Чем замечателен «Гасконский» аламбик.
Прежде чем рассказать о создании бражных колонн непрерывного действия (БКНД), ознакомим Вас с двумя типовыми схемами действующих бражных колонн. Это позволит легче воспринять особенности наших БКНД.
Исторический прототип.
Арманьяк (armagnac) — старейший французский бренди, получил своё название от местности в Гаскони на юге страны. Первоначально использовался голландцами как стабилизирующая добавка к вину, а как самостоятельный напиток стал употребляться с 1730г.
Один из главных секретов арманьяка, благодаря которому он отличается от остальных бренди, начиная с коньяка, заключается в конструкции перегонного аппарата и непрерывном способе дистилляции.
Во Фрации непрерывные виноперегонные аппараты появились раньше периодических. Первое письменное упоминание о непрерывном Арманьякском (Гасконском) аламбике – ХV век, а о периодическом Шарантском - конец ХVI века.
На рисунке приведена схема перегонного аппарата, поясняющая его работу.
Вино из запасника (I) непрерывно поступает снизу в конденсатор-охладитель дистиллята (II), нагревается практически до температуры кипения (
93ºС) и подводится в верхнюю часть колонны (IV). Стекая по тарелкам колонны навстречу поднимающемуся вверх пару вино постепенно лишается спирта, а обогащенный пар (СС) кондеситуясь в змеевике (III) конденсатора-охладителя поступет в ёмкость (VI). Лишенное спирта вино (БД) непрерывно выводится из нижней части колонны, куда поступает пар из бойлера (V).
Для обспечения постоянного расхода пара необходимо поддеживать постоянное горение в топке котла (тепловую мощность).
При этом управление аламбиком осуществляется скоростью подачи вина, влияющей на потери спирта с отходящей бардой.
Влиять на крепость получаемого спирта-сырца при этом невозможно, поскольку она зависит от крепости вина и составляет 50. 60%.
Современный аналог.
На рисунке представлена схема промышленной непрерывной бражной колонны (НБК).
Элементы конструкции НБК
1) укрепляющая часть колонны (9-10 тарелок); 2) отгонная часть колонны (18-20 тарелок); 3) дефлегматор; 4) конденсатор-охладитель СС.
БР - бражка; БД - барда; ВД - вода для дополнительного охлаждения; СС - спирт-сырец (пар или дистиллят); П - водяной пар.
Брага непрерывно поступает в дефлегматор 3, нагревается практически до температуры кипения (
93ºС) и отводится из него в среднюю часть колонны. Нижняя часть колонны (бражная или отгонная) служит для извлечения спирта из бражки встречным потоком пара. Лишенная спирта бражка (барда) непрерывно выводится из нижней части колонны, куда поступает и пар.
В верхней части колонны 2 (спиртовой или укрепляющей) происходит укрепление паров спирта-сырца до концентрации 85-88%. Примерно 2/3 этих паров (флегмовое число ≈2) конденсируется в дефлегматоре, отдавая тепло браге и воде, и возвращается в колонну в виде флегмы, а остальные пары спирта-сырца уходят в конденсатор-охладитель 4.
Если расход пара в колонну постоянен, то регулируется колонна двумя параметрами:
- расходом воды, мы изменяем флегмовое число, влияющее на темп отбора и концентрацию спирта-сырца;
- расходом браги, мы влияем на остаточную концентрацию спирта в отходящей барде.
Анализ
Что не нравится:В обоих вариантах
- Нагрев бражки (вина) осуществляется в теплообменниках. Неизбежны отложения. Конструкция теплообменников должна быть разборной.
- Колонны тарельчатые. Неизбежны отложения. Конструкция колонны должна обеспечивать доступ к тарелкам для промывки.
- В аламбике - простота управления колонной. Управление только одним параметром - расходом БР.
- В НБК - высокая концентрация спирта-сырца на выходе.
Принятые решения в наших БКНД
При разработке БКНД мы постарались исправить недостатки и сохранить достоинства рассмотренных прототипов колонн.
Что вместо тарелокДля колонн небольшой производительности вместо тарелок нами применена специальная нерегулярная насадка. Её преимущества:
- легко высыпается(засыпается) в колонну;
- не деформируется в колонне;
- позволяет выдержать механическую и химическую чиску вне колонны;
- обладает хорошей разделительной и пропускной способностью;
Холодную бражку подаём прямо в колонну («холодная» схема). При этом бражка до кипения нагревается в верней части самой колонны, а конденсатор спирта-сырца охлаждается водой.
При такой схеме:
- Нагрев бражки осуществляется прямым контактом с парами спирта-сырца, т.е. наиболее эффективным способом передачи тепла. Колонна становится несколько выше, однако это проще и дешевле, чем дополнительный разбираемый теплообменник.
- За счет частичной конденсации паров в холодной бражке:
- уменьшается объёмный выход спирта-сырца по сравнению с аламбиком. Но ведь и в промышленной бражной колонне отбирается только треть паров спирта-сырца.
- повышается концентрация спирта-сырца до 73%. Фактически "нагревательный" участок колонны выступает в роли укрепляющей части.
- в конденсатор колонны поступает меньше паров спирта-сырца, поэтому утилизируемая им тепловая мощность будет меньше мощности подаваемого в колонну пара! Это сокращает его габариты, стоимость и расход охлаждающей воды.
Таким образом, реализация БКНД по «холодной» схеме позволяет существенно упростить её конструкцию, уменьшить стоимость и повысить надёжность элементов.
При этом затраты энергии и охлаждающей воды в колонне БКНД по сравнению с промышленной НБК незначителены.
Управление колонной БКНД- весь пар спирта-сырца, вышедший из колонны, после конденсации отправляется в отбор.
- при постоянной паровой нагрузке регулирование режима БКНД осуществляется только расходом бражки, определяя потери спирта с отходящей бардой.
- концентрация получаемого спирта-сырца будет зависеть от исходной концентрации бражки и её расхода.
Как в промышленной колонне в БКНД есть укрепляющая часть колонны, в которой происходит повышение концентрации спирта-сырца до величин 65-78%об (подтерждено экспериментально).
Технические характеристики наших бражных колонн
В ходе проектирования БКНД, построенных по «холодной» схеме, в них были заложены следующие расчетные характеристики:
Концентрация перерабатываемой бражки %об 12,5 Концентрация спирта-сырца %об 72,4 Затраты энергии на перегонку 1л бражки кДж/л 530 Удельный расход бражки на 1кВт (мл/мин)/кВт 115 Удельная производительность по спирту-сырцу на 1кВт (г/мин)/кВт 17,36 Удельная производительность в пересчёте на безводный спирт 1кВт (г/мин)/кВт 11,3 расход охлаждающей воды на 1л бражки л/л 1,4 расход пара на 1л бражки кг/л 0,24
Теоретические расчёты были подтверждены в ходе испытаний реальных установок. Разбросы и отклонения экспериментальных показателей от теоретических значений соответствовали тепловым потерям и свойствам бражек.
Схема наших бражных колонн.
На рисунке представлена «холодная» схема наших колонн БКНД-4, БКНД-8 и БКНД-16
Элементы конструкции БКНД
1) колонна; 3) конденсатор СС; 4) охладитель СС;
БР - бражка; БД - барда; ВД - вода охлаждения; СС - спирт-сырец (пар или дистиллят); П - водяной пар.