УСТАНОВКА ОБЕЗВОЖИВАНИЯ УКСУСНОЙ КИСЛОТЫ: ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ, КОНСТРУКТОРСКИЕ И ИНЖЕНЕРНЫЕ АСПЕКТЫ ПРОИЗВОДСТВА

ACETIC ACID DEWATERING PLANT: TECHNOLOGICAL, DESIGN AND ENGINEERING ASPECTS OF PRODUCTION

Irina Hramova

Master’s degree, Astrakhan State Technical University, Russia, Astrakhan

Аннотация. Статья посвящена исследованию технологических и инженерных решений при производстве и обезвоживании уксусной кислоты. Рассмотрены конструктивные особенности ректификационной колонны, обеспечивающей выделение целевого продукта с высокой степенью очистки, а также оценены нагрузки и устойчивость оборудования. Проведен анализ научно-технической и патентной литературы, направленной на совершенствование массообменных аппаратов. Обосновано использование ситчатых тарелок, выбор материалов, а также применение вторичных продуктов, таких как водород, в смежных технологических процессах. Представлены перспективы модернизации действующего оборудования с учетом современных требований к энергоэффективности и селективности разделения.

Abstract. The article is devoted to the study of technological and engineering solutions in production and dewatering of acetic acid. The design features of the rectification column, ensuring the separation of the target product with a high degree of purification, were considered, and the loads and stability of the equipment were evaluated. An analysis of scientific and technical literature aimed at the improvement of mass exchange machines has been carried out. The use of sieve plates, choice of materials, as well as the application of secondary products such as hydrogen in related processes is justified. Presented the prospects of modernization of existing equipment taking into account modern requirements for energy efficiency and separation selectivity.

Ключевые слова: уксусная кислота, ректификационная колонна, обезвоживание, йодид водорода, массообмен, ситчатые тарелки, МДЭА, патентные решения.

Keywords: acetic acid, rectification column, dewatering, hydrogen iodide, mass exchange, screening plates, MDEA, patent solutions.

Синтетическая уксусная кислота занимает ключевое положение среди органических кислот, широко используемых в химической промышленности, особенно в производстве пищевых ингредиентов и упаковки. В пищевых системах уксусная кислота применяется не только в качестве подкислителя (пищевая добавка E260), но и как технологический агент при производстве ароматизаторов, консервантов и экстрагентов, участвующих в извлечении биоактивных веществ. Основное требование к уксусной кислоте, предназначенной для пищевой отрасли, — высокая степень очистки, достигаемая путем обезвоживания до концентрации не менее 99,8% [1]. Особенно критичным параметром для пищевой промышленности является отсутствие токсичных примесей, таких как йодистый водород, содержание которого не должно превышать 1 ppm. В этой связи особое внимание в производственном процессе уделяется массообменным аппаратам, обеспечивающим эффективную очистку продукта.

На примере действующего предприятия АО «Невинномысский Азот» [3] исследованы инженерные и технологические аспекты функционирования узла обезвоживания уксусной кислоты. Особый интерес представляет ректификационная колонна, обеспечивающая не только удаление воды, но и снижение содержания йодистого водорода до предельно допустимых значений. Конструкция колонны ориентирована на удовлетворение требований пищевой промышленности, а также на обеспечение безопасности и устойчивости в условиях непрерывной эксплуатации. Установка представляет собой вертикальный цилиндр переменного диаметра (от 1,65 до 2,2 м) высотой 40,6 м, включающий 48 ситчатых тарелок. Рабочие параметры процесса — температура 180–185 °С и давление 4,14 кгс/см² — оптимальны для обеспечения одновременного обезвоживания и химического связывания иодистого водорода. Последний улавливается метанолом с образованием метилйодида на седьмой тарелке колонны, который далее удаляется из системы. Этот механизм принципиально важен для получения уксусной кислоты, соответствующей стандартам пищевой чистоты.

Паровая фаза, покидающая верх колонны, направляется в кожухотрубчатый теплообменник-конденсатор, где осуществляется фазовый переход при температуре 130–135 °С [3]. Конденсат поступает в сборники готовой продукции, предназначенной для дальнейшей фасовки и транспортировки на предприятия пищевой промышленности. Конструкция теплообменника спроектирована с расчётом на длительный срок службы — до 20 лет — при минимальных требованиях к техническому обслуживанию, что актуально для предприятий с круглосуточным циклом работы.

В рамках работы был проведён патентно-литературный анализ, направленный на выявление возможных направлений повышения эффективности колонных аппаратов, используемых при производстве пищевых компонентов. В частности, рассмотрено техническое решение из патента №2339442С2 [2], где предложена контактная тарелка с наклонными пластинами на переливной планке. Такая модификация позволяет снизить пенообразование и интенсифицировать разделение жидкой и паровой фаз, что особенно важно при очистке органических соединений, применяемых в пищевых системах. Также был проанализирован опыт использования аминовых растворов в очистке газа, описанный Скиданом М.С. [1], что открывает перспективы применения аналогичных реагентов для более глубокого удаления примесей в технологических линиях, производящих уксусную кислоту пищевого качества.

Материалы, использованные в конструкции колонны, напрямую влияют на чистоту конечного продукта. В качестве основного материала ситчатых тарелок была выбрана медь, демонстрирующая устойчивость к органическим кислотам и способная сохранять свои свойства при длительной эксплуатации. Несмотря на возможное образование тонкой окисной плёнки, медные компоненты не оказывают отрицательного влияния на качество уксусной кислоты, что подтверждено нормативными документами и анализом выходного продукта. Это делает медь привлекательным материалом для аппаратуры, используемой в пищевых и фармацевтических производствах.

С точки зрения механических характеристик, колонна осушки уксусной кислоты спроектирована с учётом воздействия ветровых и сейсмических нагрузок [4]. Однако дополнительные расчёты показали, что в регионах с повышенной сейсмической активностью требуется модернизация конструкции — в частности, установка защитного короба и дополнительной опоры для усиления устойчивости обечайки. Такие меры позволят обеспечить бесперебойную работу колонны, сводя к минимуму риск аварий и загрязнения продукта, предназначенного для включения в пищевые цепочки.

Интенсификация массообменных процессов — одно из направлений, обладающих высоким потенциалом развития [5]. Предлагается модернизация насадочных устройств с целью увеличения площади контакта фаз, а также использование селективных реагентов, взаимодействующих исключительно с йодистым водородом. Это позволит повысить селективность очистки и сократить расходы на ректификацию. Кроме того, в рамках стратегии устойчивого развития производства, побочный продукт — водород — может быть использован для синтеза метанола или аммиака, применяемых в производстве удобрений, а также пищевых и кормовых добавок. Таким образом, создаётся замкнутая система, повышающая комплексность использования сырья и минимизирующая выбросы.

Проведённый анализ подтвердил, что технические решения, реализованные на предприятии АО «Невинномысский Азот», обеспечивают соответствие уксусной кислоты строгим требованиям пищевой отрасли. Выбор конструкции колонны с ситчатыми тарелками и применением меди как конструкционного материала является обоснованным как с технологической, так и с экономической точки зрения. Патентные исследования указывают на наличие потенциала для дальнейшего совершенствования оборудования с целью повышения его эффективности и надежности. Развитие технологий очистки и обезвоживания органических кислот, включая уксусную кислоту, играет важную роль в формировании безопасных и устойчивых пищевых систем, обеспечивая высокое качество ингредиентов, используемых в широком спектре продуктов питания.