Совершенствование процесса получения сивушного масла при производстве биоспирта

663.5

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ СИВУШНОГО МАСЛА ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ БИОСПИРТА

В.В. АРТАМОНОВА, Х.Р. СИЮХОВ, Т. Г. КОРОТКОВА, Е.Н.КОНСТАНТИНОВ

Майкопский государственный технологический университет Кубанский государственный технологический университет

На действующих производствах в бражке содержится по отношению к спирту до 0,5% сивушного масла. Его отбирают на брагоректификационных установках (БРУ) в качестве одного из побочных продуктов ректификации из зон максимального накопления с тарелок ниже тарелки питания спиртовой колонны из паровой фазы в количестве 3-5% от произведенного спирта [1-2]. Из практики известно, что организация и регулирование величины отбора наталкивается на ряд трудностей, связанных с противоречивостью требований, предъявляемых к процессу ректификации и качеству товарного сивушного масла. С точки зрения качества производимого спирта оправдана высокая величина отбора сивушной фракции, а требования к величине выхода пищевого спирта обусловливают снижение этого отбора. Вместе с тем, целесообразно осуществлять отбор с тарелок, где концентрация сивушных масел максимальна, а с точки зрения расслаивания при последующей экстракции водой - с тарелок, на которых низка концентрация этанола. Для эффективного выделения сивушного масла необходимо, чтобы в полученном конденсате содержание сивушного масла было бы > 0,5 части от этилового спирта, содержащегося в том же конденсате. Во всех случаях содержание сивушного масла в конденсате должно быть > 10-12% об., а общая крепость (по спиртомеру) < 50% об. Сложность практического решения данной задачи нередко приводит к выходу сивушного масла с лютерной водой и повышенным потерям с ней этилового спирта.

При производстве биоспирта, предназначенного для добавки к моторному топливу, отпадает необходимость эпюрации, поэтому целесообразно исключить эпюрационную колонну из схемы БРУ косвенного действия, что позволит существенно снизить энергозатраты. В этом случае бражной дистиллят необходимо подавать непосредственно в спиртовую колонну. При производстве биоспирта отсутствует необходимость его очистки от эфиров, альдегидов, сивушных спиртов и сивушных масел. С этой точки зрения спиртовая колонна может работать без боковых отборов. Последнее было проверено нами путем моделирования работы ректификационной колонны. Использовалась математическая модель, идентифицированная по данным работы промышленных установок [3-5]. Оказалось, что при работе без боковых отборов наблюдается неустойчивый режим работы колонны, что приводит к несхо-димости вычислений. Последнее связано с особенно-

стями, рассмотренными выше, и тем, что промежуточные примеси не могут быть удалены и с дистиллятом, и с лютерной водой при жестких требованиях, предъявляемых к ним по содержанию воды в дистилляте (4 об.%) и спирта в лютере (< 0,015 об.%). Расчеты показали, что в спиртовой колонне можно не проводить пастеризацию спирта, исключить отбор головной фракции, возвращаемой в классической схеме в эпюрационную колонну, а также отбор сивушных спиртов, оставив только отбор сивушных масел. При этом состав сивушных масел при минимальной величине отбора, обеспечивающей стабильную работу колонны, был следующим: входило в экстрактор 3,2% 1-пропанола, 8,6% изобутанола, 25,2% изоамилола, 16% этанола и 46% воды. Отбор сивушной фракции составлял 150 дал/сут при производительности установки 3000 дал/сут. Эта фракция расслаивалась с получением небольшого количества легкой фазы, т. е. сивушного масла. Она отличается по составу от фракции, получаемой в классических схемах БРУ косвенного действия, и содержит в сумме 37% об. сивушных масел

В этой связи возникает задача разработки режима и метода экстрагирования спирта из сивушной фракции. Нами были рассчитаны различные варианты технологического режима и схемы экстрагирования спирта водой из сивушной фракции. Во-первых, метод однократного экстрагирования с подачей на экстракцию 0,25 м3/сут воды. Экстракцию проводили при 20°С. В результате экстракции получено 89,5 дал легкой фракции очищенных сивушных масел. При этом содержание сивушных масел возросло по сравнению с исходной сивушной фракцией до 60,4%, а содержание воды в верхнем слое снизилось до 21,1%. Содержание же этанола осталось практически на прежнем уровне. Подсивушная вода содержала 4,1% этанола и 3,65% сивушных масел (в основном 1-пропанол) по сравнению с исходной сивушной фракцией.

Во-вторых, для повышения качества экстрагирова -ния был использован противоточный 10-тарельчатый экстрактор. Предполагалось, что он обеспечит существенное повышение эффективности разделения. Однако практически концентрация воды в легкой фазе снизилась всего на 1%, спирта - на 1,5%, а концентрация сивушных масел возросла до 63,1% при выходе легкой фазы в количестве 77,5 дал/сут по сравнению с легкой фазой, полученной при одноступенчатой экстракции. Следует отметить, что применение противоточных экстракторов для сивушных масел приводит к эмульгированию легкой фазы, что требует разработки эффективного оборудования. В этой связи в перспективе можно рекомендовать использование противоточных экстракторов. При решении же текущих задач по производству биоспирта допустимо ограничиться приме-

нением одноступенчатых экстракторов хорошо известной в спиртовой промышленности конструкции.

Дополнительно были рассчитаны варианты проти-воточного экстрактора, снабженного 10 тарелками с орошением водой в количествах 0,125, а также 0,5 м3/сут. При увеличении количества экстрагента количество легкой фазы снизилось до 70 дал/сут, качество ее повысилось, уменьшилось содержание воды и спирта, а содержание сивушных масел возросло до 68,1%. Однако увеличился унос сивушных масел с подсивушной водой.

Таким образом, при получении биоспирта для моторного топлива рекомендуется производить отбор фракции сивушных масел из паровой фазы с 4-9-й тарелок спиртовой колонны и после их конденсации осуществлять многоступенчатое противоточное экстрагирование при соотношении расхода экстрагента (воды) к расходу сивушной фракции 1 : 3. Количество бокового отбора составляет 5% от произведенного спирта, а сивушного масла - 2,3% по отношению к произведенному биоспирту.

ЛИТЕРАТУРА

1. Маринченко В.А. Технология спирта. - М., 1981. -

417 с.

2. Яровенко В.Л. Справочник по производству спирта: сырье, технология и технохимконтроль. - М., 1981. - 335 с.

3. Константинов Е.Н., Короткова Т.Г., Ачмиз Б.М. Мо -делирование процесса ректификации для непрерывных установок получения пищевого спирта // Изв. вузов. Пищевая технология. -1996. - № 5-6. - С. 55-59.

4. Разработка технологического режима для переработки сивушно-эфиро-альдегидной фракции на брагоректификационной установке косвенного действия с получением высококачественного спирта / Е.Н. Константинов, Х.Р. Сиюхов, Т. Г. Короткова и др. // Изв. вузов. Пищевая технология. - 2006. - № 2-3. - С. 64-66.

5. Чич С .К., Сиюхов Х.Р., Константинов Е.Н., Коротко -ва Т.Г. Установка непрерывного действия для получения этилового ректификованного спирта из фракций с повышенным содержанием эфиров, альдегидов, сивушных спиртов и сивушных масел // Мате -риалы 2-й Всерос. науч.-техн. конф. «Состояние и перспективы раз -вития сервиса: образование, управление, технологии». - Самара: ОФОРТ, 2006. - С. 369-374.

Кафедра процессов и аппаратов пищевых производств

Поступила 05.12.07 г.

66.045

ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПРОЦЕССОВ ТЕПЛОМАССООБМЕНА В СТРУЙНОМ КРИОКОНЦЕНТРАТОРЕ

М.И. ЛУГИНИН, Ю.В. ГОРДИЕНКО

Кубанский государственный технологический университет

Новым направлением концентрирования жидкостей с помощью искусственного холода является криоконцентрирование с применением тепломассобмен-ных аппаратов без поверхности теплообмена, наример струйных эжекционных аппаратов. В последнее время особое внимание при обработке холодом обращают на скорость обработки, качество обработанного продукта (отсутствие изменения его микроструктуры, цвета, запаха) и энергозатраты.

Струйные криоконцентраторы широко применяются в химической, нефтегазовой, пищевой и других отраслях промышленности. Проведенные исследования по созданию технологических линий с использованием струйных эжекционных аппаратов показали, что уменьшение времени обработки продукта возможно вследствие использования высокоскоростного потока активной среды в струйном эжекционном аппарате. Эффективность процесса тепломассообмена увеличивается за счет развитой поверхности обмена теплом и влагой между обрабатываемым продуктом и холодильным агентом.

Для реализации такого подхода разработали математическую модель процессов тепломассообмена, происходящих в камере смешения струйного эжекци-онного аппарата. Расчет геометрических параметров последнего производили согласно методике расчета струйного аппарата для пневмотранспорта, в котором

рабочая среда - упругая, инжектируемая среда - неупругая [1]. В качестве рабочего вещества может быть использован любой холодильный агент с температурой кипения при атмосферном давлении < 0 °С - фрео-ны, жидкая двуокись углерода, жидкий азот. На рис. 1 изображена расчетная схема процессов, происходящих в струйном эжекционном аппарате.

N / ' /5

— \ / У —

1 ^ ^ вм

1П ^3

вг

2

4

в

вг в„, в„

в

в