CC BY
116
NEW WAY OF THERMAL STERILIZATION INTENSIFICATION OF CANNED FOOD AND THE DEVICE FOR ITS REALISATION
ME. AKHMEDOV, T.A. ISMAILOV, A.F. DEMIROVA, MM. RAKHMANOVA, N.M. AKHMEDOV
Daghestan State Technical University,
70, Imam Shamilprosp., Mahachkala, 367015; ph. : (8722) 62-37-61, fax: (8722) 62-37-97, e-mail: dstu@dstu.ru
Are submitted results of the preliminary heating of fruits and vegetables before sterilization in an electromagnetic field with ultrahigh frequencies. It is revealed, that the preliminary heating in a microwave-field promote to essential increase of initial average volume temperature of canned food before sterilization. Here are represented design and description of a principle of work of the device for preliminary heating fruits and vegetables in banks in a microwave-field.
Key words: conservation of fruits and vegetables, microwave-field, pallet converter, sterilization.
663.551.4
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ И ЭКОНОМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ РАБОТЫ СИВУШНОЙ КОЛОННЫ
Х.Р. СИЮХОВ, А. М. АРТАМОНОВ
Майкопский государственный технологический университет,
352700, г. Майкоп, ул. Первомайская, 191; электронная почта: ророуа@таукор.ги
Проанализированы технологические и экономические аспекты работы сивушной колонны, включенной в типовую схе -му брагоректификационной установки (БРУ) косвенного действия для получения пищевого ректификованного спирта с содержанием сивушных масел менее 6 мг/дм3 и менее 1 мг/дм3. Показано, что сивушная колонна по сравнению с сепаратором сивушных масел позволяет повысить суммарный выход спирта и сивушного масла, однако включение сивушной колонны в схему БРУ экономически не оправдано.
Ключевые слова: сивушная колонна, фракция сивушных масел, тарелка отбора фракции сивушных масел, ректификационная колонна, брагоректификационная установка.
Технологическая схема типовой брагоректификационной установки (БРУ) косвенного действия состоит из трех основных колонн: бражной, эпюрационной и ректификационной. Для обеспечения высокого выхода при получении спирта марок Экстра и Люкс схему БРУ оснашают дополнительными колоннами - разгонной, сивушной и окончательной очистки [1, 2].
Сивушная колонна (СК) обеспечивает переработку фракции сивушных масел (ФСМ), отбираемой с нижних тарелок ректификационной колонны (РК), расположенных под тарелкой питания, и предназначена для получения стандартного сивушного масла и повышения выхода пищевого ректификованного спирта. При этом она обеспечивает высокую концентрацию высших спиртов и отсутствие потерь спирта и сивушного масла с кубовой жидкостью (лютером). Несмотря на преимущества установки СК в схеме БРУ, она обладает рядом недостатков, имеет высокую металлоемкость и потребляет много пара. Для нормальной работы СК необходима стабильная загрузка ее спиртом и высокие флегмовые числа от 30 до 50 [2]. Однако в руководстве [3] отмечено, что при правильно налаженном отборе с последующей сепарацией сивушного масла и выводе сивушного спирта из системы БРУ установка сивушной колонны не оправданна.
В связи с противоречивой оценкой эффективности СК в схеме БРУ косвенного действия рассмотрим технологические и экономические аспекты ее работы при получении пищевого ректификованного спирта марки Экстра. Анализ выполнен для двух вариантов содержа-
ния 2-пропанола в ректификованном спирте: менее 6 мг/дм3, как предусмотрено ГОСТ Р 51652-2000, и менее 1 мг/дм3 - в соответствии с требованиями рынка
5
Рис. 1
Таблица 1
Бражная колонна
Показатель Перегонка бражки из зернового сырья
Число тарелок 24
Крепость бражки , поступающей на верх-
нюю тарелку колонны, % об. 7,7
Температура бражки, °С 95
Давление низа колонны, мм вод. ст. 2200
Перепад давления по высоте колонны,
мм вод. ст. 1800
Температура низа колонны, °С 106
Расход пара на перегонку бражки, кг/дал
абсолютного алкоголя в бражке 20
Содержание 2-пропано-
Показатель ла в ректификованном спирте, мг/дм
4,832-4,833 | 0,94-0,95
Эпюрационная колонна
Число тарелок 39
Тарелка питания, считая снизу 25
Крепость бражного дистиллята, % об. 39,5
Ввод непастеризованного спирта и гидросе-
лекционной воды На верхнюю тарелку
Расход гидроселекционной воды, м3 20 42
Температура низа колонны, °С 90,5 92,7
Температура верха колонны, °С 79,7
Давление низа колонны, мм вод. ст. 1600
Давление верха колонны, мм вод. ст. 300
Расход пара, кг/дал ректификованного
спирта 6,3 16
Отбор ЭАФ, % от потенциального содержа-
ния спирта в бражке 10 35
Ректификационная колонна
Число тарелок 80
Тарелка питания 16
Крепость эпюрата, % об. 25 15
Количество отбираемого непастеризованно-
го спирта, % от потенциального содержа-
ния спирта в бражке 1,5 0,5
Отбор ФСМ, % от потенциального содер-
жания спирта в бражке 5
Отбор ФСС, % от потенциального содержа -
ния спирта в бражке, не более 5**
Температура низа колонны, °С 106
Температура верха колонны, °С 79
Тарелка отбора ФСС 22
Тарелка отбора ректификованного спирта 74
Расход пара, кг/дал ректификованного
спирта 26 44
Сивушная колонна
Число тарелок в отгонной части 15
Число тарелок в концентрационной части 40
Крепость питания В зависимости от тарелки отбора ФСМ из РК
Крепость дистиллята колонны из дефлегма-
тора, % об. 96,7-96,8
Давление низа колонны, мм вод. ст. 1500
Давление верха колонны, мм вод. ст. 300
Температура низа колонны, °С 104
Температура верха колонны, °С 78,5
Температура в аккумуляторной царге 94-96
Расход пара, кг/дал Приведен в табл. 2
Состав бражки принят по хроматографическому анализу бражки ООО «КХ Восход», выработанной из 70% пшеницы и 30% ячменя [6].
Обеспечение заданного качества ректификованного спирта по 2-пропанолу осуществлялось изменением величины отбора ФСС.
при потенциальном содержании спирта в бражке 3000 дал/сут.
С этой целью разработана модель СК с использованием модульного принципа. Она включает модули отгонной колонны 1, сепаратора 2, концентрационной колонны 3, дефлегматора 4 и конденсатора 5 (рис. 1).
Отгонная колонна 1 имитирует работу отгонной части СК, обогреваемой острым паром, и снабжена 15 тарелками, эффективность которых 0,4. ФСМ, отбираемая из паровой фазы из РК, конденсируется в холодильнике и подается в жидком виде в качестве питания на верхнюю тарелку отгонной колонны, обогреваемой острым паром. Из нижней части отгонной колонны выводится кубовая жидкость (лютер) (КЖ). Пар, выходящий с верхней (15-й) тарелки отгонной колонны, поступает под нижнюю тарелку концентрационной колонны, снабженной 40 тарелками эффективностью 0,6. Пары с верха концентрационной колонны поступают в дефлегматор 4, который работает в режиме парциальной конденсации. Образовавшийся конденсат подается на орошение РК. Не сконденсировавшиеся пары спирта, покидающие дефлегматор, конденсируются и охлаждаются в конденсаторе 5. Жидкость снизу концентрационной колонны 3 поступает в сепаратор 2, который имитирует аккумуляторную царгу. В сепараторе жидкость расслаивается на две фазы: легкую, представляющую собой сивушное масло, которое выводится в качестве готового продукта, и тяжелую, которая рециркулируется на верхнюю тарелку отгонной колонны 1.
Анализ работы СК осуществляли при проведении отборов ФСМ с тарелок РК от 6-й до 14-й, считая снизу. Температура на 1-й тарелке СК поддерживалась на уровне 103-104°С, в аккумуляторной царге - 94-96°С, паров, покидающих 15-ю тарелку отгонной колонны, -101-102°С. Приведенные температуры и давления верха и низа СК приняты в соответствии с установленными нормами [4].
Контроль за качеством спирта-ректификата осуще -ствлен по наиболее трудноотделимой примеси - 2-пропанолу. Число тарелок, давления верха и низа колонн, расходы пара в бражной и эпюрационной колоннах приняты по нормам [4]. В работе [5] показано, что концентрация 2-пропанола в 8 раз выше в эфироальдегидной фракции (ЭАФ), чем во фракции сивушного спирта (ФСС), поэтому для снижения 2-пропанола в ректификованном спирте более рациональным признано увеличение отбора ЭАФ, чем ФСС. В этой связи мы значительно увеличили отбор ЭАФ для получения ректификованного спирта заданного качества. Отбор ЭАФ и крепость эпюрата, определяемые расчетным путем, приняты постоянными, для того чтобы отбор ФСМ с тарелок РК не зависел от крепости питания. Количество отбора ФСМ составляет 5% от потенциального содержания спирта в бражке.
Увеличение отбора ФСМ не оказывает существенного влияния на содержание 2-пропанола в ректификованном спирте, так как эта трудновыводимая примесь концентрируется на верхних тарелках РК и, поступая с эпюратом, практически полностью переходит в ректификованный спирт.
В результате расчетов получены технологические режимы работы колонн (табл. 1).
Влияние тарелки отбора ФСМ на эффективность работы СК оценивалось по трем вариантам: 1 - при одинаковом качестве ректификованного спирта; 2 -при одинаковом выходе ректификованного спирта; 3 -при закрепленном отборе ФСС. В режимах 1 и 2 поддержание заданного качества при смене тарелки отбора ФСМ из РК обеспечивалось за счет изменения количества отбора ФСС.
Таблица 2
Тарелка отбора ФСМ из РК Выход спирта в РК, дал /сут Крепость спирта, % об. Концентрация этанола в ФСМ, % об. Выход СМ, дал/сут Расход пара в СК, кг/сут Температура в акку-муля-торной царге, °С
Содержание 2-пропанола в ректификованном спирте 4,832-4,833 мг/дм3
6 2700,7 96,66 2,15 12,65 1098 95,60
7 2715,6 96,67 6,66 16,26 2994 95,30
8 2723,7 96,69 17,66 18,61 9980 94,94
9 2727,2 96,69 34,57 19,45 11976 94,71
10 2728,2 96,70 48,77 19,42 15968 94,67
11 2728,5 96,70 56,87 19,01 16966 94,59
12 2728,0 96,70 61,36 18,41 17964 94,50
13 2727,5 96,70 64,90 17,86 18962 94,43
14 2726,3 96,69 65,26 17,43 19960 94,42
Содержание 2-пропанола в ректификованном спирте 0,94-0,95 мг/дм3
6 2022,1 96,99 1,58 11,07 1098 95,70
7 2033,9 97,01 4,72 15,26 2994 95,42
8 2040,7 97,02 12,77 17,98 9980 95,00
9 2044,5 97,03 27,49 19,10 11976 94,80
10 2045,7 97,03 43,22 19,32 15968 94,67
11 2045,8 97,04 53,68 19,02 16966 94,59
12 2046,0 97,03 59,54 18,49 17964 94,49
13 2045,3 97,03 62,77 17,98 18962 94,43
14 2044,9 97,03 64,47 17,64 19960 94,37
В табл. 2 приведены показатели работы 4-колонной
БРУ в зависимости от тарелки отбора ФСМ для режима 1 работы РК. отш. ол
СГ
та
><
л
со
2685
\ 6 5 '4
1 /
2
. з
19
18
I
я
14! 13 ш
12
Анализируя расчетные данные табл. 1 и 2, можно сделать вывод, что получить спирт Экстра на типовой БРУ, снабженной СК, можно при значительном снижении выхода спирта.
На рис. 2 графически представлено влияние тарелки отбора ФСМ на выход сивушного масла (кривые 4, 5, 6) и ректификованного спирта марки Люкс (кривые
1, 2, 3) с содержанием 2-пропанола менее 6 мг/дм3 (1,4 - при одинаковом качестве ректификованного спирта;
2, 5 - при одинаковом выходе ректификованного спирта; 3, 6 - при закрепленных отборах (кроме ректификованного спирта)).
Графики свидетельствуют, что выход сивушного масла имеет максимальное значение при отборе ФСМ с 9-й и 10-й тарелок РК и незначительно отличается друг от друга для анализируемых вариантов работы, чего нельзя сказать о выходе ректификованного спирта. При одинаковом качестве выход спирта достигает максимального значения при отборе ФСМ с 10-й и 11-й тарелок РК, а при закрепленных величинах отборов значительно снижается. Последнее объясняется тем, что концентрация этанола в ФСС возрастает и он теряется с этой фракцией.
Состав сивушного масла (рис. 3: кривая 1 - этанол, 2 - изобутанол, 3 - 1-пропанол, 4 - изоамилол) характеризует его качество в зависимости от тарелки отбора ФСМ из РК при получении ректификованного спирта с содержанием 2-пропанола менее 6 мг/дм3 и менее 1 мг/дм3. При отборе с 6-й и 7-й тарелок в сивушном масле в основном содержится изоамилол (порядка 60% об.). При увеличении тарелки отбора концентрация изоамилола снижается, а изобутанола и 1-пропанола возрастает. Наибольший выход сивушного масла достигается при отборе ФСМ из зоны ее максимального накопления с 9-й и 10-й тарелок РК при концентрации изоамилола порядка 50% об.
Наряду с рассмотренными положительными факторами работы СК, есть фактор, существенно снижающий эффективность ее работы. Это затраты греющего пара, которые значительно возрастают с увеличением тарелки отбора ФСМ. На рис. 4 приведено сравнение в денежном выражении дохода от продажи ректификованного спирта и сивушного масла с затратами на греющий пар при получении ректификованного спирта
7 8 9 10 11 12 13 14
Тарелка отбора ФСМ ректификационной колонны
6 7 8 9 10 11 12 13 14
Тарелка отбора ФСМ ректификационной колонны
Рис. 2
Рис. 3
10000 9000 8000 4 7000 | 6000 Ц 5000 4000 3000 2000 1000 0
о. -1000 3 -2000
2. -зооо
& . m
-5000
ректификованного V' Затрг аты на па D В
1 сивушном колонне
У J
► j
V
затратами и
I i оходом
/
6 7 8 9 10 11 12 13 14
Тарелка отбора ФСМ ректификационной колонны
Рис. 4
с содержанием 2-пропанола менее 1 мг/дм3. Стоимость 1 л спирта принята 60 р., масла - 90 р., 1 кг пара -45 коп. Разность между доходом от реализации и затратами показывает, что только при отборе ФСМ с 4-й по 12-ю тарелки имеется прибыль, максимальная величина которой за 1 сут работы СК составляет 3 тыс. р. Эту прибыль нельзя считать оправданной, так как не учтены стоимость сырья, налоги, затраты на обслуживание, ремонт и т. п.
В качестве альтернативы СК можно противопоставить сепаратор (экстрактор сивушного масла). Аналогичные расчеты схемы БРУ проведены нами при включении вместо СК сепаратора без подвода в него воды на промывку сивушного масла. Установлено, что при отборе с 6-й тарелки ФСМ хорошо расслаивается, а выход при получении спирта с содержанием 2-пропанола менее 6 мг/дм3 составляет 2744 дал/сут ректификата, что на 15 дал/сут превышает максимальный выход спирта в случае с СК (рис. 2). При этом концентрация этанола в выводимой ФСМ порядка 2-3% об. Выход
сивушного масла составляет 11 дал/сут с концентрацией изоамилола 60% об., что почти в два раза меньше по сравнению с его выходом при работе СК с отбором ФСМ из РК с 9-й и 10-й тарелок. Несмотря на это, прибыли от работы СК нет. При получении ректификованного спирта с содержанием 2-пропанола менее 1 мг/дм3 сепаратор оказывается эффективнее при отборе ФСМ с 7-й тарелки РК. Выход ректификованного спирта составляет 2038 дал/сут; сивушного масла - 14,48 дал/сут. Однако прибыль остается незначительной (рис. 4).
ВЫВОДЫ
1. Включение СК в схему БРУ экономически не оправдано.
2. Альтернативой СК является сепаратор при отборе ФСМ с 6-й тарелки при получении ректификованного спирта с содержанием 2-пропанола менее 6 мг/дм3 и с 7-й с содержанием 2-пропанола менее 1 мг/дм3.
ЛИТЕРАТУРА
1. Цыганков П.С. Ректификационные установки спиртовой промышленности: расчет, анализ работы, эксплуатация. - М.: Легкая и пищевая пром-сть, 1984. - 336 с.
2. Технология спирта / В.Л. Яровенко, В.А. Маринченко, В. А. Смирнов и др.; Под ред. проф. В. Л. Яровенко. - М.: Колос, 1999. - 464 с.
3. Грязнов В.П. Практическое руководство по ректификации спирта. - М.: Пищевая пром-сть, 1968. - 192 с.
4. Справочник работника спиртовой промышленности / П.В. Рудницкий, А. Д. Коваленко, З.А. Раев и др. - Киев: Техшка, 1972. - 384 с.
5. Радостев А.Ю. Как извлечь изопропанол до нуля // Ликероводочное производство и виноделие. - 2007. - № 11.
6. Панеш Р.Н. Научное обоснование и разработка квази-стационарного технологического режима получения пищевого спирта при импульсном отборе сивушных масел: Дис. ... канд. техн наук. - Краснодар: КубГТУ, 2009. - 178 с.
Поступила 25.02.10 г.
TECHNOLOGICAL AND ECONOMIC ASPECTS OF FUSEL COLUMN’S WORK
KH.R. SIYUKHOV, A.M. ARTAMONOV
Maikop State Technological University,
191, Pervomaiskaya st., Maikop, 352700; e-mail: popova@maykop.ru
Technological and economic aspects of fusel column’s work, included in typical scheme of indirect action distiller for reception distilled food alcohol with fusel oil content less than 6 mg/dftand 1 mg/dm , are analysed. It is shown that the fusel column in comparison with a separator of fusel oils allows to raise a total output of alcohol and fusel oil, however inclusion of a fusel column in distiller scheme is not justified economically.
Key words: fusel column, fusel oil fraction, a plate of fusel oil fraction’s selection, distillation column, distiller.
