отношение суммы фактических содержаний изоамилового, изобутилового спиртов к фактическому содержанию этилового спирта сивушной фракции. При этом при использовании метода водной экстракции этилового спирта тарелки с указанным отношением менее 0,35 исключают из отбора. Еще одна форма данного изобретения предусматривает то, что определяют отношение фактического содержания изоамилового спирта к фактическому содержанию этилового спирта сивушной фракции. При этом при использовании метода водной экстракции этилового спирта тарелки с указанным отношением менее 0,25 исключают из отбора. Постоянное определение соотношения фактического содержания компонентов сивушного масла и этанола позволяет следить за составом сивушной фракции над каждой из тарелок ее отбора - по существу, мониторинг состояния зоны отбора. В то же время, отбор фракции над каждой из этих тарелок в размерах, соответствующи х данным соотношениям, обуславливают в целом отбор фракции оптимального состава: т.е, в пределах возможного, с минимальным этанолом и максимальным наличием компонентов сивушного масла. Это, по сравнению с прототипом, снизит общее количество этанола во фракции на 30-35% и увеличит общее количество компонентов сивушного масла во фракции на 14-17%, т.е. увеличит последующий выход масла. Соответственно, с понижением содержания этанола снизится и расход воды в аппарате на экстракцию этанола из фракции. Регулирование расхода воды в аппарате в зависимости от количества этанола в поступающей на аппарат фракции устанавливает непосредственную связь между расходом воды и количеством того компонента фракции, для удаления которого из нее и орошают, собственно, тарелки аппарата водой. К тому же, исключается неоправданно повышенный расход воды при поддержании крепости кубовой жидкости в значениях, близких к нулю, что является совершенно нецелесообразным уровнем. Такое прямое, а не косвенное, как в прототипе, управление работой аппарата в сумме с эффектом от отбора фракции оптимального состава дает экономию воды в аппарате в пределах 2,7-3,0 м 3/ч Соответственно, экономится и греющий пар - порядка 0,3 кг пара/дал. При осуществлении способа согласно прототипа расход воды составляет 8-10 м 3/ч, а пара - 1,2-1,5 кг/дал, (декалитров условного алкоголя). Одновременно, за счет более полного отбора сивушной фракции на 10-15% снижается количество сивушного масла в этиловом спирте, т.е. повышается его качество. Преобладающим компонентом сивушной фракции является изоамиловый спирт, который в 3-5 раз количественно превосходит изобутиловый спирт и еще более остальные компоненты сивушного масла. Поэтому с достаточной степенью достоверности можно вместо суммы компонентов сивушного масла - это, в основном, изоамиловый и изобутиловый спирты - использовать только содержание изоамилового спирта, т е. в качестве показателя оптимальности состава фракции можно применять соотношение содержания изоамилового и этилового спиртов. Это упрощает процедуру отбора и аппаратурное оформление. Подытоживая сказанное, следует заметить: вышеприведенные признаки относятся ко всем используемым видам аппаратов выделения сивушного масла, т.е. экстрактивно-ректификационной колонне, экстрактивной установке и типовой сивушной (ректификационной) колонне. При этом только два первых вида используют метод водной экстракции для извлечения этанола из фракции. Поэтому именно к ним относится нижеприведенный признак: тарелки с указанным соотношением менее 0,25 исключаются из отбора. Сущность изобретения поясняется чертежом - структурной схемой предлагаемого способа. Ниже описывается один из примеров осуществления изобретения. В процессе работы брагоректификационной установки в ее ректоколонке 1 накапливаются примеси, избыток которых снижает качество производимого этилового спирта. Так, сивушная фракция, содержащая компоненты сивушного масла, накапливаются в отгонной части 2 колонны, ниже питательной тарелки 3. Эта фракция отбирается из колонны 1 и из нее выделяется сивушное масло следующим образом. Сивушная фракция отбирается над тарелками 4 отгонной части 2, расположенной между 5-ой и 11-ой тарелками колонны 1, считая снизу (для упрощения на схеме показаны две тарелки). Над каждой такой тарелкой отбирается в виде пара проба сивушной фракции, которая, раздваиваясь, поступает на датчики качества: 5 - для определения содержания в ней этилового спирта и 6 - для определения содержания изоамилового спирта. Датчики вырабатывают сигналы, пропорциональные содержанию этих компонентов во фракции соответственно Х'эт, Х"эт, Y' изам , Y' изам . В вычислительном блоке 7 над сигналами производятся операции деления и сложения, в результате чего вырабатываются выходные сигналы: и Qв=f(X'эт + Х"эт). Сигналы Q1 и Q2 отражают соотношение фактического содержания изоамилового и этилового спиртов в сивушной фракции над каждой тарелкой ее отбора в данный момент времени. Они воздействуют на исполнительные механизмы запорных устройств 8 и 9 тарелок. В результате с каждой тарелки отбирается количество фракции, пропорциональное указанному соотношению, т.е. с тарелок, где относительно больше изоамилового спирта и меньше этилового спирта отбирается большее количество фракции, чем с тарелок, где относительно меньше изоамилового спирта и больше этилового спирта. Это обеспечивает отбор из ректоколонны 1 и поступление в аппарат выделения сивушного масла 10 сивушной фракции оптимального состава: с возможно максимальным содержанием изоамиловго спирта и минимальным этилового. Одновременно, это дает более полный отбор компонентов сивушного масла, что повышает качество спирта. Причем степень оптимальности отбора усиливается тем, что сигналы Q1 и О2, соответствующие по величине соотношениям менее 0,25, не подаются с вычислительного блока 7 на запорные устройства 8 или 9. Тем самым, исключаются из отбора те тарелки, где неблагоприятное соотношение двух основных компонентов сивушной фракции, до тех пор, пока на них ситуация не изменится в лучшую сторону. Отбор фракции и ее поступление в аппарат 10 производятся по трубопроводам 11, Реализуется вышерассмотренное преимущество следующим образом. Сигнал Qв, пропорциональный общему количеству этилового спирта во фракции, воздействует на исполнительный механизм запорного устройства 12, регулир ующего поступление воды в аппарат для выделения масла 10. В результате, в аппарат подается ровно столько воды, сколько требуется для экстракции этилового спирта из паров фракции, поднимающихся с низа аппарата, с учетом необходимой крепости кубовой жидкости. Одновременно, в зависимости от подачи воды в верх аппарата устанавливается подача греющего пара в его низ. Описанное регулирование рабочих параметров аппарата обеспечивает его эффективную и экономичную работу, без переборов и недоборов по изменению режима его действия. Предлагаемый способ, как он описан, используется для выпускаемого промышленностью оборудования брагоректификационных установок, так же как и применяет серийно изготавливаемую аппаратуру. Так, в качестве ректоколонны используется обычная ректификационная колонна, имеющая 64 тарелок и диаметр 2000 мм, а под аппаратом выделения сивушного масла понимается экстрактивно-ректификационная колонная с 20 тарелками и диаметром 800 мм. В качестве данного аппарата может быть использована также экстрактивная установка или типовая сивушная (ректификационная) колонна. В виде датчиков качества применяются хроматографы промышленные автоматического действия, например типа ХПУ, а вычислительного блока - контроллер типа "Люмиконт". При этом при применении хроматографов, одновременно определяющих содержание более одного компонента, вышеописанная структурная схема способа еще более упрощается. Возможен и другой вариант использования преимуществ таких хроматографов: вернуться к ранее упомянутой сумме изоамилового и изобутилового спиртов в качестве числителя указанных соотношений. В этом случае рассмотренный критерий исключения тарелок из отбора повысится от значения 0,25 до 0,35. Для лучшего понимания данного изобретения необходимо дополнительно пояснить процессы, протекающие в ректоколонне и экстрактивно-ректификационной колонне. Ректоколонна 1 предназначена для получения спирта - ректификата. Для этого на питательную тарелку колонны подается эпюрат - водно-спиртовая смесь крепостью 45-50%. Снизу, из куба колонны, поднимается пар, который вываривает этиловый спирт из эпюрата и увлекает его в вер х колонны, где тот отбирается, При этом примеси накапливаются в определенных местах колонны, по ее высоте, в чем и заключается разделительный эффект колонны. На верх колонны подается флегма для орошения тарелок. Что касается экстрактивно-ректификационной колонны, то выше упоминалась экстракция этилового спирта из сивушной фракции, происходящая в этой колонне. В результате, внизу колонны образуется вышерассмотренная кубовая жидкость. При этом, поднимающийся пар обогащается компонентами сивушного масла по причине ограниченной растворимости изоамилового и изобутилового спиртов и други х составляющих в воде. На эти х эффектах построен принцип выделения масла. И тут следует добавить, что подача из этой колонны кубовой жидкости в низ ректоколонны далеко не рациональный путь экономии умягченной воды. Дело в том, что в этом случае практически вдвое увеличивается объем жидкости в кубе ректоколонны, что может приводить к "захлебыванию" ее тарелок, к тому же увеличивается износ этих тарелок. И что тоже существенно, сдвигаются по высоте все характерные точки колонны и искажаются ее рабочие параметры. Подытоживая все вышесказанное, можно считать, что применение предлагаемого способа экономит 2,73,0 м 3/ч воды, прошедшей обработку для ее умягчения и подогретой с 60°С до температуры 100°С, экономит греющий пар порядка 0,3 кг/дал, повышает качество спирта за счет снижения в нем на 10-15% содержания сивушного масла, увеличивает на 14-17% выход сивушного масла. В принципе, предлагаемый способ может быть реализован и в неавтоматизированном варианте. При этом по показаниям обычных хроматографов необходимые математические действия выполняются с помощью обычной вычислительной техники, а по полученным соотношениям и сумме этилового спирта устанавливают подачу воды на аппарат выделения масла и другие параметры его работы.