58.3. Пластинчасті теплообмінники у виробництві спирту

магниевый скраб beletage

Економічність виробництва спирту визначається витратами різ-них видів енергії. Тому на перший план виходить створення енергоз-берігаючих технологій і, насамперед, максимальної утилізації тепло-вої енергії. Процес виробництва спирту із крохмалистих матеріалів(зерно або картопля) передбачає багаторазову дію нагрівання й охоло-дження. У зв'язку із цим правильний підбір високоефективного тепло-обмінного устаткування багато в чому визначає продуктивність і еко-номічність процесу в цілому. Пластинчасті теплообмінники різнихтипів з успіхом застосовуються у винокурній і дріжджовій промисло-вості за рубежем. Досвід їхнього використання показав не тільки ви-соку ефективність економії теплової енергії, а й надійну, стабільностійку до корозії роботу. При цьому у виробництві спирту знайшлисвоє застосування більшість типів теплообмінних апаратів: традиційнірозбірні й паяні (рис. 58.3; 58.8), розбірні ширококанальні (рис.58.13),спіральні (рис. 58.21), пластинчасті випарники (рис. 58.24; 58.25) іконденсатори (рис. 58.27; 58.29).

Пластинчасті й спіральні теплообмінники на противагу історич-но застосовуваним кожухотрубним або теплообмінникам «труба втрубі» мають цілий ряд найважливіших переваг:

працюють із мінімальною різницею температур теплоносіїв ібільш високим коефіцієнтом теплопередачі;

високою стійкістю до утворення відкладень і забруднень, щодозволяє працювати без необхідності частих зупинок напромивання й технічне обслуговування;

набагато меншою кількістю виробничих площ для розмі-щення, монтажу й обслуговування.

Остання обставина особливо важлива в технологічному ланцю-жку виробництва спирту, тому що дозволяє встановлювати й монтува-ти теплообмінники на рівні вершин дистиляційних колон.

Процес одержання спирту із матеріалів, таких як зерно й карто-пля, підрозділяють на чотири основних етапи: попередня обробка, фе-рментація, дистиляція й переробка залишкових продуктів. Всі ці про-цеси мають кілька стадій, на яких відбуваються процеси підігріву,

764

охолодження й регенерації теплоти. Всі процеси можуть мати різнетехнічне рішення, але їх поєднує одне - необхідність використаннявисокоефективного теплообмінного устаткування.

Попередня обробка або відділення розварювання й оцукрюваннясировини, схема якого представлена на рис. 58.13, складається з на-ступних технологічних операцій: дроблення й здрібнювання сирови-ни; готування замісу; розварювання сировини; охолодження розваре-ної маси до температури оцукрювання; змішування розвареної маси зцукрюючими матеріалами (ферментні препарати, солодове молоко);оцукрювання розвареної маси; охолодження сусла до початкової тем-ператури бродіння (температура «складки»).

На стадії попередньої обробки відбувається гідроліз сировини,яка утримує крохмаль, її проводять при нагріванні до високої темпе-ратури. Зазвичай це здійснюється у два етапи. На першому (підварю-вання) заміс підігрівають до температури 90-95 °С, використовуючидля цього екстрапару. При цьому, щоб уникнути підвищення в'язкос-ті, нагрівання здійснюють швидко, протягом 1-2 хвилин. Здрібненасировина змішується з водою до вмісту сухих речовин у замісі 16-18 %. При цьому технологічні рідини на цій стадії обробки містять до-мішки у вигляді волокон, великих часток розмеленого зерна або сто-ронніх домішок. Для підігріву або охолодження таких рідин най-більш вигідно використовувати спіральні теплообмінники, що маютьефект самоочищення. Крім того, останнім часом має місце тенденціяустановки на цій позиції ширококанальних теплообмінників, які до-бре себе зарекомендували при виробництві спирту із цукрової трос-тини й бурячної меляси. У традиційній схемі виробництва охоло-дження розвареної маси здійснюється в осахарювачі за допомогоюзмійовиків або під вакуумом.

Охолодження сусла до початкової температури бродіння прово-дять або в теплообміннику типу «труба в трубі», або за допомогоюустановки під вакуумом. Охолодження під вакуумом дозволяє уник-нути установки громіздких і металоємних теплообмінників «труба втрубі», однак вимагає значних капітальних і експлуатаційних витрат.Якісним і аргументованим рішенням є установка на цій позиції спіра-льного або ширококанального теплообмінника.

Необхідно відзначити щедві переваги використання спі-ральних або ширококанальнихтеплообмінників у схемі попе-редньої обробки зерна. При ви-користанні традиційного устат-кування компонування здійсню-ється у двох рівнях, на першомуй другому поверсі, займаючибільші виробничі площі. Засто-сування спіральних або широ-коканальних теплообмінниківдозволяє істотно скоротитиплощі, зробити розміщенняустаткування більш компакт-ним. Це дозволяє істотно спрос-тити технічне обслуговування йскоротити його час.

Іншою перевагою викори-стання спіральних або широко-канальних теплообмінників єтакож мінімальна імовірністьінфікування сусла мікрооргані-змами, що істотно позначається на якості спирту і його виході.

Наступним етапом у виробництві спирту є ферментація абозброджування сусла. Існує три методи збражування сусла: періодич-ний, циклічний і безперервно-потоковий. Періодичний метод являєсобою завантаження сировини й роботу по повному зброджуваннюзавантаженого матеріалу. Застосовується на дрібних малопотужнихвиробництвах, в промислових установках не використовується. В ос-новному поширені два основних методи - циклічний і безперервно-потоковий. Циклічний метод зброджування сусла, представлений нарис.58.16, передбачає проведення головного бродіння живильного се-редовища в безперервних, а доброджування - у періодичних умовах.Цей спосіб традиційний, він займає проміжне положення між пері-одичним і безперервно-потоковим способами спиртового бродіння.Найбільш ефективним і сучасним є безперервно-потоковий спосіб,що підвищує продуктивність бродильного відділення, сприяє затри-муванню розвитку інфекції в масі й подовжує строк роботи бродиль-ної батареї між профілактичними стерилізаціями устаткування


/

МҐІ

(

ш

L

 

^ -1

t

 

 

0

щ

А

                       

Первинна

перегонка

Балансуючийохолоджувач

1

<-

Ферментер

Охолоджувачсусла

Фільтр

< 1 ► І

Первиннийнагрів

Волокна

Дріжджевийсепаратор

Рис. 58.17. Схема установки теплообмінників у процесі безперервно-потокового методу ферментації.

У процесі ферментації в бродильному апараті (ферментері) від-бувається виділення тепла. Для забезпечення максимальної продукти-вності установки необхідно прохолоджувати субстрат (бражку) до оп-тимальної температури, що підтримує високу активність дріжджовихклітин. Найчастіше головні бродильні апарати й три наступних доб-ражувачі обладнані змійовиками або виносними теплообмінниками

(двостінні посудини) для відводу тепла. В інших доброджувачах охо-лодження бражки не проводиться. Саме на цій позиції доцільне засто-сування ширококанальних або спіральних теплообмінних апаратів.їхня установка забезпечує такі переваги в порівнянні з традиційнимиметодами охолодження:

істотне зростання продуктивності;

можливість точного контролю температури реакції в броди-льному апараті й керування температурою;

один теплообмінник може послідовно обслуговувати двабродильних апарати.

Найраціональніше відводити надлишкове тепло шляхом рецирку-лювання частини дріжджового сусла через пластинчастий теплообмінник(рис.58.17).

Наприклад, для охолодження субстрату (бражки) водою дужеефективно встановити ширококанальний пластинчастий теплообмін-ник фірми «Альфа Лаваль» марки AM20S. Для технологічного пере-паду температур по охолоджуваному середовищу 33 ° ^ 30 ° , по сто-роні, що нагрівають (вода) 25 ° ^ 29 ° даний теплообмінник забезпе-чує мінімальну витрату води при таких малих перепадах температур(рис.58.15).

Найбільш складний і енергоємний процес дистиляції або перегон-ки бражки й ректифікації спирту (рис.58.18). Зріла бражка, що містить 8-10 % спирту, перекачується в брагоперегонний апарат. 3 енергетичноїточки зору на цій стадії процесу за допомогою пари етанол відокремлю-ється від води, речовин, що не ферментуються, і продуктів вторинної фе-рментації. Кінцевий продукт роботи брагоперегонного апарата - одер-жання спирту сирцю й барди, що містить всі екстрактивні елементи йтверді зважені речовини.

На більшості вітчизняних спиртових заводів застосовуються мі-дні одноходові вертикальні трубчасті теплообмінники, які використо-вують як конденсатори, спиртоуловлювачі, холодильники і підігрів-ники. Як дефлегматори застосовуються багатоходові горизонтальнітрубчасті теплообмінники. На всіх цих позиціях з успіхом використо-вуються пластинчасті теплообмінники (рис.58.18). При цьому, завдякисвоїм достоїнствам, таким як малий обсяг займаного простору, високапродуктивність і простота обслуговування, вони ефективно й стабіль-но працюють при конденсації спиртової пари із промивних, ректифі-каційних і дегідраційних колон.

Для охолодження, конденсації спирту й ректифікату, а такожперегріву пульпи застосовуються традиційні розбірні або паяні тепло-обмінники. Як випарники також використовуються пластинчасті ви-парні апарати, що мають високу продуктивність.

Особливо ефективно використовувати пластинчасті апарати увуглекислотних установках для одержання зрідженої й твердої вугле-кислоти. Тут пластинчасті апарати успішно заміняють конденсаторитипу «труба в трубі» і кожухотрубчастий теплообмінник, що кріпить-ся до станини компресора. На багатьох вітчизняних спиртових заводахє досвід використання на позиції утилізації вуглекислоти пластинчас-тих теплообмінників Павлоградського заводу хімічного машинобуду-вання.