Технология производства биоэтанола и абсолютного спирта для пищевой и медицинской промышленности Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

DEVELOPMENT ANALOG STRUCTURE FOR THE PURPOSE OF EMULSION PUMPKIN NECTARS

T.V. PARFENOVA, E.G. NOVITSKAYA, M.A. LENTSOVA, G.S. SMITSKAYA

Pacific State University of Economics,

19, Oceanic av., Vladivostok, 690091; ph./fax: (4232) 43-40-89, e-mail: aspnovit@mail.ru

Development analog structure and moderate experiment with target study action primary and backing ingredients at the spalling structure. In the analog structure are vary of the ratio pumpkin, thermic leachate, vegetable oil, karraginan, sugar syrup, juice wild-growing berries.

Key words: modeling system, karraginan, emulsion, emulsion pumpkin nectar, dispersed phase, dispersion medium.

663.551.4

ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА БИОЭТАНОЛА И АБСОЛЮТНОГО СПИРТА ДЛЯ ПИЩЕВОЙ И МЕДИЦИНСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Е.В. ЧЕРЕПОВ \ A.B. ЛОБОДА2, Т.Г. КОРОТКОВА2

1 Майкопский государственный технологический университет,

352700, г. Майкоп, ул. Первомайская, 191; электронная почта:popova@maykop.ru 2 Кубанский государственный технологический университет,

350072, г. Краснодар, ул. Московская, 2; электронная почта: intrel@kubstu.ru

Рассмотрены преимущества получения абсолютного спирта с использованием биоэтанола, произведенного путем совместной ректификации спиртовых смесей и гексановой фракции. Разработана технологическая схема получения абсолютного спирта и бензанола и определен режим ее работы.

Ключевые слова: абсолютный спирт, бензанол, технологическая схема, математическое моделирование.

Абсолютный спирт, получаемый азеотропной ректификацией с бензолом, используется в основном для технических целей. Бензол - вещество, чрезвычайно вредное для здоровья человека. Он накапливается в спинном мозге, что в конечном счете приводит к раку крови. В этой связи целесообразно заменить бензол на растворитель, используемый при переработке растительного сырья. Это обусловлено также тем, что абсолютный спирт применяется в фармацевтической и пищевой отраслях. Отечественная промышленность не имеет опыта работы по такой технологии. Однако в литературе имеется упоминание о возможности использования бензина при получении абсолютного спирта [1].

В известном методе бензол используется как компонент, вызывающий расслаивание спиртоводной смеси и образующий тройной гетероазеотроп с повышенным содержанием воды. На первом этапе по ранее разработанной методике [2] определяли состав тройного гете-роазеотропа смеси этанол-гексан-вода при давлении 101,31 кПа (табл. 1). Для описания фазового равновесия использовали метод ККТЬ. Было показано, что для смесей, содержащих углеводороды, метод ККТЬ хорошо прогнозирует равновесие в расслаивающихся смесях практически нерастворимых друг в друге компонентов [3]. Гетероазеотроп, найденный по результатам моделирования, имеет следующий состав, % мас.: этанол - 17,124, вода - 3,373, к-гексан - 79,503, что составляет в % мол.: этанол - 25,09, вода - 12,638, к-гексан - 62,272. Температура кипения гетероазеотропа 57,223°С. Полученные расчетным путем составы азео-тропов удовлетворительно согласуются с известными

экспериментальными данными [4], особенно если учесть, что при экспериментальном определении состава гетероазеотропа наблюдается большой разброс данных (табл. 1).

В работе [2] приведены составы азеотропов смеси этанол-бензол-вода при давлении 101,31 кПа. Расчетный гетероазеотроп этой смеси имел следующий состав, % мас.: этанол - 21,675, вода - 5,852, бензол -72,473; температура кипения 63,291°С.

Из сравнения этих данных видно, что гетероазеотроп с к-гексаном характеризуется меньшим содержанием этанола и воды, чем гетероазеотроп с бензолом, а концентрация углеводородного компонента выше в ге-тероазеотропе с к-гексаном: 79,503% мас. вместо 72,473 и т. д. В целом из приведенных данных следует, что к-гексан можно использовать для производства абсолютного спирта. Однако расход к-гексана будет выше, чем бензола, а выход абсолютного спирта меньше, чем по бензольному методу. Эти недостатки нивелируются тем, что к-гексан практически безвреден для здоровья человека и, кроме того, может использоваться в качестве добавки к бензанолу, что позволяет реализовать совместное производство двух продуктов бензанола и абсолютного спирта и технологическую схему ректификации без рециклов, что невозможно при азео-тропной ректификации с бензолом. Наконец, имеется возможность использовать преимущества совместной ректификации спиртовых и углеводородных смесей в схеме брагоректификационной установки [5], в результате которой получается заазеотропное соотношение спирта к воде в дистилляте ректификационной колон-

Таблица 1

Компоненты

Экспериментальные данные [4]

Состав азеотропа, % мас. Температура кипения, °С Тип азео-тропа

этанол вода н-гексан

95,57 4,43 78,1-78,15 Гом.

96-95,9 4,0-4,1 78,17-78,2

90% мол. 10% мол. 78

- - - 61,55-61,60 Гетер.

5,6 94,4 61,6

20,8-21,0 79,2-79,0 58,0-58,7 Гом.

33,4-34,1% мол. 66,6-65,9% мол. 58,4-58,5

12,0 3,0 85,0 56,0 Гетер.

18,7 3,0 78,3 56,4-56,6

27,4% мол. 11,2% мол. 61,4% мол. 56,4

Расчетные данные по NRTL

азеотропа, % мас. Температура кипения, °С Тип азео-тропа

вода н-гексан

3,346 78,076 Гом.

5,39 94,61 61,856 Гетер.

76,135 59,19 Гом.

3,373 79,503 57,223 Гетер.

Этанол-вода

н-Гексан-вода

Этанол-н-гексан

Этанол-н-гек-

сан-вода

ны, что приводит к снижению затрат на обезвоживание.

Цель настоящей статьи - разработка моделей технологических схем получения абсолютного спирта из ректификованного спирта концентрацией 96,5% об. и из биоэтанола, а также производства двух продуктов -абсолютного спирта и бензанола - из биоэтанола, полученного совместной ректификацией спиртовой смеси и углеводородного растворителя. В качестве последнего предложено использовать экстракционный бензин, представляющий собой гексановую фракцию. Разработанные модели использовались для определения технологических режимов указанных установок.

На первом этапе исследовали работу дегидратаци-онной колонны. Определены оптимальные показатели ее работы (табл. 1). Из 78 м3 ректификованного спирта и 78,4 м3 гексановой фракции получено 60 м3 абсолютного спирта в виде нижнего продукта колонны. Дистиллят в количестве 96,4 м3 имел состав, близкий к тройному гетероазеотропу (в % мас.: этанол - 18,8, вода - 3,5, к-гексан - 77,7). Из-за высокого содержания воды, которую необходимо вывести из технологического цикла, дистиллят не может быть использован непосредственно для производства бензанола. В качестве оптимального принят вариант отделения воды в спиртовой колонне после расслаивания и разделения дистиллята в декантаторе при 57°С на две жидкие фазы. Целесообразность разделения обусловлена тем, что полученная легкая фаза является практически безвод-

Гексановый спой

96,654

23,865

17,124

Гексановая

Фракция^

Ректификованный спирт 96,5 % об.

Глухой пар

Дистиллят Д

>5

-65-

ДК

-50-

Гексановая« фракция л

W..... §

Ш

I

5 с О

Спирто-водно-гексановая смесь

-80-

СК

СМ

■16-

I

Бензин,

■Глухой пар —►Лютер

Абсолютный спирт

*Бен-

занол

ной (содержание воды в ней составляет 0,08% об.) и может непосредственно использоваться для добавки в бензанол, а тяжелая фаза содержит около 18% об. воды, которая выводится из спиртовой колонны с кубовым остатком. Блок-схема математической модели установки получения абсолютного спирта и бензанола из ректификованного спирта приведена на рис. 1.

Блок-схема содержит модули дегидратационной колонны (ДК), спиртовой колонны (СК), декантатора (Д) (сепаратора), смесителя (СМ). Модуль ДК дополнительно включает дефлегматор и конденсатор, модуль СК - конденсатор. В обоих модулях используется математическая модель колонны с закрытым обогревом. При варианте полного использования полученного абсолютного спирта в качестве добавки в бензанол произведено 755 м3 бензанола с содержанием влаги 0,104% об.

Технологический режим работы установки получения бензанола:

Рис. 1

Число тарелок, шт. 65

Тарелка питания ректификованного спирта 50

Тарелка питания гексановой фракции 50 и 65

Расход ректификованного спирта, м3/сут 78

Крепость ректификованного спирта, % об. 96,5

Температура верха колонны, °С 57,5-58

Температура на тарелке питания ректификованно-

го спирта, °С 78,5

Температура внизу колонны, °С 82,5

Давление внизу колонны, МПа 0,12

Крепость абсолютного спирта, % об. 99,5

Флегмовое число 40

Выход абсолютного спирта, м3/сут 60

Спиртовая колонна

Число тарелок, шт. 80

Тарелка питания 16

Флегмовое число 5

Расход дистиллята, м3/сут 13,6

Концентрация этанола в спиртоводном слое, % об. 74,7-74,9

Температура верха колонны, °С 67-67,5

Температура на тарелке питания, °С 81,5-82

этанол

Температура внизу колонны, °С 105

Давление внизу колонны, МПа 0,12

Концентрация этанола в лютере, % об. 0,01

Концентрация этанола в спиртоводно-гексановой

смеси, % об. 85-85,5

Результаты проведенного исследования свидетельствуют, что при снижении производительности установки по бензанолу будет получен дополнительно в качестве продукта абсолютный спирт крепостью 99,5% об. Содержание компонентов гексановой фракции в нем бесконечно мало и составляет 3 • 10-25 мг/дм3, т. е. продукт безопасен для здоровья человека.

Повышения выхода абсолютного спирта и его крепости можно достичь при использовании разработанной ранее технологии получения биоэтанола путем совместной ректификации спиртовых и углеводородных смесей на брагоректификационной установке [5].

Блок-схема математической модели установки получения абсолютного спирта и бензанола из биоэтанола (рис. 2) содержит модули, аналогичные приведенным на рис. 1, и дополнительно модуль ректификационной колонны (РК). РК и ДК снабжены дефлегматорами и конденсаторами. СК снабжена полным конденсатором. Бражной дистиллят поступает на 16-ю тарелку 80-тарельчатой РК. На 80-ю тарелку РК подается гекса-новая фракция. ФСМ выводится из паровой фазы с 4-й тарелки РК, конденсируется и поступает в сепаратор. В сепараторе ФСМ расслаивается на два слоя: верхний (гексановый) и нижний (водный). Гексановый слой подается в смеситель, а водный рециркулируется в схему брагоректификации. Дистиллят РК с соотношением между количеством воды и этанола, равным 2,8/97,2 м3/м3, поступает на 50-ю тарелку ДК, содержащую 65 тарелок. Сверху ДК отгоняется тройная азеотропная смесь, а снизу отводится абсолютный спирт, который частично отбирают в виде готового продукта, оставшаяся часть подается в СМ. Азеотропная смесь после охлаждения в конденсаторе расслаивается в Д. Верхний гексановый слой подается в СМ, а нижний слой, состоящий в основном из спирта и воды, поступает в 80-тарельчатую СК, в которой укрепляется и в виде спирто-гексановой смеси подается в СМ. Снизу СК выводится лютерная вода.

Технологический режим работы установки получения абсолютного спирта и бензанола из биоэтанола:

Гексановый слой

Ректификационная колонна

Число тарелок, шт.

Тарелка питания бражного дистиллята Крепость бражного дистиллята, % об.

Тарелка питания гексановой фракции Концентрация воды в биоэтаноле, % об. Температура вверху колонны, °С Температура на тарелке питания бражного дистиллята, °С

Температура внизу колонны, °С Давление внизу колонны, МПа Дегидратационная колонна Число тарелок, шт.

Тарелка питания ректификованного спирта

80

16

40-45

80

2,8

59,5

87,5-88

107

0,13

65

50

Гексановая|

фракция

-16-

Гексановая|

фракция

Бражной дистиллят —> Глухой Ь пар

Лютер 4 I

Подси вушная вода в передаточный чан ^

Дистиллят РК,

Гексанова^

фракция

Глухой пар

ФСМ

Спирто-гексановая

смесь

■80

СК

-16-

ПГ

Бензин 1

-Глухой пар

~ 1 ► Лютер

Абсолютный спирт_________

Сивушное масло

СМ|_^бєн_ занол

Рис. 2

Тарелка питания гексановой фракции Температура вверху колонны, °С Температура на тарелке питания биоэтанола, °С Температура внизу колонны, °С Давление внизу колонны, МПа Крепость абсолютного спирта, % об.

Спиртовая колонна

Число тарелок, шт.

Тарелка питания

Концентрация этанола в спиртоводном слое, % об. Температура вверху колонны, °С Температура на тарелке питания, °С Температура внизу колонны, °С Давление внизу колонны, МПа Концентрация этанола в лютере, % об. Концентрация этанола в спиртогексановой смеси, % об.

50,65

57-58

78,5-78,7

82,5

0,12

99,7

80

16

74,7-74,9

67-67,5

81,5-82

105

0,12

0,01

85-85,5

В схемах на рис. 1, 2 содержание воды в бензаноле составляет 0,1% об., оно не должно превышать 0,2% об., что является важным показателем его стабильности. Отличием технологической схемы установки получения двух продуктов абсолютного спирта и бензанола из биоэтанола является то, что часть абсолютного спирта отбирается в качестве готового продукта, а оставшаяся часть подается на смешение. Абсолютный спирт имеет крепость 99,7% об. Он не содержит микропримесей бензола, а содержание компонентов гексановой фракции в нем составляет 9 • 10-25% об., т. е. продукт безопасен для здоровья человека.

выводы

1. Показана целесообразность использования гек-сановой фракции вместо бензола при получении абсолютного спирта.

2. Установлены преимущества получения абсолютного спирта из биоэтанола, произведенного путем совместной ректификации спиртовых и углеводородных смесей.

3. Исключены рецикловые потоки, присущие азео-тропной ректификации с бензолом, за счет получения в одной технологической схеме двух продуктов: абсолютного спирта и бензанола.

4. Обеспечена безопасность для здоровья человека получаемого абсолютного спирта.

ЛИТЕРАТУРА

1. Цыганков П.С. Ректификационные установки спиртовой промышленности: расчет, анализ работы, эксплуатация. - М.:

Легкая и пищевая пром-сть, 1984. - 336 с.

2. Короткова Т.Г. Основы межфазного равновесия и моделирования разделения спиртово-углеводородных смесей с двойными и тройными азеотропами // Изв. вузов. Пищевая технология. -2010. - № 4. - С. 77-81.

3. Константинов Е.Н., Короткова Т.Г., Ачегу З.А., Кик-надзе А.В. Специфика термодинамического анализа и моделирова-

PRODUCTION TECHNOLOGY BIOETHANOL AND ABSOLUTE ALCOHOL FOR FOOD AND MEDICAL INDUSTRY

E.V. CHEREPOV1, A.V. LOBODA2, T.G. KOROTKOVA2

1 Maikop State Technological University,

191, Pervomaiskaya st., Maikop, 352700; e-mail:popova@maykop.ru 2Kuban State Technological University,

2, Moskovskaya st., Krasnodar, 350072; e-mail: intrel@kubstu.ru

The advantages of obtaining absolute alcohol with the use of bioethanol produced by co-distillation of alcohol mixtures and

hexane fractions. The technological scheme of obtaining the absolute alcohol and benzanol and define the mode of its work.

Key words: absolute alcohol, benzanol, technological scheme, mathematical modeling.

ния равновесия смесей практически нерастворимых друг в друге компонентов // Изв. вузов. Пищевая технология. - 2008. — № 4. -С. 96—98.

4. Огородников С.К., Лестева Т.М., Коган В.Б. Азео-тропные смеси. Справочник / Под ред. проф. В.Б. Когана. — Л.: Химия, 1971. — 848 с.

5. Ачегу З.А. Научное обоснование и разработка новой технологии получения биоэтанола: Дис. ... канд. техн. наук. — Краснодар: КубГТУ, 2010. — 150 с.

Поступила 16.07.10 г.

664.87; 663.94

КОМПЛЕКСНАЯ ОЦЕНКА КАЧЕСТВА СУХИХ КОНЦЕНТРАТОВ НАПИТКОВ

А.А. ЧУМАК, Г.М. ЗАЙКО, В.Н. МАМИН, Н.С. ГРИЦЕНКО, А.Г. ТЕТЕНЕВА

Кубанский государственный технологический университет,

350072, г. Краснодар, ул. Московская, 2; тел.: (861) 255-84-11, электронная почта: k-tpop@kubstu.ru

Исследованы свойства сухих и восстановленных концентратов напитков для определения качественных показателей. Определены насыпная масса продукта с уплотнением и без, сыпучесть, текучесть, дисперсионный состав, допустимые сроки хранения. Исследованы процессы растворения и восстановления сухих порошков.

Ключевые слова: сухие концентраты, насыпная масса, сыпучесть, дисперсионный состав, сроки хранения, растворение и восстановление сухих порошков.

На кафедре технологии и организации питания КубГТУ разработаны рецептуры специализированных концентратов кофейных напитков для работников нефтяной промышленности на основе полученного порошка из корнеплодов с кофейным вкусом и ароматом, включающие лецитин, пектин, молочную сыворотку.

Рецептуры концентратов приведены в табл. 1 в расчете на разовую норму потребления: 10 г концентрата (Любимый - 12 г), разведенные в 150 мл воды.

Для определения качественных показателей были исследованы свойства как сухих, так и восстановленных концентратов напитков. Для каждого образца была

Таблица 1

Компонент рецептуры Содержание, г

Кофейный Оригинальный Терпкий Любимый Летний

Порошок из свеклы 6,0 4,0 2,6 2,5 -

Порошок из топинамбура - 2,0 1,0 1,0 -

Цикорий - - 3,0 2,0 -

Фруктовый порошок - - - - 3,5

Фруктоза - - 3,0 - -

Сахар 3,6 3,6 - 3,6 3,6

Молочная сыворотка - - - 2,5 2,5

Пектин 0,4 0,4 0,4 0,2 0,2

Лецитин «Витол» - - - 0,2 0,2

Витаминный премикс «Элевит С2» 0,0126 0,0126 0,0126 0,0126 0,0126

Итого 10 10 10 12 10