CC BY
34
Сиюхов ХР.> Артамонова В.В., Артамонов А.М., МГТУ, г. Майкоп
СРАВНЕНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРИЁМОВ ОБРАБОТКИ
СИВУШНЫХ МАСЕЛ СПИРТОВОЙ КОЛОННЫ
В данной статье раскрывается методика математическом моделирования и проведен выбор наиболее эффективных Мест отбора фракции сивушных масел, ее расхода, расхода экстракционной воды, а также сравнена схем с одноступенчатой, многоступенчатой и про-тиеоточной экстракции.
На спиртовых, заводах Российской Федерации, вырабатывающих ректифи ко ванный спирт высших марок, к которым относятся марки «Экстра» к «Люкс», с нижних тарелок спиртовой колонны производят отбор сивушной фракции в паровой фазе. После конденсации из нее выделяют сивушное масло, используя различные технологические приёмы. При отсутствии сивушной колонны эгги приёмы сводятся к: экстракции спирт» водой в одноступенчатом аппарате, который является одновременно сепаратором системы жидкость - жидкость, и к возврату тяжёлой фазы (подснвушной воды), содержащей спирт, в технологический цикл.
В настоящее время намечаются изменения в сырьевой базе спиртовых заводов с расширением использования сорго. Сорго — культура с огромными потенциальными возможностями по урожайности, универсальности использования, качеству продукции. К тому же среди культур полевого земледелия ей нет равных по устойчивости к засухе и жаростойкости. Перспективы возделывания сорго сахарною и внедрения технологий его переработки, разработанных мировой наукой, довольно серьезные. Выход спирта с одного гектара посевов сорго в 5 раз превышает аналогичный показатель для свёклы. Высокая урожайность сорго предопределяет низкую себестоимость произведенного из него спирта. Переход на его переработку приведет к изменению состава сырья спиртовых заводов. В случае изменения состава сырья или режима процесса брожения проводится переналадка работы
спиртовой колонны путём изменения мест отбора и расхода фракции сивушных масел, а также расхода воды, нсиользуемод в качестве экстрагента. Г1ри этом необходимо обеспечить требуемое качество ректификованного спирта и сивушного масла, а также максимальный выход спирта. В процессе наладки получают некондиционные спирт и сивушное масло, а зачастую требуется привлечение специалистов' высокой квалификации. Решение задачи можно ускорить* используя методы математического моделирования.
В настоящей работе методами математического моделирования проведен выбор наиболее эффективных мест отбора фракции сивушных масел, её расхода,, расхода экстракционной воды, а также сравнение схем е одноступенчатой, многоступенчатой и противоточной экстракцией. Для анализа нринята технологическая схема брагоректификационной установки косвенного действия, в которой предусмотрена рециркуляция подсивушной воды в эпюрационную колонну. Использованы разработанные ранее математические модели технологической схемы [1-3], сепарации спиртовых систем жидкость - жидкость (2, 3] и вновь разработанные нами с использованием результатов работ [2. 3]:модели многоступенчатой, а также противоточной экстракции.
Модель экстракции включает подпрограмму смешения поступающих на ступень много-компонентных жидких потоков лёгкой и тяжёлой фаз. и подпрограмму расслаивания смеси сивушной фракции с водой (2, 3| на две жидкйе фазы. Управляющая программа организует последовательность расчета с учетом лротивоточного движения потоков и реализует релаксационный метод обеспечения сходимости вычислений «от тарелки к тарелке».
Согласно технологической схеме бражка подается в подогреватель бражки, где нагревается до температуры 85-90 ОС Нагретая бражка поступает в сепаратор диокседа углерода для отделения С02 от бражки. Отсепарированная бражка поступает на верхнюю тарелку бражиой колонны, содержащей 40 тарелок. Снизу виражную колонну подается острый пар. Барда выводится из нижней части бражиой колонны;: а пары, обогащенные этанолом, альдегидами, эфирами, высшими спиртами, кислотами и другими спиртовыми примесями поступают в конденсатор бражиой колонны. Бралаюй конденсат поступает на питательную 25 тарелку эпюрационкой колонны, содержащей 40 тарелок. Эиюрационная колонну обогревается острым паром. По выходе из эпюрационной колонны пары, содержащие летучие примеси, пройдя дефлегматор и конденсатор, состоящие из эфиров, альдегидов, метанола и растворимых в них летучих веществ, в виде эфиро-альдегшшой фракции выводятся из установки. Эттюрат. освобожденный от основной массы головных примесей, подастся на питательную 16 тарелку спиртовой колонны, содержащей 80 тарелок. В низ спиртовой колонны подается острый пар. Непастеризованный спирт, отбираемый из конденсатора спиртовой колонны, сбрасывается па верхнюю тарелку эпюрационной колонны. Сивушный спирт, отбираемый из спиртовой колонны с 22 тарелки выводится из усгановка. Сивушная фракция, отбираемая из паровой фазы с нижних тарелок спиртовой колонны, пройдя конденсатор, поступает в сепаратор для расслаивания сивушной фракции, где разделяется на сивушное масло (верхний слой) и подсивушную.воду (нижний слой). В сепаратор предусмотрена подача воды. Ректификованный спирт отбирается с верхних тарелок ректификационной колонны, а из ее нижней Части выводжея лютер, содержащий кислоты и хвостовые примеси. Полей вушная фракция рециркулируется на верхнюю тарелку эпюрационной колонны.
Расчёты проведены Для условного количества бражного дистиллята 10 м‘ крепостью 40 % об. Его .покомпонентный состав принят по данным обследования спиртоцеха ОАО АПФ «Фанагория».
В результате расчетов установлено, что; с увеличением расхода воды в сепаратор улучшаются показатели работы технологической схемы работы брагоре!штфикационной установки в целом, достигается максимальный выход спирта. Как видно из таблицы^1 выход спирта составляет 96,3-96,75 %,. Максимальная величина.выхода спирта .96.75 % получена при отборе сивушкой фракции из паровой фазы с 4 и.6 тарелок в количестве 0,06 м3.с каждой тарелки. В таблице приведено также качество получаемого сивушного, масла. Сивушное масло, отвечающее требованиям специализированного завода по его переработке, получается герй отбору сивушной фракции с 4-6 тарелки. Именно этот вариант и рекомендуемся для реализаций на спиртовом заводе.
Для анализа влияния величины отбора сивушной фракции.на показатели работы установки при расходе вода в сепаратор 0;1- м3/сут были проведены расчеты при снижении величины отбора с 6 гарелки от 0,12 до 0,055 у*/суг,: Показатели, отвечающиетребованиям к сивушному; маслу, достигаются при низких его отборах. т:е. при 0,06. й 0^0255 х^/сут, где содержание этанола в сивушном масле соответственно 7 И 5,7 об. %. Режим с отборам 0ДО5 м^сут нельзя рекомендовать для реаль-
ных производственных условий, гак как дальнейшее снижение величины отбора приводит к возникновению в спиртовой колонне нестационарного режима и как следствие нарушению технологического режима спиртовой колонны и получению спирта, не отвечающего требованиям ГОСТ.
Оптимальному месту и величине отбора фракции сивушного масла отвечает следующий технологический режим установки: давление низа эпюрационной колонны 0,118 МПа, температура низа 89,1 УСР давление низа спиртовой колонны 0,128 МПа, температура низа 106 С. температура верха спиртовой колонны 78,9 *С, температура на 16 тарелке (питательной) 87.2 °С, температура .на тарелках отбора 4 - 93 °С, 6-91 °С. Обогрев спирговой колонны осуществлялся с помощью глухого и острого пара. Содержание спирта в лютерной воде поддерживалось в соответствии с нормами 0,015 об. %. Количество ректификованного спирта составляло в среднем 4 м3/сут крепостью 96,35 об. %. Содержание примесей удовлетворяло требованиям ГОСТ; метанола - 0,03 об.%, 2-пропанола - мснсс 2 мг/л.
Таллина
Номер тарелки отбора 4-6 отбор по 0,06 м 7с у т с каждой тарелки. ! 6 Отбор 0,12 м3/сут
Расход воды в сепаратор. м7суг 0 0,02 1 0,04 0,1* 0 0,02 0,04 0,1*
Количество спирта-і ректификата, м7сут 4,01 4,014 4.015 г 4,018 3,9974 4,0019 4Т0049 4,01
Выход спирта, % 96,64 • 96.67 96,70. 96,7.5* 96,29 96,40 96,47 96,59
Крепость. об.% 96,331 96,328 96,326 96,320 96,357 96,354 96,352 96,346
Метанол, об.% 0.029 0,029 0,029 0,030 0,029 0,029 0,029 0,030
2-пропано л, об.% 1,293 1,294 1,295 1,296 1,2788 1,2805 1,2817 1,2840
Сивушное масло
Количество, м /сут 0,0315 0,0299 1 0,0288 0,0266 0,0522 0,0453 0.0412 0.0347
Этанол, об.% 14,759 12,70 11,09 7.83* 30,32 26,83 [23,95 17,73
Вода, об.% 22,126 21,50 21,06 20,29 28.75 г 26,40 24,94 /2,52
Сивушное масло, об.% 63,115 65,80 67,85 [71,88 40,93 46,77 51,11 59.75
Расход водь] в сепаратор» м7сут 0 0,02 0.04 ОД* 0 0,05 0,1 0,15
Количество спирта-ректификата,. м?/сут 4,0015 4,0049 4,0073 4,0118 і не расслаивается 3,9945 4,003 4,008
Выход спирта, % 96,39 96,47 96,52. 96,63 . 96,23 96,44 96,55
Крепость, об.% 96.353 96,350 96,348 96,342 і 96,36 96,33 96,32
Метанол, о6.% 0,029 0,029 0.029 ✓ 0,030 0,0296 0,03. 0,03 і
2-пропаноя, об.% 1,2805 1,2821 1,2832 1,2857
Сивушное масло
Количество, мУсут 0,045.8 0,0410 0,0379 0,0328 0.057 0,043 0,038
Этанол, об,% 27,10 23,81 21.12 . 15,46- 32,04 25,35 20,46
Вода, об.% 26,73 24,98 . 23,82 21,88- 30,08 25,76 23,71
Сивушное масло, об,% 46,17 51ч21. 55,06 62,66 . 37,88 48,89 55*83*
Сравнение одноступенчатой сепарации, Трехступенчатой сепарации и противоточной экстракцйи показало, что наибольший выход сивушного масла, наименьшая концентрация в нем этанола и воды обеспечивается протнвоточной экстракцией.
Литература:
К Литвинова Н.А. Математическое моделирование и, совершенствование процессов и систем брагоректификации. Дисс.... канд. техн. наук, 05.18,12,--Краснодар, 2006, КубГТУ.-165 с.
2. Мариненко О.В. Разработка и математическое моделирование системы разделения-нестандартных сивушных фракций брагоректификациониых установок: Дис, ... канд. техн. наук, 05Л 8Л2.-Краснодар, КубГТУ, 2006.- 124 с.
3. Чич С.К, Разработка новых технологических приёмов утилизации сивушных и подси-вушных фракций на брагоректификационных установках: Дис. ... канд. техн. наук, 05Л8.01.-Краснодар, КубГТУ, 2007.- 117 с.
