Інтеграція технологічних потоків бражної та епюраційної колони в процесі виробництва ректифікованого етилового спирту

Abstract

На сьогодні етиловий спирт є речовиною, використання якої поширено у багатьох галузях промисловості. Технологія виробництва етанолу з будь-якої органічної сировини найчастіше включає ректифікацію, яка є енергоємним процесом. Висока ціна енергоносіїв і постійне її зростання призводять до суттєвого збільшення вартості продукції. Зменшення питомих витрат енергії на одиницю продукції може вирішити комплекс питань: по-перше, зменшити собівартість продукції, по-друге, в масштабах держави, полегшити енергозалежність від зовнішніх постачальників енергії. Детальний аналіз енергетичного потенціалу технологічних потоків з метою вирішення задачі зменшення енерговитрат надихає на розробку більш енергоефективних рішень організації цього процесу. Пошук альтернативних рішень демонструє, що одним з методів зменшення питомих витрат енергії на виробництво етанолу, зокрема таким, що не потребує тотальної реконструкції виробництва, є метод інтеграції процесів, що базується на пінч-аналізі. Екстракція даних технологічних потоків була здійснена на основі регламентної документації апаратурно-технологічної схеми установки централізованої розгонки ГФЕС (головної фракції етилового спирту) та звіту з енергоаудиту даної установки, який був здійснений на одному з спиртових підприємств України. Для теплової інтеграції існуючого процесу, було обрано дві колони установки централізованої розгінки етилового спирту :бражну та епюраційну. Були розраховані тепловий та матеріальний баланси цих колон установки ГФЕС. Для максимальної реалізації енергетичного потенціалу технологічних потоків, були використані принципи пінч-проектування та спроектовано сіткову діаграму. Для максимізації рекуперації теплової енергії було задано ΔТmin - 3ºС. Це призвело до необхідності використання енергоефективного теплообмінного обладнання. Суттєве зменшення використання зовнішніх утиліт (холодних на 48% та гарячих – на 38%) для обраних технологічних потоків та невеликий термін окупності проекту (близько трьох місяців) робить доцільним використання такого роду рішення проблеми.Today, ethyl alcohol is widely used in many industries. Ethanol production processes from any organic matter often involve rectification, which is an energy-intensive process. The constant increase in the cost of energy leads to a significant growth of the cost of production. Reducing the unit energy consumption can solve a range of important issues: first, that of decreasing production cost, and secondly, that of nationwide dependence on external energy suppliers. A detailed analysis of the thermal energy potential of technological flows aimed at solving the problem of reducing energy consumption inspires the development of more energy-efficient solutions for organizing this processes. The search for alternative solutions demonstrates that one of the methods of reducing the unit energy consumption for ethanol production, in particular one that does not require a total restructuring of the production lines, is the method of integration of processes based on pinch analysis. The extraction of these technological flows was carried out on the basis of the regulatory documentation of the hardware-technological scheme of the centralized ethyl alcohol head fraction distillation plant and the energy audit report of that plant, which was carried out at one of the alcohol enterprises of Ukraine. A distillation and a purification column were selected from the centralized ethyl alcohol distillation plant for thermal integration of the existing process. The thermal and material balances of the ethyl alcohol head fraction distillation plant columns were calculated. To maximize the energy potential of the heat flows, the principles of pinch design were applied and a grid diagram of heat exchanger networks was designed. To maximize the recovery of thermal energy, the difference ΔTmin was set to - 3ºC. This led to the need to use energy-efficient heat exchange equipment. A significant reduction in the use of external utilities (by 48% for cold utilitie and by 38% for hot utilitie) for selected heat flows and a short payback period for the project (approximately three months) makes this solution viable.