CC BY
80
66.062.653.066
МОДЕЛИРОВАНИЕ И ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ РАЗДЕЛЕНИЯ ЭФИРОАЛЬДЕГИДНОЙ ФРАКЦИИ
Е.Н. КОНСТАНТИНОВ, Т.Г. КОРОТКОВА, Х.Р. СИЮХОВ, Т.А. УСТЮЖАНИНОВА
Кубанский государственный технологический университет Майкопский государственный технологический университет
В спиртовой промышленности уделяется большое внимание проблеме переработки вторичных продуктов брагоректификации, содержащих довольно значительное количество этилового спирта, и повышению за счет этого выхода этилового ректификованного спирта [1]. В настоящее время эта задача особенно актуальна в связи с ужесточением требований ГОСТ на качество этилового ректификованного спирта и повышением потребности рынка в высококачественных сортах Экстра и Люкс. Переход на эти сорта потребовал увеличения отборов эфироальдегидной фракции (ЭАФ) в эпю-рационной колонне с 3-3,5 до 5-10% от потенциального содержания спирта в бражке, увеличения отборов сивушных спиртов и сивушных масел до 5-7 об. %.
Нами проведен анализ установок непрерывного действия для получения спирта этилового ректификованного высших сортов из ЭАФ, головной фракции эпюрационной колонны, выработанной на ОАО АПФ «Фанагория» и спиртзаводах «Майкопский» и «Хуторок-2», осуществлено моделирование схем произвольной структуры с использованием программной среды сложных химико-технологических систем и разработана установка непрерывного действия для получения спирта высших сортов из ЭАФ, определены ее оптимальная структура и технологический режим.
На основе классификации и анализа действующих схем, а также авторских свидетельств и патентов [2-14] установлено, что во всех схемах используется гидроселекция, т. е. подача умягченной или лютерной воды в колонну для разгонки ЭАФ. Принципиально эти схемы можно разделить на два типа: получение эпюрата в первой эпюрационной колонне, а эфироальдегидного концентрата (ЭАК) - во второй; получение ЭАК в первой эпюрационной колонне, а эпюрата - во
второй. В обеих схемах осуществляется рециркуляция водно-спиртовой жидкости и спирта с высоким содержанием примесей.
Согласно схеме первого типа (рис. 1) ЭАФ поступает на верхнюю тарелку эпюрационной колонны 1 (ЭК 1), куда также поступает вода для гидроселекции. Снизу в ЭК 1 подается греющий пар. По выходе из ЭК 1 пары, содержащие летучие примеси, пройдя дефлегматор 4, конденсируются в конденсаторе 5. Конденсат подается на тарелку питания эпюрационной колонны 2 (ЭК 2), а флегма из дефлегматора 4 подается на верхнюю тарелку ЭК 1. Снизу в ЭК 2 подается греющий пар. По выходе из ЭК 2 пары, пройдя дефлегматор 6, конденсируются в конденсаторе 7 и в виде ЭАК отбираются в сборник ЭАК, а флегма из дефлегматора 6 подается в качестве орошения на верхнюю тарелку ЭК 2. Эпюрат из нижней части ЭК 1 поступает на тарелку питания ректификационной колонны 3 (РК), в нижнюю часть которой поступает греющий пар. Выделенные в РК головные примеси, составляющие ЭАФ (непастеризованный спирт), пройдя дефлегматор 8 и конденсатор 9, сбрасываются в поток конденсата ЭАФ, выводимого из конденсатора 5 и подаваемого на тарелку питания ЭК 2.
В схеме второго типа (рис. 2) ЭАФ подается в теплообменник 10, где нагревается за счет лютерной воды из ректификационной колонны 3 (РК) и поступает на питательную тарелку первой эпюрационной колонны 1 (ЭК 1). Снизу в ЭК 1 поступает греющий пар, в укрепляющую часть подается вода для гидроселекции и флегма из дефлегматора 4. Спиртоводные пары, насыщенные головными примесями, проходят до верха ЭК 1 и попадают в дефлегматор 4. Несконденсированные пары конденсируются в конденсаторе 5 и в виде ЭАК отбираются в сборник ЭАК. Водно-спиртовая смесь в виде эпюрата выводится из нижней части ЭК 1 и по-
Рис. 1
Рис. 2
Рис. 3
ступает на тарелку питания второй эпюрационной колонны 2 (ЭК 2). В ЭК 2 водно-спиртовая смесь подвергается повторно эпюрации. Эпюрат из нижней части ЭК 2 направляется в ректификационную колонну 3 (РК), а ЭАФ из ЭК 2, пройдя дефлегматор 6 и конденсатор 7, сбрасывается в основной поток исходной ЭАФ. В РК происходит концентрирование спирта и освобождение его от промежуточных и хвостовых примесей. Ректификованный спирт отбирается с верхних тарелок РК. С тарелки, расположенной выше тарелки питания, отбираются сивушные спирты и сивушные масла, обогащенные промежуточными и хвостовыми примесями. Снизу РК выводится лютерная вода, содержащая хвостовые примеси, в основном кислоты. Непастеризованный спирт, пройдя через дефлегматор 8 и конденсатор 9 РК, сбрасывается на верхнюю тарелку ЭК 2.
Оптимизация режима и технологической схемы выполнена методами математического моделирования с использованием программной среды расчета сложных химико-технологических систем. Сравнение и анализ схем провели после определения оптимальных параметров: расхода острого пара, количества отбора ЭАК, расхода воды на гидроселекцию, номеров тарелок подачи гидроселекционной воды и питания, номеров тарелок отбора сивушных спиртов и сивушных масел, количества отбора сивушных спиртов и сивушных масел, количества рециркулирующих потоков. Совершенствование схемы первого типа нецелесообразно, так как получаемый эпюрат содержит значительное количество метанола, от которого невозможно избавиться в ректификационной колонне, следовательно требуется установка дополнительной четвертой колонны - метанольной.
Дальнейшее совершенствование технологической схемы второго типа возможно, поскольку нужное качество спирта может быть достигнуто, но при этом его выход очень низок, а отборы ЭАК высоки. Установлено, что критическим в этой схеме является содержание метанола в спирте, однако при увеличении отбора ЭАК оно доходит до норм ГОСТ.
Путем изменения структурных параметров был разработан иной тип технологической схемы процесса разделения ЭАФ (рис. 3). Определили оптимальное
место подачи гидроселекционной воды, номера тарелок питания и отборов ректификованного спирта, сивушного спирта и сивушного масла. ЭАФ подается в теплообменник 10, где нагревается за счет лютерной воды из ректификационной колонны 3 (РК), затем поступает на питательную тарелку эпюрационной колонны 1 (ЭК 1). Снизу в последнюю подается греющий пар. По выходе из ЭК 1 пары, содержащие летучие примеси, состоящие из эфиров, альдегидов, метанола и растворимых в них летучих веществ, пройдя дефлегматор 4 и конденсатор 5, в виде ЭАК выводятся из установки. Для вывода сивушных спиртов и масел предусмотрен боковой погон из ЭК 1, отбираемый из паровой фазы с 5-6-й тарелки. В нижнюю часть эпюрационной колонны 2 (ЭК 2) подается греющий пар. На линии подачи эпюрата, выходящего из ЭК 1 установлен смеситель 11, в который подается гидроселекционная вода для улучшения условий выделения головных и промежуточных примесей в ЭК 2. Это обеспечивает снижение их концентрации в эпюрате, выходящем из ЭК 2. Эпюрат из нижней части ЭК 2 подается в РК. Выделенные в ЭК 2 головные примеси, составляющие ЭАФ, пройдя дефлегматор 6 и конденсатор 7, сбрасываются в основной поток исходной ЭАФ. Ректификованный спирт отбирается с верхних тарелок РК, а из ее нижней части, с тарелок выше и ниже тарелки питания, отбираются фракции, обогащенные промежуточными и хвостовыми примесями. Снизу РК выводится лютер-ная вода, содержащая кислоты и хвостовые примеси. Непастеризованный спирт, отбираемый из конденсатора 9 РК, подается в основной поток исходной ЭАФ.
Определено оптимальное место подачи гидроселекционной воды. В ЭК 1 метанол хорошо отгоняется в ЭАК, а в ЭК 2 гидроселекция обеспечивает хорошее освобождение от примесей. В результате анализа предложенной схемы установлено, что содержание сивушных спиртов в ректификованном спирте превышает нормы ГОСТ. Исследуя профиль концентраций сивушных спиртов по высоте обеих колонн, обнаружили, что в ЭК 1 на тарелках имеются максимумы накопления сивушных спиртов и масел, не позволяющие получить требуемое качество ректификованного спирта. Поэтому целесообразно введение бокового отбора с этих тарелок. Параметры оптимизации технологического режима в ЭК 1 - расход острого пара, номер тарелки питания, количество отбора ЭАК и бокового погона. Внимание к последним связано с тем, что любой отбор приводит к уменьшению выхода ректификованного спирта, но улучшает его качество. Параметрами оптимизации в ЭК 2 были: расход воды на гидроселекцию, расход острого пара, номера тарелок подачи гидроселекционной воды и питания. Функцией цели служил выход пастеризованного спирта, в качестве ограничения - требования к составу спирта. Обнаружено влияние величины рециркулирующего потока ЭАФ, отбираемого из ЭК 2 и направляемого в исходную ЭАФ, на количество примесей в этиловом ректификованном спирте. Величина рецикла как внутренний поток не влияет на выход спирта-ректификата в РК. Уве-
личение величины рецикла из ЭК 2 до 15% от потенциального содержания спирта в исходном сырье приводит к снижению концентрации головных, промежуточных, хвостовых и концевых примесей в ректификованном спирте, что позволило спирт из марки «высшей очистки» перевести в спирт марки Экстра.
На разработанную установку получен патент на полезную модель [15].
ЛИТЕРАТУРА
1. Цыганков П.С., Цыганков С.П. Руководство по ректификации спирта. - М.: Пищепромиздат, 2001. - 400 с.
2. А.с. 309042, МПК С 12Б 1/06. Установка для выделения этилового спирта из эфироальдегидной фракции / П.С. Цыганков. -Опубл. в БИ. - 1971. - № 22.
3. А.с. 437806, М. Кл. С 12Б 1/06. Установка непрерывного действия для получения ректификованного спирта из эфироальде -гидной фракции / П.С. Цыганков, М.П. Малык - Опубл. в БИ. -1974. - № 28.
4. А.с. 441278, М. Кл. С 12Б 1/08. Установка для получе -ния ректификованного спирта из эфироальдегидной фракции / П.С. Цыганков, П.Л. Шиян, П.Я. Олейник. - Опубл. в БИ. - 1974. - № 32.
5. А.с. 496301, М. Кл. С 12Б 1/08. Установка для получе -ния ректификованного спирта из отгонов ликероводочных заводов / П.С. Цыганков, П.Л. Шиян. - Опубл. в БИ. - 1975. - № 47.
6. А.с. 457724, М. Кл. С 12Б 1/06. Установка непрерывного действия для получения ректификованного спирта из эфироальде -гидной фракции / П.С. Цыганков, П.Л. Шиян, П.Я. Олейник. -Опубл. в БИ. - 1975. - № 3.
7. А.с. 490818, М. Кл. С 12Б 1/08. Установка для выделе -ния ректификованного спирта из эфироальдегидной фракции / П.С. Цыганков, П.Л. Шиян. - Опубл. в БИ. - 1975. - № 41.
8. А.с. 501059, М. Кл.2 С 12Б 1/08. Установка для получения ректификованного спирта из эфироальдегидной фракции / П.С. Цыганков, П.Л. Шиян. - Опубл. в БИ. - 1976. -№ 4.
9. А.с. 582278, М. Кл.2 С 12Б 1/06, В 0Ю 3/00. Установка по извлечению этилового спирта из эфироальдегидной фракции / П.С. Цыганков, П.Л. Шиян, П.Я. Олейник и др. - Опубл. в БИ. -1977. - № 44.
10. А.с. 412251, М. Кл. С 12Б 1/06. Способ производства спирта ректификованного из фракций, загрязненных спиртовыми примесями / В.Г. Артюхов, П.В. Рудницкий, Г.К. Дроговоз и др. -Опубл. в БИ. - 1974. - № 3.
11. А.с. 485145, М. Кл. С 12Б 1/06. Способ получения ректификованного спирта из фракций спиртового производства / В.Г. Ар -тюхов, А. Г. Матюша, Г.К. Дроговоз и др. - Опубл. в БИ. - 1975. -№ 35.
12. А.с. 438685, М. Кл. С 12Б 1/06. Способ выделения пище -вого этилового спирта из эфироальдегидной фракции / Ю.П. Богда -нов, В. Л. Яровенко, Н.С. Терновский и др. - Опубл. в БИ. - 1974. -№ 29.
13. А.с. 1193159, Кл. С 12Б 1/06. Способ получения ректифи -кованного спирта из головной фракции / Ю.П. Богданов, Н.И. Гусе -ва, В.П. Алексеев и др. - Опубл. в БИ. - 1985. - № 43.
14. А.с. 1806181 СССР. Ректификационная установка для извлечения этилового спирта из головной фракции этанола / П.Л. Шиян, П.С. Цыганков и др. - Опубл. в БИ. - 1993. - № 12.
15. Пат. 46193 ЯИ. Установка непрерывного действия для получения ректификованного спирта из эфироальдегидной фракции / Т.Г. Короткова, Е.Н. Константинов, Т.А. Устюжанинова и др. -Опубл. в БИПМ. - 2005. - № 18.
Кафедра процессов и аппаратов пищевых производств
Поступила 01.11.05 г.
636.085.55.002.2
ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ СМЕШИВАНИЯ МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ СМЕСЕЙ
A.А. ШЕВЦОВ, Л.И. ЛЫТКИНА, О.П. КОЛОМНИКОВА,
B.В. ЕРЕМЧЕНКО
Воронежская государственная технологическая академия
Производство комбикормов требует особой точности дозирования компонентов и однородности их смешивания, что достигается правильным подбором и компоновкой оборудования при строгом соблюдении технологического регламента [1].
В настоящее время широко используются модульно-блочные технологии, позволяющие получать высококачественные комбикорма различного ассортимента с использованием большого количества компонентов в любом соотношении с допустимой погрешностью. Одним из основных модульных блоков является дози-рующе-смесительный, который должен обеспечивать оперативную перестройку и автоматическое управление процессами дозирования и смешивания [2].
В работе предлагается алгоритм управления процессом смешивания по оперативной информации, получаемой непосредственно с датчиков, с воздействием на расходы исходного сырья в условиях случайных возмущений, связанных с возможным изменением со-
става подаваемых сыпучих и жидких компонентов. Функционирование системы управления процессом смешивания многокомпонентных смесей поясняется схемой (рисунок).
