Введение к работе
1.1 Актуальность работы. В технологии получения пищевого спирта в последнее время стала весьма актуальной проблема глубокой очистки его от сивушных масел. Это связано, во-первых, с переходом на выпуск пищевого спирта марок «Экстра» и «Люкс» с обеспечением по ГОСТ Р 51652-2000 содержания в нем сивушных масел не более 6 мг/дм3. По сравнению с получением спирта «высшей очистки» потребовалось увеличить отборы вторичных продуктов сивушного спирта и фракции сивушных масел, что привело к снижению выхода спирта и повышению его себестоимости. Во-вторых, в настоящее время эта проблема встала более остро, так как к качеству пищевого спирта ликеро-водочными заводами предъявляются более жесткие требования, чем предусмотрено ГОСТ Р 51652-2000. Надежный сбыт имеет пищевой спирт, содержащий не более 2 мг/дм3 сивушных масел.
Для снижения содержания сивушных масел в пищевом спирте традиционно применяется отбор фракции сивушных масел (ФСМ) в сочетании с различными технологическими операциями выделения этанола и получения сивушного масла сепарацией, водной экстракцией и ректификацией в сивушной колонне. Технология сепарации и водной экстракции этанола глубоко изучена теоретически и практически на действующих спиртовых заводах, а сивушная колонна не нашла широкого применения в промышленности и требуется исследование эффективности ее работы. В связи с этим необходимо провести сравнение перечисленных технологических приемов, применяемых с целью совершенствования технологии очистки пищевого спирта от сивушных масел. Эффективным методом решения этой задачи является математическое моделирование. В сивушной колонне протекают одновременно процессы массопередачи в системе «пар – жидкость» и расслаивания на две жидкие фазы в системе «жидкость – жидкость». Это затрудняет её моделирование и выбор единых параметров модели фазового равновесия.
При обеспечении глубокой очистки пищевого спирта от сивушных масел актуальным остается повышение выхода спирта и снижение его себестоимости.
Диссертационная работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований и региональных инвесторов в рамках ГРАНТа РФФИ «Обоснование термодинамических основ и разработка новых технологических способов переработки водно-спиртовых и углеводородных смесей с оптимальными параметрами получения биотоплива» (проект № 08.08.99134).
1.2 Цель исследований. Целью настоящей работы явилось совершенствование технологии глубокой очистки пищевого спирта от сивушных масел.
1.3 Основные задачи исследований. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
обследовать технологические схемы спиртзаводов ОАО АПФ «Фанагория», ООО «КХ Восход» и ООО «Хуторок-2», отличающиеся технологическими приемами выделения и переработки сивушных масел и выполнить их анализ;
исследовать распределение компонентов сивушного масла и этанола между основными и вторичными продуктами брагоректификации;
экспериментально исследовать и обобщить данные по расслаиванию модельных жидких смесей на равновесные фазы в смесях, содержащих этанол, н-пропанол, изобутанол, изоамилол и воду;
экспериментально исследовать жидкостную экстракцию этанола водой из реальных смесей «этанол – сивушное масло – вода» и проверить уточненные параметры парного взаимодействия, полученные при исследовании фазового равновесия модельных смесей;
определить влияние места отбора ФСМ и расхода воды, подаваемой в экстрактор сивушного масла, на выход ректификованного спирта и сивушного масла;
разработать математическую модель сивушной колонны как сложной технологической системы с обратными связями;
исследовать влияние места отбора ФСМ, подаваемой в сивушную колонну, на выход ректификованного спирта и сивушного масла;
выполнить математическое моделирование технологических операций сепарации, водной экстракции и ректификации в сивушной колонне фракций сивушных масел на обследованных спиртзаводах, сравнить и проанализировать их технико-экономические показатели и выбрать наиболее экономически эффективную технологическую операцию;
усовершенствовать технологию глубокой очистки пищевого спирта от сивушных масел и разработать технологическую схему брагоректификационной установки (БРУ) получения пищевого спирта и изоамилола и апробировать ее на одном из спиртзаводов;
выполнить технико-экономическое обоснование и разработать дополнения к действующей технологической инструкции БРУ по глубокой очистке пищевого спирта от сивушных масел.
1.4 Научная новизна. Научно обоснована технология глубокой очистки пищевого спирта от сивушных масел. Определены энергетические параметры бинарного взаимодействия между основными компонентами сивушного масла: н-пропанолом, изобутанолом, изоамилолом, этанолом и водой, которые подтверждены путем экспериментального исследования расслаивания реальных смесей. Разработана математическая модель сивушной колонны, которая использована при разработке технологической схемы и технологического режима БРУ, обеспечивающих высокий выход и глубокую очистку спирта от сивушных масел. Новизна технических решений подтверждена патентами РФ на полезную модель № 92862 «Установка непрерывного действия для получения ректификованного спирта и сивушного масла» (2010 г.) и № 92807 «Установка непрерывного действия для получения бензанола и изоамилола» (2010 г.).
1.5 Практическая значимость. Усовершенствована технология очистки пищевого спирта от сивушных масел. Получен пищевой спирт с содержанием сивушных масел 1,44 мг/дм3. Разработана технологическая схема и режим ее работы, обеспечивающие максимальный выход и качество ректификованного спирта и сивушного масла. Разработанная технология глубокой очистки пищевого спирта обеспечивает выработку дополнительной товарной продукции для установки производительностью 2805 дал в сутки абсолютного алкоголя с экономическим эффектом в размере 7 млн. руб. в год. Результаты работы внедрены на предприятии ООО «КХ Восход» г. Майкопа.
1.6 Реализация результатов исследования. Рекомендации по технологии глубокой очистки пищевого спирта апробированы на ООО «КХ Восход», получен пищевой ректификованный спирт с содержанием сивушных масел 1,44 мг/дм3, что ниже содержания, предусмотренного ГОСТ Р 51652-2000.
1.7 Апробация работы. Основные положения диссертации доложены, обсуждены и одобрены на Всероссийской научно-практической конференции аспирантов, соискателей и докторантов (г. Майкоп, 2008 г.); на одиннадцатой международной научно-практической конференции «Современные проблемы техники и технологии пищевых производств» (г. Барнаул, 2008 г.); на XXXVI научной конференции студентов и молодых ученых вузов Южного федерального округа, посвященной 40-летнему юбилею Кубанского государственного университета физической культуры, спорта и туризма (г. Краснодар, 2009 г.); на Третьей Всероссийской научно-практической конференции «Современное состояние и перспективы развития пищевой промышленности и общественного питания» (г. Челябинск, 2009 г.), на международной научно-практической конференции «Комплексное использование биоресурсов: малоотходные технологии» (г. Краснодар, 2010 г.); на XXXVII научной конференции студентов и молодых ученых вузов Южного федерального округа, посвященной 40-летнему юбилею Кубанского государственного университета физической культуры, спорта и туризма (г. Краснодар, 2010 г.); на XI международной конференции молодых ученых «Пищевые технологии и биотехнологии» (г. Казань, 2010 г.).
1.8 Публикация результатов исследования. По материалам диссертации опубликовано 16 работ, в том числе 6 статей в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК РФ, получено 2 патента РФ на полезные модели.
1.9 Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, обзора научно-технической и патентной литературы, основной части, выводов, списка использованной литературы и приложения. Основной текст диссертации изложен на 182 страницах компьютерного текста, содержит 32 рисунка и 28 таблиц. Список использованной литературы включает 129 наименований, из них 20 - зарубежных авторов.
