CC BY
20
Научни трудове на Съюза на учените в България - Пловдив. Серия В. Техника и технологии. Том XVII, ISSN 1311 -9419 (Print); ISSN 2534-9384 (Online), 2019. Scientific Works of the Union of Scientists in Bulgaria - Plovdiv. Series C. Technics and Technologies. Vol. XVII., ISSN 1311 -9419(Print); ISSN 2534-9384 (Online), 2019
ПОВИШАВАНЕ ЕНЕРГИЙНАТА ЕФЕКТИВНОСТ НА ДЕСТИЛАЦИОННИ УРЕДБИ ЗА ПРЕРАБОТКА НА ЕТЕРИЧНОРГЛСЛЕНИ СУРОВИНИ Степан Ентерян1 и Славно Георгиев2 1 Университнт по хнанттеснрлехноннгил рДловдив 2 Екобиотгхпродукт ООД,гр. Вълчи дол
IMPROVING ENORGY EFFICIENCY ОЛ SYSTEMS
FOR PROCESSING ESSENTIAL OIL-BEARING PLANTS StepanAkteria^and Slavcho 1 l^Rw^i^s^fy technalogies, P^EdiR, Bnlgaria
2 Eko bюCec(lpaoduct LM, th^et own ofValchi do1, Bulgaria
Abstract. The directions for improving the energy efficiency of distilling systems for steam distillation of essential oil-bearing plants were analysed. It was found that the energy consumption in the proposed continuously operating distillation apparatuses with a working volume of 6 m3 is many times less in a comparison with the traditional batch distiller with a working volume of 5.5 m3. The consumption of live steam, fuel oil, cooling water and fresh demineralized water for steam generation is respectively 3.5 times, 4.1 times, 5 times and over 20 times less. Furthermore, the daily performance of continuously operating unit is 6.5 higher. The following additional measures for improving energy efficiency of continuous distillation systems are also proponed: (i) using a recuperative section in the condenser-cooler for distillation vapours as the wasted distillation water is used as a cooler in this section; (ii) the secondary water vapours of this section are sucked in by a steam jet ejector and they are delivered in the distiller; (iii) feeding the steam boiler with boiling distillation water discharged from the recuperative section as fresh demineralized water. These measures enable (i) the consumption of fuel oil to be reduced by 15 % as the quantity of distilling steam and the rate of distilling are retained; (ii) the consumption of cooling water - by 30 %; (iii) the consumption of fresh demineralized water - by 85 %.
Keywords: energy efficiency, steam distillation, essential oils, steam-jet ejector
ВЪВЕДЕНИЕ
Вече България е световният лидер в производството на лавандулово масло (Stefanov, 2018). През 2017 г. са произведени близо 200 t лавандулово масло, докато през 2011 г. -само 60 t. Рекордът от близко минало е бил в 1976 г., когато са били произведени 165 t (Stoyanova et al, 2009). Франция се нарежда на второ място в класацията с 40-50 t годишно производство на лавандулово масло. Засетите площи с лавандула са най-много в област Добрич и Ст. Загора. Тези площи в област Добрич са били 24 000 dka през 2017 г. и 39 640 dka през 2018 г. В този регион са произведени 15 000 t и 20 700 t лавандула, съответно за 2017 г. и 2018 г. (Karagiozov, 2018). Това съответства на годишен прираст от 38 %. Средният добив в региона е 525 kg/dka, като той достига до 600 kg/dka в района на Каварна и Генерал Тошево.
Понастоящем масово се използват традиционните периодично действащи дестилациони апарати (Denny, 2002), като те в България са с работен обем 5,5 m3 (Akterian, 2018). В периода на 60-те и 80-те години на миналия век в Русия са конструирани, произвеждани и използвани разнобразни непрекъснато действащи дестилационни апарати както за парна, така и за водо-парна дестилация (Akterian, 2018; Dhuravlev et al, 1980). Те са били предназначени както за дестилация на цветно-тревни суровини, така и на розов цвят и зърнени суровини. През 60-те години на миналия век в България масово са били внедрени 25 броя непрекъснато действащи дестилационни уредби УРМ-2 за парна дестилация, като основно са преработвали лавандула, мента и салвия скларея. Те не са се наложили в българската практика основно поради техническите несъвършенства на тази първа конструкция на непрекъснато действащ апарат за парна дестилация на цветно-тревни суровини (Irinchev, 1972; Stoyanova et al, 2009). Основните проблеми са били свързани с нарязването на суровината, загубата на масло при нарязване и транспортиране до входа на апарата, проблеми с уплътняването на входа и изхода на този апарат. Тези проблеми са решени почти напълно в непрекъснато действащи дестилационни апарати, разработвани след това в Русия и Грузия и прилагани в практиката.
Бурното развитие на производството на етеричномаслени суровини и в частност на лавандула определят необходимостта от разработване и прилагане на дестилационни апарати с по-голяма производителност и в частност на непрекъснато действащи дестилатори. Имайки предвид високия разход на топлинна енергия при парна дестилация и от друга страна растящите цени на нефта и производните му органични течни горива правят проблемът за повишаване на енергийната ефективност на дестилационните уредби особено актуален.
Целта на настоящата разработка е да се съпоставят непрекъснато действащите дестилационнни апарати за преработка на етеричномаслени суровини с традиционно използваните периодично действащи дестилационни апарати, както и да се оцени прилагането на допълнителни технико-технологични мерки с оглед възможностите за повишаване на енергийната ефективност при производство на етерични масла.
МАТЕРИАЛИ И МЕТОДИ
Обект на разглеждане са (i) уредба с традиционно използваните в България периодично действащи апарати за парна дестилация с работен обем 5,5 m3; (ii) традиционна уредба с непрекъснато действащ дестилационен апарат с работен обем 6 m3; (iii) уредба с непрекъснато действащ дестилационен апарат с работен обем 6 m3, в която се използват допълнителни мерки за повишаване на енергийната ефективност.
Пресмятанията на трите уредби се отнасят за преработка на лавандулови съцветия, които представляват най-голям интерес за българските предприятия за преработка на етеричномаслени суровини. Изчисленията са извършени при следните приемания на основните технически и технологични параметри: маслосъдържание на лавандуловия цвят 1-1,2 %; насипна плътност на суровината 200-250 kg/m3 (Georgiev and Stoyanova, 2006); продължителност на дестилация и на работния цикъл при периодична дестилация: 1,5 и 3 ч., съответно; налягане на подаваната свежа пара: 0,8 МРа; специфична (долна) топлина на изгаряне на течно гориво (нафта): 41,9 MJ/kg; температура на свежата, оборотна, охлаждаща вода: 35 °C.
РЕЗУЛТАТИ И ОБСЪЖДАНЕ
Предлаганите допълнителни технико-технологични мерки за повишаване на енергийната ефективност на дестилационите уредби включват (фиг. 1): (а) използване на допълнителна рекуперативна секция 2а към кондензатор-охладителя 2 на дестилационни пари, като отработените дестилационни води D1 се използва за охладител в секцията; (б) засмукване на вторичните водни пари B2, получавани в секцията 2a, посредством допълнително използван пароежектор 5 и подаването им към дестилационния апарат 1 ; (в)
подаване на получената кипящата дестилационна вода D2 към парния котел 4, като свежа опреснена вода
Фиг. 1. Схема на основни потоци в уредба за непрекъсната дестилация на етеричномаслени суровини с допълнителни мерки за повишаване на енергийната ефективност: 1 - дестилацио-нен апарат; 2-кожухотръбен топлообменник; 2а,2Ь- рекуперативна и охладителна секция; 3- декантьор; 4- парен котел; 5- пароежектор; А- етеричномаслена суровина; В- водна пара; В*- свежа деминерализирана вода; С!- дестилационни пари; С2- дестилат; D- дестилационни води; W- охлаждаща вода.
Основните технологични и технически показатели на дестилационни уредби с периодично и непрекъснато действие със съпоставим работен обем са определени и представени в Таблица 1 за съпоставка.
Прилагането на уредби с непрекъснато действащи дестилационни апарати вместо уредби с традиционните периодично действащи дестилатори със съпоставим работен обем би позволило разходът на свежа директна пара да се намали 3,5 пъти; на течно гориво за паропроизводство - 4,1 пъти; на студена охлаждаща вода - 5 пъти и на свежа деминерализирана вода - над 20 пъти. Освен това, непрекъснато действащият дестилатор осигурява 6,5 пъти по-голяма денонощната производителност в сравнение е периодично действащия апарат; (п) почти двукратно намаляване на денонощната трудоемкост; (ш) производство на етерично масло с постоянен компонентен състав и качество.
Предлаганите допълнителните технико-технологични мерки с използване на пароежектор и рецуркулация на дестилационните води дават възможност с неголеми допълнителни капитални вложения денонощният разход на течно гориво да се намали с 15 %, на свежа охлаждаща вода - с 30 %, а на свежа деминерализирана вода за паропроизводство - с 85 %.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Така представените убедителни факти дават основание да се препоръча използването на уредби с непрекъснато действащи дестилационни апарати, прилагащи и предлаганите допълнителни мерки за повишаване на енергийната ефективност. Тези категорични предимства на непрекъснато действащите дестилатори могат проявят в пълен обем обаче само в предприятия, преработващи големи обеми етеричномаслени суровини, както и подаването на свежата суровина да е ритмично и тези дестилационни апарати се натоварват денонощно.
БЛАГОДАРНОСТИ
Авторите изказват благодарност за оказаната финансова подкрепа от Министерство на икомомиката за субсидирането на разработката, която е част от проект BG16RFOP002-1.005
„Разработване на продуктови и производствени иновации" в рамките на оперативна програма „Иновации и конкурентоспособност 2014-2020 г."
Таблица 1. Съпоставка на основните технологични и технически показатели на уредби с периодично и непрекъснато действащ дестилационен апарат за преработка на етеричномаслени суровини
Показатели С периодично действащ апарат С непрекъснато действащ апарат
без допълнител ни мерки с пароежектор и рециркулация на дестилационна вода
Работен обем на дестилационен апарат, т3 5,5 6
Маса на преработена суровина, М 8,8-11 57-72
Маса на получено етерично масло, kg/d 88-132 576- 864
Разход на свежа пара, подавана от парен котел, 7,7 17,2 14,4
Специфичен разход на свежа пара, подавана от парен котел, kg пара за 1 kg преработена суровина 0,70-0,87 0,24-0,3 0,2-0,25
Разход на нафта, kg/d 538 1200 852
Специфичен разход на нафта, kg нафта за 1 t преработена суровина 49-61 16,7-21 11,8-14,9
Разход на охлаждаща вода (35 °С), т3М 78,4 145,7 103,2
Специфичният разход на охлаждаща вода, т3 за 1 t преработена суровина 7,1-8,9 2-2,6 1,4-1,8
Разход на деминерализирана вода за паропроизводство, т3М 7,7 17 2,4
Специфичният разход на деминерализирана вода, т3 за 1 t суровина 0,7-0,9 0,2-0,3 0,03-0,04
ЛИТЕРАТУРА
Akterian S. (2018). Technological equipment for producing essential oils. Plovdiv, Academic Publishing
House of UFT (in Bulgarian). Denny E.F.K. (2002). Distillation of the lavender type oils. Theory and practice. In Lis-Balchin M. (ed).
Lavender. The genus Lavandula. London, Taylor & Francis p. 100-116. Dhuravlev A.M., Nepomnyashij V.S., Ogarev A.E., Osipov V.V. (1980). Equipment for the production of perfumery and cosmetic products, synthetic fragrance and essential oils. Moscow, Pubshisher Pishhevaja promishlennost' (in Russian). Irinchev I. (1972). Possibilities of using continuously operating distillation apparatus of Revazov and
Moskalev. Bulletin for the development of aromatic industry, 10(1): 2-25 (in Bulgarian). Georgiev E. and Stoyanova A. (2006). Handbook for the specialist in aromatic industry. Plovdiv, Academic
Publishing House of UFT (in Bulgarian). Karagiozov K. (2018). Over 20,000 t lavender flower were produced in the region of Dobrich. Published on 3rd August 2018. https://fakti.bg/bulgaria/320556-nad-20-000-tona-lavandula-proizvedoha-v-dobrichko (in Bulgarian).
Stefanov V. (2018). Bulgaria is the world leader of the production of lavender oil. Published on 15th July 2018. https://business.dir.bg/pazari/balgariya-darzhi-parvo-myasto-v-sveta-po-proizvodstvo-na-lavandu lovo-maslo (in Bulgarian).
Stoyanova A., Balinova A., Georgiev E. (2009). Lavender. Manufacturing aromatic products in Bulgaria. Plovdiv, Publisher, Agency 7D (in Bulgarian).
За авторите:
Проф. дтн. инж. Степан Актерян, e-mail: dr.akterian@gmail.com Инж. Славчо Георгиев, е-mail: ekozora@ekozora.com
