Виробництво скрапленого діоксиду вуглецю
Виробництво спирту давно перетворилося на сучасну технологічну галузь з урахуванням сучасних вимог до якості та стандартів. Один із викликів, що стоять перед виробниками спирту, це ефективне управління діоксидом вуглецю, що утворюється під час процесу бродіння. Виробництво скрапленого діоксиду вуглецю — є важливою ланкою виробництва, оскільки дозволяють зберігати енергію, знижувати вплив на довкілля та оптимізувати виробництво спирту.
Діоксид вуглецю (СО2) поряд з етиловим спиртом є основним продуктом спиртового бродіння.
Стехіометричне рівняння спиртового бродіння:
C6H12O6=>2C2H5OH+2CO2↑+188 кДж
180,1 92,1 88
Відповідно до стехіометричного рівняння, яке наведено вище, на 1 частку етилового спирту утворюється 0,9565 часток діоксиду вуглецю.
Під час бродіння бульбашки діоксиду вуглецю, що проходять через шар бражки насичуються парами спирту та його леткими домішками. До складу газів бродіння входять діоксид вуглецю, пари спирту, повітря, водяні пари, спирти, альдегіди, органічні кислоти, складні естери. Втрати спирту при випаровуванні залежать від міцності спирту і температури бродіння. При температурі бродіння 30 °С втрати спирту становлять в середньому 0,74 % від вмісту спирту в бражці.
Гази бродіння надходять в спиртовловлювачі, де адсорбуються водою, і у вигляді водно-спиртової рідини концентрацією 1,5-7 % об. повертаються до зрілої бражки. Гази бродіння звільнені від етилового спирту та його домішок направляють у вуглекислотний цех або викидаються у повітря.
Для виробництва скрапленого діоксиду вуглецю з продуктів бродіння досить організувати очищення газу від крапель рідини, органічних домішок і не допускати попадання повітря в газ. Очищений і осушений діоксид вуглецю надходить в холодну частину установки для його подальшого зрідження. На жаль, якість одержуваного з цієї сировини діоксиду вуглецю не завжди влаштовує споживачів.
У сучасній технології використовують двостадійну очистку діоксиду вуглецю. У першій стадії його піддають адсорбційній очистці активним вугіллям у колонках, встановлених після першою ступеня стиснення, у другій – адсорбційній очистці і осушці спочатку в адсорбері з силікагелем, потім з ціллю більш глибокої осушки у адсорбері з цеолітом.
Технологія виробництва скрапленого діоксиду вуглецю
На спиртових заводах рідкий діоксид вуглецю одержують за принципом зрідження, використовуючи холод. Принципова вдосконалена технологічна схема виробництва рідкою діоксиду вуглецю наведена на рис. вище.
Із бродильних апаратів гази бродіння надходять у піновловлювач, а з нього – у спиртовловлювач, промитий газ спрямовують у газгольдер. Потім газ проходить водяний скрубер, заповнений кільцями Рашига або коксом, у якому його промивають водою, очищують від органічних домішок і охолоджують. Із скрубера газ потрапляє у водокільцевий компресор, де він додатково очищується і охолоджується, і після водовідділювача стискується у першому ступені трьохступеневого компресора до тиску 0,5 МПа і надходить у холодильник. Для очистки і осушення діоксиду вуглецю до і після холодильника встановлені масловідділювачі.
Після цього газ очищають у адсорберах активним вугіллям. Адсорберів два. один знаходиться у роботі, другий – на регенеруванні. Регенерування проводять підігрітим діоксидом вуглецю, який утворюється при дроселюванні.
З адсорберів діоксид вуглецю надходить у другий ступінь компресора, де стискається до тиску 2,4…2,5 МПа, а потім через холодильник і масловідділювач надходить у третій ступінь компресора. Газ, стиснутий приблизно до 7 МПа, проходить холодильник, масловідділювач і послідовно з’єднані адсорбери з силікагелем і цеолітом. У них газ остаточно очищується і осушується.
У конденсаторі газ після третього ступеня, віддаючи теплоту, конденсується. Зріджений діоксид вуглецю через ресивер високою тиску надходить у стальні балони, розташовані на вагах.
За цією схемою можна виробляти і зріджений переохолоджений діоксид вуглецю з безбалонним зберіганням і транспортуванням. Для цього рідкий діоксид вуглецю піддають дроселюванню від 6,5…7,0 до 0,8…1,2 МПа, і він набуває стану емульсії. У вихровому розподілювачі рідка і газоподібна фази відділяються одна від другої (газоподібна фаза складає біля 47 %). Рідкий діоксид вуглецю через кругові канали вихрової камери стікає у посудину відокремлювана, а з нього у накопичувальну посудину, ізотермічне сховище або у транспортний ізотермічний резервуар. Газоподібна фаза через центральні отвори вихрової камери, а потім по відповідній комунікації надходить у змішувач, де змішується з газом, який подається першим ступенем компресора. Зі змішувача газ надходить у другий ступінь компресора.
Кількість поступаючого у ізотермічне сховище рідкого діоксиду вуглецю контролюють рівнеміром, тиск – манометром. Максимальне наповнення ізотермічного сховища складає 85…90 % геометричного об’єму. Параметри рідкого діоксиду вуглецю в ізотермічному резервуарі такі: тиск 0,8…1,2 МПа, температура від -43,5 до -33,3° С, теплота пароутворення 326…309 кДж/кг, густина 1130,8… 1087,8 кг/м3.
Рідкий діоксид вуглецю можна використовувати при виробництві сухого льоду. Якість рідкого діоксиду вуглецю, отриманого з газів спиртового бродіння, регламентується ДСТУ 4817:2007. Органолептичні і фізико-хімічні показники для біодіоксиду вуглецю та діоксиду з нехарчової сировини наведені в табл:
