Восточно-Европейский журнал передовым технологий
____I ТЕХНОЛОГИИ ОРГАНИЧЕСКИХ И НЕОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ И ЭКОЛОГИЯ
I----
УДК 547.262
-□ о-
Розглянуто та обгрунтовано головт фактори щодо економiчного удосконалення технологiчнихршень стадп утилiзацii бшкових речовин вiдходiв виробництва харчового спирту методом реагентного осад-ження. На основi порiвнянального анализу ^нуючих виробничих схем зроблено висновок про можлив^ть застосування вказаного апаратур-ного оформлення та осаджувача СаОС12 в умовах замкненого циклу. Такий метод освтлення фугата зер-новоi пiсляспиртовоi барди надае можлив^ть тдвищити рiвень еко-логiчноi безпеки технологи харчового спирту, а також оптимiзувати енерговитрати
ЕКОНОМ1ЧН1 ФАКТОРИ СТАДИ ОСАДЖЕННЯ В1ДХОД1В ТЕХНОЛОГИ ХАРЧОВОГО СПИРТУ
О.А. Бутенко
Кандидат економпчних наук, доцент Кафедра загальноТ економнчноТ теори* Контактний тел. (0572) 714-21-56
С.Е. Отводенко
Кандидат техшчних наук, асистент, шженер Кафедра загальноТ та неоргашчноТ хiмiТ* Контактний тел.: (0572) 707-64-92
В. I. Тошинський
Доктор техшчних наук, професор, завщувач кафедрою Кафедра автоматизацп хiмiко-технологiчних систем та
еколопчного мошторингу* Контактний тел.: (057) 707-62-72 *Нацюнальний техшчний ушверситет "Хармвський полЬехшчний
шститут"
вул. Фрунзе, 21, м. Хармв, УкраТна, 61002
1. Вступ
Сьогодш в Укра'Тш мае мiсце достатньо гостра ситуащя щодо утилiзацii вiдходiв промислових ви-робництв рiзних галузей. 1х накопичення призводить до значного попршення стану навколишнього середо-вища та до втрати вторинних матерiальних ресурсiв
[1*4].
Те ж саме вщноситься й до виробнцтва харчового спирту (етанолу), котрий одержують шляхом дисти-ляцп з ферментованого зерна. При цьому утворюеться так звана зернова барда, яка складаеться на 90 % з води та на 10 % - з щнних бшкових речовин. Необ-хщшсть утилiзацii барди обумовлена тим, що вона, з одного боку, не тдлягае довготривалому зберiганню та, як швидкопсувний продукт, сприяе забрудненню навколишнього середовища, а з iншого боку, - мктить велику кiлькiсть цiнних речовин.
2. Технолопя переробки вiдходiв харчового етилового спирту
Вiдомi два принципово рiзних способа утилiзацii зерновоТ барди [5, 6].
Перший зосновано на методi випарювання води iз барди та одержання сухого залишку для подальшоТ переробки. Однак вартiсть випарювальних станцiй та обладнання для утилiзацii становить близько 3 млн. бвро, а процес випарювання потребуе значних енерге-тичних затрат (на 1 кг вологи, яка випарюеться необ-хщно витратити близько 1 кг водяноТ пари) [7].
Другий метод включае у собi фильтрування та су-шiння барди. Вщд^ення води вiд барди вiдбуваеться за допомогою центрифугування. Вiдомо, що центрифуги характеризуются низькою надiйносттю та високою вартiсттю [8].
На рис. 1-2 вказаш варiанти утилiзацii представле-нi схематично.
Ураховуючи наведенi шдходи, авторами розро-блено больш дешевий та менш енергоемний метод утилiзацii барди шляхом и попередньо'Т реагентно'Т обробки з послщуючим вiддiленням осаду вiд рвдко'Т фази фiльтруванням. Упровадження тако'Т технологи дозволяе не лише мiнiмiзувати енерговитрати, але й полшшити екологичнi характеристики виробництва, а також реалiзувати замкнений водообк [9*11]. Ана-лiз ступеня збереження барди свщчит, що осаджувачi повиннi сприяти пiдвищенню водневого показника и водно'Т складово'Т до значення рН = 7 (рН "свiжоi" барди
Технологии органический и неорганический веществ и экология
вщповщае значенню 5,7, а вже через 8 годин збер^ання знижуеться до 5,3), оскiльки у протилежному випадку, мае мшце ü скисання (поява неприемного запаху та плюет).
вода (10 %) вода (90 %)
Рисунок 1. Технологiчна схема утилiзацN вiдходiв виробництва харчового спирту i3 застосуванням метода випарювання технолопчноТ води
до 4,9^0,1 % - у залежносп вiд природи використова-ного осаджувача.
Як показали проведет експерименти, найбшьший стутнь осадження твердо! складово! барди, тобто - переважно бшкових речовин (мiнiмальний вмiст !х у фугап) можна досягти при використант CaOCl2.
На рис.3 представлено залежшсть ступеню осадження бiлковиx речовин iз пiсляспиртовоi зерново! барди вщ термiну вiдстоювання при використаннi рiзниx осаджувачiв.
Рисунок 2. Технологiчна схема утилiзацN вiдходiв виробництва харчового спирту iз застосуванням метода центрифугування технолопчноТ води з послщуючим сушiнням бшковоТ маси
Як осаджувачi було обрано та випробувано таю ре-човини: №2ТО3, NaOH, NaaO, а також СаС03, Са(ОН)2, та СаОС12. Уа вони, узятi у певних пропорщях, нейтра-лiзують кислотну складову барди, наприклад, №2С03, NаCЮ та СаОС12 - за рахунок гидролiзу за анюном, а СаС03 - за рахунок реакцп обмiну з оргашчними кислотами, з утворенням малорозчинних кальщевих солей цих кислот, яке супроводжуеться вщдшенням СО2.
Експерименти проводили таким чином. У вдабра-ну порщю пiсляспиртовоi зерновоТ барди дозували реагент-осаджувач до тдвищення значення рН = 7. Температура при цьому становила 80°С. Сумш барди та реагента-осаджувача тсля перемiшування отстою-вали на протязi 1^4 годин ^ далi, подавали на фильтру-вання. При цьому визначали вмют б^кових речовин у фугатi [6]. За цей час Тх масова частка з 10 % знижуеться
Рисунок 3. Залежшсть ступеню осадження бткових речовин
i3 шсляспиртовоТ зерновоТ барди вщ часу
Як це видно, тсля отстоювання сумiшi рiдкоi фрак-цп та продуктiв, осаджених реагентом СаОС12, на про-тязi двох годин стутнь осадження бткових речовин у результат обробки ii хлорним вапном, тобто хлоратом (1)-хлоридом кальцiю, становить 99,0%. Введення спо-лук кальщю, у порiвняннi з введенням ввдповщних сполук натрiю, бiльш ефективно, очевидно, iз-за того, що йони Са2+ сприяють осiданню компонентiв барди за рахунок утворення твердих високорозчинних солей кальщю з оргашчними кислотами, якi мютяться у виxiдноi бардi. Хлоратна (I) кислота, яка видшяеться у випадку СаОС12, прискорюе осадження твердих ком-понентiв барди, оскiльки воно мае мкце у присутностi активного оксигену, який е продуктом розкладення НС1О за рiвнянням: НС1О ^ HCl + О.
Останнш знешкоджуе мiкроорганiзми, що при-сутнi у пiсляспиртовiй бард^ та сприяе, таким чином, повному ii освггленню.
Використання запропонованого методу лише на-вiть на одному з спиртових заводiв Харкiвськоi област (м. Мерефа) показуе його високу ефектившсть. Про це свiдчить значний економiчний ефект, котрий можна одержати у результат впровадження розробленого способу. При його розрахунку ураховували таки показники.
3. Экономическая оценка проектных решений по утилизации отходов технологии этанола
I. Об'ем виробництва продукцп
За технолопчними даними кшьюст характеристики матерiальних потоюв е такими:
- за бардою - 4440 т/рщ
- за твердою фракщею (10 %) - 444 т/рщ
- за фугатом - 3996 т/рщ
- за водою тсля технолопчно! очистки - 3600 т/рiк;
Кшьюсть утилiзированих матерiалiв:
- бiлковий осад - 444 т/грщ
- використована вода - 3600 т/рщ
- СаОС12 - 1080 т/рiк.
Вода в уах трьох розглянутих варiантах утилiзацii подаеться за замкненим водооб^ом на технологiю ети-лового спирту. У запропонованому варiантi утилiзацii вщбуваеться економiя енергоресурсiв за рахунок того, що лише 10% води (яка мктить осаджений бiлок) подаеться до стадп фiльтрування. Освiтлення носить ре-агентний характер та робиться з використанням недорогого обладнання (вщстойник). Таким чином, даний варiант утилiзацii е енерго- та матерiалозберiгаючим.
II. Технiко-економiчне обгрунтування
1. План виробництва
Утилiзацiя вiдходiв виробництва харчового спирту на дшчому пiдприемствi припускае використання апарапв, що виготовляються заводами "Укрхiммаш" та "Прогрес". Можна розглянути три варiанти апа-ратурного оформлення у залежносп вiд прийнятих технологiчних ршень.
1). Випарювання води iз барди з одержанням сухого залишку:
а). випарювальний апарат;
б). насос;
в). конденсатор.
2). Центрифугування та сушшня барди:
а). центрифуга;
б). насос;
в). сушшьна камера.
3). Реагентне осадження бiлковоi маси з послвдую-чим фiльтруванням:
а). реактор;
б). насос;
в). освилювач;
г). озонатор.
2. Рiчний ефективний фонд робочого часу
Рiчний ефективний фонд робочого часу дорiвнюе
календарному часу (365 днiв, або 8760 год) за винят-ком часу на календарний та поточний ремонт. Трива-лшть капитального та поточного ремонта становить:
1). Каттальний ремонт - 10 дшв на рiк;
2). Поточноий ремонт - 1 день у мкяць, або 12 дшв на рж.
Отже ремонт: 22 дшв на рж, або 22-24 = 528 год.
Фэф = 8760-528 = 8232 год.
3. Визначення витрати та вартосп енергоресурив
Витрату електроенергп визначали за сумарною по-
тужнiстю двигунiв та часу iх роботи з урахуванням коефiцiентiв завантаження, одночасовоси та втрат:
Nэ = + + ... + WnTn)•kз•kо•kп,
де Nэ - потреба у технологiчноi електроенергii, кВт-год;
Wl, .••, Wn - потужнiсть двигунiв, кВт;
Т1, Т2, ..., Тп - час роботи двигушв, год/рiк;
кз - коефiцiент завантаження (0,75);
ко - коефiцiент одночасовосп (0,8);
кп - коефiцiент втрат (1,05).
Витрати електроенергп поапаратно представлен у табл. 1.
Таблиця 1
Витрати електроенергп
Наймену- Кшькють Потуж- Кшьюсть Споживча
вання зразк1в одиниць, шсть, годин потужшсть,
шт кВт роботи кВт-год
Вар1ант I
1.Выпарний 1 13 7907 102791
апарат
2.Насос 1 3,16 7907 24286
3.Конденсатор 1 1,518 7907 12007
£139084,8
Вариант П
1.Насос 1 3,16 7907 24286
2.Центрифуги 2 2,8 7907 44279,2
3.Сушшьна 1 3,072 7907 24291
камера £92856
Вар1ант III
1.Насос 1 3,16 7907 24286
2.Озонатор 2 1,535 7907 24286
3.Реактор 1 3,54 7907 28000
4.Осв1тлювач 1 0,253 7907 2010
£78582
4. Розрахунок часу роботи обладнання
З урахуванням трьохмкячного графжу, час роботи обладнання е таким.
Фоб = 365^8^3^0,930 - тривалшть капiтального ремонту;
0,930 - коефвдент експансивностi.
Коефiцiент експансивностi можна розраховувати так.
кэ = Фэф / 8760 = 0,930.
Фоб = 8146,8-8-10-3 = 7906,8 час.
Зведемо розрахунковi даш в табл. 2.
Таблиця 2
Зведена таблиця витрат i вартосп енергоресурсiв
Електро-енерпя повар1антно Одинищ вим1ру Цша за одиницю, грн Витрати за рж, кВт-год Вартють електро-енергй за рж, грн
Вар1анти технолопчних ршень
Вар1ант I кВт-год 0,25 139084 34771
Вар1ант II кВт-год 0,25 92856 23214
Вар1ант III кВт-год 0,25 78582 19646
З табл. 2 видно, що варiант, який запропоновано, за вартштю енерговитрат, е б^ьш економiчним, у по-рiвняннi з вже кнуючими. Економiчний ефект ввд впровадження вказаних технологiчних рiшень, у по-рiвняннi з варiантом I, становить:
Э = С1-С2 = 34771-19646 = 15125 грн/год. На рис.4 представлено технолопчну схему утиль зацп пiсляспиртовоi зерновоi барди, з урахуванням викладених положень.
Рисунок 4. Технолопчна схема утилiзацiï вiдходiв виробництва етiлового спирту
Висновки
Таким чином, виходячи i3 вищевикладеного, для освгтлення фугату пiсляспиртовоï барди дощльно як осаджувач ïï компоненпв використовувати CaOCl2, oскiльки oстаннiй, запoбiгаe скисанню барди у про-цeсi подальшого використання, сприяе витягненню i3 фугату сахарiв та солей органичних кислот, а також знищуе мiкрooрганiзми пiсляспиртoвoï барди. Фугат, пiсля доотфильтрування та послщуючого озонування, може бути направлений на виконання вщповщних тeхнoлoгiчних стадш виробництва етилового спирту, що дае eкoнoмiчнi переваги запропонованих техноло-пчних рiшeнь у пoрiвняннi з вже шнуючими.
Лiтeратура
1. Комаров В.И. Насущные проблемы экологии окружающей среды// Мясная индустрия, 2002. - №12.
2. Римарева Л.В. Комплексная переработка вторичных ресурсов спиртовой отрасли.// Производство спирта и ликероводочных изделий, 2006. - №2.
3. Рудницкий П.В., Скирстымонский А.И., Макаренко К.Д. Получение сухого белкового корма из зерновой барды.-К.: Техника, 1979. - 36 с.
4. Кухаренко А.А., Дадашев М.Н. Экологические и экономические аспекты использования отходов спиртового производства // Производство спирта и ликероводоч-ных изделий, 2004. - №2
5. Востриков С.В., Мальцева О.Ю., Федорова Е.В. Динамика накопления примесей этилового спирта при сбраживании различных видов сырья. // Изв. вузов. Пищевая технология, 1999. - № 1. - С. 19-21.
6. Калинина О.А., Леденев В.П., Крикунова Л.Н. Разработка высокоэффективной, малоотходной технологии этанола из зерна ржи на основе механокавитационной обработки. I стадия приготовления замеса. // Хранение и переработка сельхозсырья, 2002. - № 6. - С. 35-40.
7. Способ получения этилового спирта. / В.А. Сотников, А.Д. Федоров и др. Патент № 2199586 РФ. 2003.
8. Способ производства этилового спирта из зернового сырья. / В.А. Поляков, В.П. Леденев, В.А. Кривченко, О.А. Калинина и др. Патент № 2192469 РФ. 2002.
9. Рябов Г.К. Система безотходной переработки после-спиртовой барды // Исследования и разработки, 2003. - №6.
10. Ожередова М.А., Суворин А.В. Осаждение никеля из отработанных электролитов электрохимического никелирования / / Вопросы химии и химической технологии. - Днепропетровск: УГХТУ, - 2005. - № 5. - С. 207-211.
11. Журба О.С., Поляков В.А., Леденев В.П. Технология этанола из целого зерна пшеницы на основе интенсивных способов обработки сырья. // Производство спирта и ликероводочных изделий, 2004. - № 1. - С. 14-17.