Енергозберігаюча установка для виробництва біоетанолу

1. Енергозберігаюча установка для виробництва біоетанолу, що включає з'єднані системою трубопроводів колони бражну, концентраційну та регенераційну, кип'я тильники, дефлегматори, підігрівники, сепаратор бражки та сивухопромивник, пароперегрівник, адсорбери, конденсатори, спиртоуловлювачі, теплообмінники для нагрівання або охолодження водно-спиртових розчинів, збірники флегми, біоетанолу та рециклу, насоси та вакуумнасос, яка відрізняється тим, що верхня частина бражної колони з'єднана по парі і рідині з нижньою частиною концентраційної колони, а верхня части U 2 (19) 1 3 34532 траційної колони по пару і рідині з'єднана з дефлегматором, при цьому сивухопромивник середньою частиною з'єднаний через конденсатор пари сивушної фракції з середньою частиною концентраційної колони, а верхньою з регенераційною колоною [Патент України №47349 МПК C12F3/00, опубл. 17.06.2002, бюл. №6]. В установці застосовано енергозбережний метод зневоднення біоетанолу адсорбцією на молекулярних ситах, але підвід і відвід тепла до кожної колони установки здійснюється індивідуально, підігрів бражки здійснюють парою бражного дистиляту, а відвід тепла концентраційної колони - тільки охолоджуючою водою, що викликає значні питомі витрати енергоресурсів (нагрівальної пари близько 30кг/дал) і відповідно впливає на собівартість кінцевої продукції. Сивушне масло з сивухопромивника направляють на регенераційну колону, що викликає необхідність його часткового повторного виділення і на регенераційній колоні і, відповідно, збільшує зворотні потоки на переробляння, збільшує металоємність установки та витрати енергоресурсів. Причиною, що перешкоджає досягнення потрібного технічного результату, є наведений взаємозв'язок обладнання і конструктивних елементів установки. В основу корисної моделі поставлено задачу удосконалення енергозбережної установки для виробництва біоетанолу шляхом дооснащення додатковим обладнанням і введенням нових взаємозв'язків між конструктивними елементами установки. Технічний результат від реалізації запропонованої корисної моделі полягає в створенні умов для повторного використання тепла, що відводиться з бражної колони, для нагрівання концентраційної колони, при виробництві біоетанолусирцю та направлення виділеного сивушного масла безпосередньо в кінцеву продукцію. Споживчі властивості, які пов'язані з технічним результатом - зменшення витрат енергоресурсів та розширення можливостей підприємства по перероблянню різної сировини шляхом використання біоетанолу-сирцю. Досягається технічний результат тим, що в енергозбережній установці для виробництва біоетанолу, що включає з'єднані системою трубопроводів колони бражну, концентраційну та регенераційну, кип'я тильники, дефлегматори, підігрівники, сепаратор бражки та сивухопромивник, пароперегрівник, адсорбери, конденсатори, спиртоуловлювачі, теплообмінники для нагрівання або охолодження водно-спиртових розчинів, збірники флегми, біоетанолу та рециклу, насоси та вакуумнасос, згідно корисної моделі, верхня частина бражної колони з'єднана по пару і рідині з нижньою частиною концентраційної колони, а верхня частина концентраційної колони з'єднана по пару і рідині з підігрівником бражки, при цьому сивухопромивник з'єднаний середньою частиною через конденсатор пари сивушної фракції з частинами верхньою бражної і нижньою концентраційної колон, а верхньою і нижньою частинами зі збірником 4 біоетанолу і, через підігрівник промивної води, з середньою частиною бражної колони, відповідно. Можливо оснащення установки також додатково збірником біоетанолу-сирцю, який нижньою частиною з'єднаний через підігрівник з середньою чи верхньою частиною регенераційної або середньою частиною концентраційної колон, а збірник рециклу через насос та підігрівник рециклу з'єднаний з середньою частиною концентраційної та середньою частиною регенераційної колони. Додатково в енергозбережній установці для виробництва біоетанолу пропонується в якості конденсатора пари сивушної фракції використовувати підігрівник рециклу. Додатково в енергозбережній установці для виробництва біоетанолу пропонується в якості конденсатора пари біоетанолу використовувати підігрівник рециклу. Додатково в енергозбережній установці для виробництва біоетанолу пропонується нижню частину регенераційної колони з'єднати з підігрівником рециклу. З'єднання верхньої частини бражної колони по пару і рідині з нижньою частиною концентраційної колони створює умови для нагрівання концентраційної колони теплом пари бражного дистиляту, а кубова рідина з концентраційної колони відводити разом з бардою, при цьому виключається додаткова витрата гріючої пари на концентраційну колону, що очевидно зменшує витрати енергоресурсів на виробництво біоетанолу. З'єднання верхньої частини концентраційної колони по пару і рідині з підігрівником бражки створює умови для використання частини тепла спиртової пари концентраційної колони для нагрівання бражки до температури від 60°С до 75°С, подальше нагрівання бражки до температури від 80°С до 95°С здійснюють теплом барди, що зменшує витрати енергоресурсів і охолоджуючої води на виробництво біоетанолу. З'єднання сивухопромивника середньою частиною через конденсатор пари сивушної фракції з частинами верхньою бражної і нижньою концентраційної колон, а верхньою і нижньою частинами зі збірником біоетанолу і, через підігрівник промивної води, з середньою частиною бражної колони, відповідно, створює умови для відбору пари сивушної фракції з максимальною концентрацією вищих спиртів сивушного масла, відведення сивушного масла безпосередньо в кінцеву продукцію, а додатково нагрітої промивної води для повторного переробляння на бражній колоні, що зменшує витрати енергоресурсів, металоємність та об'єм зворотних матеріальних потоків на повторне переробляння. Додаткове оснащення установки збірником біоетанолу-сирцю, який нижньою частиною з'єднаний через підігрівник з середньою чи верхньою частиною регенераційної або середньою частиною концентраційної колон створює умови для переробляння додаткової сировини (біоетанолу-сирцю) для виробництва біоетанолу, в залежності від вмісту в ньому води . Якщо вміст води в біоетанолісирці не перевищує 70%об., то його направляють після підігрівання у концентраційну колону. У ви 5 34532 падку вмісту води більше, ніж 70%об., то біоетанол-сирець після підігрівання направляють в середню частину концентраційної або регенераційної колон, в залежності від їх завантаженості відносно паспортної продуктивності. Тобто, розширюються можливості підприємства по переробці різної сировини, як вуглеводвмісної так і спиртовмісної, а додаткове підігрівання біоетанолусирцю, зменшує ви трати теплоенергоресурсів на його переробку. З'єднання збірнику рециклу через насос та підігрівник рециклу з середньою частиною концентраційної колони створює умови для переробляння рециклу на концентраційній колоні дає змогу зменшити витрати теплоенергоресурсів на регенераційну колону і в цілому на процес. Використання в якості конденсатора пари сивушної фракції підігрівника рециклу (біоетанолусирцю, промивної води із сивухопромивника) створює умови для корисного використання тепла конденсації пари сивушної фракції на підігрів напівпродуктів процесу виробництва біоетанолу, відповідно зменшити витрату теплоенергоресурсів і охолоджуючої води. Використання в якості конденсатора пари біоетанолу підігрівника рециклу (біоетанолу-сирцю, промивної води із сивухопромивника) створює умови для корисного використання тепла конденсації пари біоетанолу на підігрів напівпродуктів процесу виробництва біоетанолу, відповідно зменшити витрату теплоенергоресурсів і охолоджуючої води. З'єднання нижньої частини регенераційної колони з підігрівником рециклу (біоетанолу-сирцю, промивної води із сивухопромивника) створює умови для корисного використання тепла лютерної води, що відводиться з куба колони, на підігрів напівпродуктів процесу виробництва біоетанолу, відповідно зменшити витрату теплоенергоресурсів. На рисунку (Фіг.) представлена принципова схема енергозбережної установки для виробництва біоетанолу. Енергозбережна установка включає з'єднані системою трубопроводів колони бражну 1, концентраційну 2 та регенераційну 3, підігрівники бражки 4 і 5, відповідно, бардою і спиртовою парою, дефлегматор 6, сепаратор бражки 7, збірник 8 флегми, конденсатор 9 пари сивушної фракції, збірник 10 біоетанолу-сирцю, сивухопромивник 11, підігрівники 12 і 13, насоси 14 і 15, кип'ятильник 16, пароперегрівник 17, адсорбери 18, конденсатори біоетанолу 19, підігрівник рециклу 20 і конденсатор ре циклу 21, збірники 22 і 23, відповідно, біоетанолу і рециклу, насоси 24 і 25. Установка працює таким чином. Дозрілу бражку з бродильного відділення насосом (на схемі не показаний) спочатку подають в підігрівник 5 бражки, де нагрівають до температури 60°С-75°С спиртовою парою концентраційної колони. Далі бражку догрівають до температури 85°С-95°С в підігрівнику 4 теплом барди, яку відводять з кубової частини бражної 1 колони, а барду відповідно охолоджують до 80°С-85°С. Нагріту бражку направляють для дегазації в сепаратор 7 6 бражки і далі на перегонку в бражну 1 колону. Нагрівання бражної колони здійснюють котельною парою. Водно-спиртову пару бражного дистиляту з верхньої частини бражної 1 колони направляють в нижню частину колони концентраційної 2 для її нагрівання та збагачення легколетким компонентом (спиртом) по мірі її підняття по висоті концентраційної колони. Спиртову пару з верхньої частини колони концентраційної 2 послідовно конденсують в підігрівнику 5 бражки та дефлегматорі 6 та частково повертають на верхню тарілку колони у вигляді флегми, а решту флегми з об'ємною часткою етилового спирту більше ніж, 92% відводять в збірник 8 флегми для подальшого зневоднення. Лишню воду, яку ввели в концентраційну колону з парою бражного дистиляту, у вигляді кубового погону концентраційної 2 колони насосом 14 повертають на верхню тарілку бражної 1 колони . З нижньої частини концентраційної 2 та верхньої частини бражної 1 колон, із зон найбільшої концентрації вищих спиртів сивушного масла, відбирають пари сивушної фракції в кількості 2%-7% до виробленого біоетанолу, конденсують в конденсаторі 9 та направляють в сивухопромивник 11 де змішують з водою для екстракції етилового спирту. Сивушне масло з верхньої частини сивухопромивника 11 направляють у збірник 22 біоетанолу, промивну воду з нижньої частини сивухопромивника 11 нагрівають в підігрівнику 12 гарячою водою з дефлегматора 6 та направляють на концентрування спирту і вивід води з процесу в середню частину бражної 1 колони. Флегму зі збірника 8 насосом 15 через підігрівник 13 направляють на верхню тарілку регенераційної 3 колони. Регенераційну колону нагрівають котельною парою через кип'ятильник 16 або безпосередньою подачею пари на барботер розміщений в кубі колони. Лишню воду з колони відводять у вигляді лютерної води через підігрівник 13 флегми. Водно-спиртову пару з вер хньої частини регенераційної колони перегрівають у пароперегрівнику 17 до температури 110°С-140°С та направляють на зневоднення в адсорбери 18. Перегрів водноспиртової пари в пароперегрівнику 17 здійснюють котельною парою. Біоетанол-сирець отриманий з інших підприємств подають в напірний збірник 10, а далі через конденсатор 9, де нагрівають до температури 75°С-85°С направляють на переробляння в середню частину концентраційної 2 або верхню чи середню частину регенераційної 3 колони. Місце подачі біоетанолу-сирцю на переробляння вибирають в першу чергу від вмісту води в даному продукті. Якщо вміст води менше ніж 70%об., то його направляють на переробляння у концентраційну колону. У випадку вмісту води більше ніж 70%об., біоетанол-сирець направляють на переробляння в середню частину концентраційної або регенераційної колони, при цьому вибір місця подачі здійснюють виходячи зі співвідношення об'ємів переробляння флегми і сирцю на регенераційній колоні та потужності колон. Для зневоднення перегрітої водно-спиртової пари застосовують не менше двох адсорберів, які 7 34532 працюють поперемінно. Наприклад, перегріта пара надходить на перший адсорбер де проходить через шар цеолітів (молекулярних сит), які адсорбують вибірково молекули води, і на виході з нижньої частини адсорбера отримують пару зневодненого біоетанолу, яку конденсують в підігрівнику 20 рециклу та конденсаторі 19, отриманий біоетанол охолоджують та збирають в збірнику 22 біоетанолу. Зі збірника 22 біоетанол після денатурації відправляють на зберігання на склад або споживачу. Після насичення водою цеолітів першого адсорбера 18 подачу перегрітої водно-спиртової пари переводять на другий адсорбер 18 і отримують біоетанол по наведеному ви ще порядку, а цеоліти в першому адсорбері піддають регенерації. Для регенерації цеолітів в першому адсорбері за допомогою вакуум-насосу 24 через конденсатор рециклу зменшують тиск до значень нижче атмосферного (вакуум). Через перепад тисків зменшується температура кипіння води та спирту етилового, зменшується температура середовища та цеоліти звільняються від адсорбованої води, Назва показника Об'ємна частка води, % не більше Витрата пари, кг/дал Витрата води на охолодження, м 3/дал Комп’ютерна в ерстка І.Скворцов а спирту та його домішок за рахунок перетворення їх в пару, яку виводять з верхньої частини адсорберу конденсують в конденсаторі 21 рециклу, збирають у вигляді водно-спиртового розчину (рециклу) в збірник 23 рециклу та насосом 25 через конденсатор 20, де підігрівають до температури 60°С-90°С, направляють для концентрування спирту в середню частину концентраційної 2 колони або регенераційної 3 колони. Для додаткового підведення тепла для покращення регенерації цеолітів передбачено подача зневодненого біоетанолу з другого адсорбера. Після регенерації звільнені від води цеоліти знову готові адсорбувати воду з перегрітої водно-спиртової пари. Після насичення водою цеолітів другого адсорбера переводять подачу перегрітої водноспиртової пари на перший адсорбер, а цеоліти в другому адсорбері піддають регенерації. Дані, що підтверджують одержання технічного результату та переваги запропонованої установки в порівнянні з прототипом, представлено в таблиці. Установка-прототип 0,2 30 0,5 Дані таблиці свідчать про те, що при однаковому вмісту води в кінцевому продукті питома ви 8 Заявлена установка 0,2 26 0,4 трата гріючої пари на виробництво біоетанолу зменшується на 4кг/дал і води на 0,1м 3/дал. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601