Извлечение метанола из спирта

А.Ю.Радостев,

технический директор ООО «НПО ВЫСОКИЕ ТЕХНОЛОГИИ»
Как ведет себя метанол в разных колоннах при разных режимах, в какой колонне БРУ следует его извлекать?
Продолжим разговор об извлечении примесей на БРУ и рассмотрим метанол.

Содержание метанола в спирте допускается в Люксе не более 0,03% об., в Альфе 0,003% об. или 237 мг/л и 23,7 мг/л соответственно.

Рассмотрим варианты извлечения метанола по колоннам БРУ.

Эпюрационная колонна.

В эпюрационной колонне (ЭК) на степень извлечения метанола влияют следующие факторы:

1. 
   глубина гидроселекции.
   
2. 
   количество тарелок и их кпд.
   
3. 
   удельный расход пара на колонну.
   
4. 
   количество отбираемой головной фракции.
   
5. 
   рабочее давление в колонне.
   
6. 
   крепость бражного дистиллята.
   
7. 
   наличие кипятильника.
   

Глубина гидроселекции поставлена на первое место, поскольку в данном случае это самый важный фактор. Приведем частный случай для двухтысячного аппарата с эпюрационной колонной, имеющей 49 тарелок (с кпд 0,5) и кипятильник (рис. 1). На тарелку питания поступает бражной дистиллят крепостью 72 % об. Из конденсатора отбирают 5 % головной фракции, удельный расход пара на колонну - 12кг/дал.



Рис. 1. Зависимость извлечения метанола в эпюрационной колонне от гидроселекции

Как видно из графика при полном отсутствии гидроселекции 80% метанола уходит из эпюрационной колонны с головной фракцией. Но уже при гидроселекции больше двух тонн, практически весь метиловый спирт переходит с эпюратом в ректификационную колонну. Таким образом, для извлечения метанола в эпюрационной колонне придется уменьшать гидроселекцию, увеличивая тем самым содержание в спирте изопропанола и ухудшая органолептику. Поэтому мы не рекомендуем этого делать. Извлекать метиловый спирт надо с не пастеризованным спиртом ректификационной колонны или с головной фракцией колонны окончательной очистки.

Влияние остальных факторов не так велико как первого, поэтому в этой статье они рассматриваться не будут. Дополнительную информацию вы можете получить на нашем сайте www.npo-vt.narod.ru

Ректификационная колонна

---

Проведем анализ основных факторов, влияющих на извлечения метилового спирта в ректификационной колонне:

Количество тарелок в зоне пастеризации и их кпд. Рассмотрим концентрацию метанола в ректификационной колонне, имеющей 84 тарелки (рис. 2), и колонне с 94 тарелками (рис. 3) при одинаковых режимах работы.



Рис. 2. Концентрация метанола на тарелках ректификационной колонны при 84 тарелках



Рис. 3. Концентрация метанола на тарелках ректификационной колонны при 94 тарелках

Оказывается, что в обеих колоннах минимальная концентрация метанола достигается на 30-й тарелке, считая сверху. В данном случае она в 5,5 раз меньше чем его концентрация в эпюрате. Следовательно, при таких режимах работы оптимальное количество реальных тарелок в зоне пастеризации будет 30 (при расчетах принималось кпд тарелок – 0,5). Другими словами ограничением для уменьшения метанола в ректификационной колонне будет количество тарелок, так как спускать отбор спирта ниже по колонне нельзя до определенного значения – в спирте могут появиться промежуточные примеси.

Удельный расход пара на колонну. При увеличении удельного расхода пара на ректификационную колонну, концентрация метанола в конденсаторе увеличивается, а в спирте падает (рис. 4).


Рис. 4. Концентрация метанола в ректификате в зависимости от удельной тепловой нагрузки.
Как видно из графика, снижение метанола в спирте с увеличением удельного расхода пара с 23 кг/дал до 30 кг/дал дает снижение метанола всего на 19 %. Более того, при увеличении тепловой нагрузки может происходить повышенный брызгоунос на верхних тарелках колонны и, следовательно, падение их кпд. А это уже приведет к обратному эффекту. Поэтому, казалось бы, нет никакого смысла увеличивать расход пара на ректификационную колонну. Но все же можно увеличивать нагрузку

---

, для того чтобы увеличить зону пастеризации. Другими словами, вести отбор спирта с более нижних тарелок; а для того, чтобы получать необходимую крепость и чистоту от промежуточных примесей, можно, в разумных пределах, увеличить удельный расход пара на ректификационную колонну.

Количество отбираемого непастеризованного спирта. Естественно, чем больше отбирается непастеризованного спирта, тем меньше метанола в ректификате. Другой вопрос, куда направляется непастеризованный спирт? Главный принцип здесь такой же как и для всех примесей - концентрация метанола в возвратных потоках не должна увеличиваться.

Рабочее давление в колонне. При уменьшении рабочего давления в колонне летучесть метилового спирта по сравнению с этиловым повышается (рис. 5). Но учесть это можно только при проектировании новой колонны.



Рис. 5. Концентрация метанола в зависимости от давления

Метанольная колонна

Когда мы говорим о метанольной колонне, подразумевается, что она работает в режиме эпюрации. Рассмотрим факторы, влияющие на извлечение метанола в этой колонне.

Количество тарелок и их кпд. С этим пунктом все ясно. Естественно, чем больше тарелок и больше их кпд, тем меньше будет содержание метилового спирта в ректификате.

Тарелка питания и количество отбираемой головной фракции. Для примера рассмотрим колонну с 39-ю тарелками (рис. 6). Удельный расход пара составляет 10 кг/дал, процент отбираемой головной фракции составляет 2 %.


Рис. 6. Концентрация метанола в зависимости от тарелки питания при отборе 2 % головной фракции
В данном случае наиболее оптимальной тарелкой питания является 16-ая, считая сверху. Но не случайно мы связываем зависимость тарелки питания и количество отбора головной фракции. При отборе 1 % головной фракции вместо 2 % оптимальной тарелкой питания является уже 19-ая (рис. 7):


Рис. 7. Концентрация метанола в зависимости от тарелки питания при отборе 1 % головной фракции
Следовательно, оптимальная тарелка питания завит от процента отбора головной фракции из конденсатора.

---

Рабочее давление в колонне. Для определения зависимости содержания метанола в ректификате от удельной нагрузки на кипятильник метанольной колонны приведем пример метанольной колонны, имеющей 39 тарелок, процент отбора головной фракции из ее конденсатора равен двум, тарелка питания – пятнадцатая, считая сверху (рис. 8):


Рис. 8. Зависимость содержания метанола в ректификате от удельной нагрузки на кипятильник метанольной колонны
Как видно из графика, при увеличении удельного расхода пара с 8 кг/дал до 12 кг/дал происходит более чем трехкратное снижения метанола в ректификате. И при нагрузке 12 кг/дал количество метилового спирта в ректификате по сравнению со спиртом, входящим в метанольную колонну, снижается более чем в 48 раз.

Рабочее давление в колонне. С уменьшением рабочего давления в метанольной колонне, как и в ректификационной, расчет коэффициент летучести метилового спирта (рис. 9).



Рис. 9. Содержание метанола в ректификате в зависимости от давления в метанольной колонне
При снижении рабочего абсолютного давления в метанольной колонне с 2 атмосфер до 0,35 метанол в ректификате снижается в семь раз. Следовательно, при установке новой метанольной колонны необходимо ставить ее под разрежение.

Выводы. Максимального снижения содержания метилового спирта в ректификате лучше добиваться в метанольной колонне, а не в ректификационной и тем более не в эпюрационной. Это выгодно и с точки зрения затрат на оборудование, так как увеличение тарелок в ректификационной колонне более дорогостоящее мероприятие, чем установка метанольной колонны, имеющей всегда меньший диаметр по сравнению с ректификационной. А для экономии пара и увеличения степени извлечения метилового спирта метанольная колонна ставится под разрежение. При этом она обогревается парами, выходящими из других колонн.
Надписи на полях рисунков:

Рис. 1. Отношение содержания метанола в эпюрате к содержанию его в бражном дистилляте

---

Вода на гидроселекцию, кг/ч
Рис. 2. Номер тарелки, считая сверху

Массовые доли
Рис. 3. Номер тарелки, считая сверху

Массовые доли
Рис. 4. Содержание метанола в спирте

Удельная тепловая нагрузка на кипятильник ректификационной колонны, кг/дал
Рис. 5. Содержание метанола в спирте

Рабочее давление в колонне, атм
Рис. 6. Концентрация метанола в ректификате

Тарелка питания, считая сверху
Рис. 7. Концентрация метанола в ректификате

Тарелка питания, считая сверху
Рис. 8. Содержание метанола в ректификате

Удельная тепловая нагрузка на кипятильник метанольной колонны, кг/дал
Рис. 9. Содержание метанола в ректификате

Абсолютное давление в колонне, атм

---

Смотрите также файлы

• Курсты Жмыс мамандыы 0709000 Пайдалы азбаларды байыту (кен байыту).docx

• Н. Н. Мошак должность, уч степень, звание подпись, дата инициалы, фамилия.docx

• Закон не будет утверждён, в соответствии ст. 39 Конституции 1936 года закон считается утвержденным, если он принят обеими палатами Верховного Совета ссср простым большинством каждой.docx

• Практическая работа к теме 1 Ценности и их роль для человека и общества Изучение учебных материалов по теме.docx

• 1. Ксіптік даярлау,айта даярлау жне білікті арттыру блімінде ауіпсіздік занамасын оыту.docx