автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.01, диссертация на тему:Научное обоснование и разработка инновационных технологий пищевого спирта, абсолютированного этанола и биоэтанола

На правах рукописи

005533759

КОРОТКОВА Татьяна Германовна ^Ке^отхмба.

НАУЧНОЕ ОБОСНОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ИННОВАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ПИЩЕВОГО СПИРТА, АБСОЛЮТИРОВАННОГО ЭТАНОЛА И БИОЭТАНОЛА

05.18.01 — Технология обработки, хранения и переработки

злаковых, бобовых культур, крупяных продуктов, плодоовощной продукции и виноградарства 05.18.12 — Процессы и аппараты пищевых производств

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

2 6 СЕН 2013

Краснодар-2013

005533759

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный технологический университет» (ФГБОУ ВПО «КубГТУ»)

Научный консультант: Константинов Евгений Николаевич,

доктор технических наук, профессор

Официальные оппоненты: Агеева Наталья Михайловна,

доктор технических наук, профессор, заведующая лабораторией стабилизации, химии и микробиологии вина ГНУ «Северо-Кавказский зональный научно-исследовательский институт садоводства и виноградарства» Россельхозакадемии Шевцов Александр Анатольевич, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой технологии хранения и переработки зерна ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный университет инженерных технологий» Бредихин Сергей Алексеевич, доктор технических наук, профессор кафедры технологического оборудования пищевых предприятий ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет пищевых производств»

Ведущая организация: ГНУ «Краснодарский научно-

исследовательский институт хранения и переработки сельскохозяйственной продукции» Россельхозакадемии

Защита диссертации состоится 10 октября 2013 года в 13.00 час. на заседании диссертационного совета Д 212.100.05 в ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный технологический университет» по адресу: 350072, г. Краснодар, ул. Московская, 2, ауд. Г-248.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный технологический университет».

Автореферат разослан 9 сентября 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, канд. техн. наук, доцент

В.В. Гончар

1 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ 1.1 Актуальность проблемы. Спиртовое производство является ведущей отраслью пищевой промышленности Российской Федерации. В настоящее время перед спиртовой промышленностью встали новые задачи: во-первых, повышение качества пищевого спирта по сравнению с ГОСТ Р 51652-2000; во-вторых, соблюдение требований по экологическому развитию, «сокращению образования отходов, их вовлечению в повторный хозяйственный оборот посредством максимально полного использования исходного сырья и материалов» в соответствии с утвержденными 30.04.2012 г. президентом Российской Федерации «Основами государственной политики в области экологического развития Российской Федерации на период до 2030 года»; в-третьих, улучшение экономических показателей производства, и наконец, задача производства биоэтанола, абсолютированного и безводного этилового спирта. Спиртовое производство не удовлетворяет всему комплексу предъявляемых к нему требований, поэтому приостановлена работа многих спиртовых заводов России. Для решения перечисленных задач необходима разработка и внедрение инновационных технологий, усовершенствованных технологических схем и технологических режимов работы спиртового производства; повышение качества пищевого ректификованного спирта, биоэтанола, абсолютированного и безводного спирта; обеспечение более высокого выхода этанола от его потенциального содержания в бражке; минимизация количества вторичных продуктов, содержащих эфиры, альдегиды и сивушные спирты; переработка барды с получением сухих кормов, энерго- и ресурсосбережение. В связи с этим научное обоснование и разработка инновационных технологий получения пищевого спирта, абсолютированного, в том числе безводного этанола и биоэтанола является актуальной задачей.

В теорию и практику технологии и биотехнологии спирта, равновесия и массообмена, моделирования, структурную и параметрическую оптимизацию сложных химико-технологических систем (ХТС) большой вклад внесли отечественные и зарубежные ученые - В.Н. Стабников, П.С. Цыганков, С.Е. Харин, Ш. Марийе, JI.A. Серафимов, В.П. Мешалкин, С.Г. Дьяконов, E.H. Константинов, C.B. Востриков, H.H. Кулов, С. Уэйлес.

Диссертационная работа выполнялась при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований и региональных инвесторов в рамках ГРАНТов РФФИ, программ Минобразования РФ и х/д тем: ГРАНТ МО РФ

(1998-2000 гг.) «Разработка теории тепломассообмена в многокомпонентных смесях и ее интеграция с групповыми моделями паро-жидкостного равновесия в технологии переработки вторичного сырья пищевой промышленности» (№ гос. регистрации 01980009734); Федеральная научно-техническая программа Минобразования РФ (2001-2003 гг.) «Разработка теории фазового равновесия в системах «жидкость — капиллярнопористое тело», типичных для пищевого возобновляемого сырья» (№ гос. регистрации 01200103156); Федеральная научно-техническая программа Минобразования РФ (2003-2004 гг.) «Разработка высокоэффективной технологической схемы и оборудования для производства пищевого этилового спирта высшего качества» (№ гос. регистрации 01.2.00305371); х/д № 6.34.01.022005 (2005 г.) «Модернизация брагоректификационной установки косвенного действия, технологической схемы и технологического режима с целью получения этилового спирта ректификованного по ГОСТ Р 51652-2000 марки высшей очистки»; ГРАНТ РФФИ (2008-2009 гг.) «Обоснование и разработка новых технологических способов совместной переработки водно-спиртовых и углеводородных смесей с оптимальными параметрами получения биотоплива» (проект № 08-0899134); ГРАНТ РФФИ (2011-2012 гг.) «Обоснование и теоретическое обеспечение энергосберегающего, экологически безопасного производства из зернового сырья пищевого спирта глубокой очистки путем совмещения стадий разваривания и брагоректификации с выпариванием барды, использования инновационного квазистационарного процесса ректификации, совмещенного с тепловым насосом, и переработки сивушных масел с выделением многокомпонентного гетероа-зеотропа» (проект № 11-08-96507-р_юг_ц); проект, выполняемый КубГТУ в рамках государственного задания на оказание услуг (2013 г.) «Развитие технологий ресурсосбережения и снижения антропогенной нагрузки на окружающую среду в агропромышленном комплексе» (№ 7.8123.2013).

1.2 Цель и задачи исследований. Целью исследований явилось научное обоснование и разработка инновационных технологий пищевого спирта, абсолютированного, в том числе безводного этанола и биоэтанола.

В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:

— исследовать зерновое сырье, промежуточные и конечные продукты брагоректификации, а также вторичные продукты брагоректификации для производства пищевого ректификованного спирта, абсолютированного, в том числе безводного этанола и биоэтанола, выработанных на промышленных брагоректификаци-онных установках (БРУ);

— разработать математическую модель ректификации с учетом массопере-дачи в многокомпонентных спиртовых смесях;

— разработать инновационную технологию получения виноградного спирта путем фракционирования с последующим купажированием фракций и ее математическую модель;

— развить теоретические основы адсорбционного равновесия в системе «пар - жидкость - твердое тело» с использованием метода группового и локального состава;

— смоделировать и усовершенствовать процесс брожения при производстве пищевого спирта из продуктов помола зерна пшеницы;

— разработать и внедрить технологическую схему переработки эфиро-альдегидной фракции (ЭАФ);

— усовершенствовать технологию брагоректификации и модернизировать действующую БРУ малой мощности с целью повышения качества ректификованного спирта для крепления вин;

— научно обосновать инновационную технологию пищевого спирта с выходом этилового спирта 99,5 % и разработать математическую модель насадочной колонны периодического действия, выполнить ее конструктивный расчет;

— разработать энергосберегающую технологию совмещенного производства высококачественного пищевого спирта и кормовой сухой барды;

— научно обосновать и разработать инновационную технологию совмещенного производства абсолютированного спирта и биоэтанола путем совместной переработки спиртовых и углеводородных смесей;

— научно обосновать и разработать новую технологию получения безводного этилового спирта, не имеющую аналогов за рубежом;

— рассмотреть экологические аспекты разработанных технологий;

— выполнить апробацию, внедрение и технико-экономическое обоснование разработанных инновационных технологий и разработать технологические инструкции по производству спирта этилового ректификованного марки «Люкс» и кормовой сухой барды из зерна кукурузы, по производству спирта этилового абсолютированного, биоэтанола и безводного спирта.

1.3 Научная концепция диссертационной работы заключается в решении проблем повышения качества и выхода пищевого спирта, абсолютированного, в том числе безводного этанола и биоэтанола, обеспечения конкурентоспособности спиртового производства за счет использования инновационных технологических

и технических решений: переработай эфиро-альдегидной фракции в двухколонной установке; переработки вторичного сивушного спирта в насадочной колонне периодического действия; комплексной переработки вторичных продуктов бра-горектификации с достижением высокого выхода пищевого этилового спирта; получения абсолютированного этилового спирта повышенного качества, безводного этилового спирта и биоэтанола с применением методов сопряженного физического и математического моделирования процессов и сложных технологических систем, разработанной с использованием теории локального состава и групповых вкладов модели фазового равновесия в спиртовых системах «пар — жидкость — пористое твердое тело», а также структурной и параметрической оптимизации производства и его модернизацией.

1.4 Научная новизна. Разработана математическая модель ректификации спиртовых смесей, учитывающая перекрестные эффекты массопередачи в многокомпонентных смесях и эффективность тарелок по примесным компонентам, впервые использующая метод одновременной релаксации на тарелке и по колонне, обеспечивающий надежную сходимость вычислений и сокращение затрат машинного времени.

Научно обоснована технология повышения качества спирта, получаемого из сухих виноградных виноматериалов путем фракционирования виноградного спирта с последующим оптимальным купажированием полученных фракций. Разработана математическая модель технологического процесса периодической ректификации, предназначенная для прогнозирования состава фракций, получаемых при переработке сухих виноматериалов.

Развиты теоретические основы адсорбционного равновесия в системе «пар — жидкость — твердое тело» с использованием термодинамического и статистического подхода метода группового и локального состава. Разработана не имеющая аналогов поровая адсорбционная модель.

Разработана оригинальная математическая модель брожения сусла, приготовленного из продуктов тонкого помола зерна пшеницы, отличающаяся учетом влияния на биохимическую кинетику массообменных процессов в бродящей среде для системы «дрожжи — сусло — парогазовая смесь», межфазного равновесия в системе «сусло — дрожжи» и ингибирующего воздействия этанола.

С учетом требований в области экологического развития по сокращению отходов и вовлечению их в повторный хозяйственный оборот научно обоснована инновационная технология пищевого спирта с использованием дополни-

тельной насадочной колонны, с выходом этилового спирта 99,5 % от его потенциального содержания в бражке. Разработана математическая модель насадочной колонны, основанная на численном решении задачи нестационарной диффузии. Ожидаемый экономический эффект 20 млн руб./год в расчете на установку производительностью 3000 дал/сут. пищевого ректификованного спирта.

Научно обоснована энергосберегающая инновационная технология совмещенного производства высококачественного пищевого спирта и кормовой сухой барды из зерна кукурузы. Впервые разработан комплекс совмещенных и взаимосвязанных технологий разваривания, брагоректификации, выпаривания и сушки барды, обеспечивающий энергосбережение за счет комплекса технических и технологических мероприятий. Доказано, что удаление связанной влаги при сушке барды протекает по диффузионному механизму.

Научно обоснована инновационная технология совмещенного производства абсолютированного спирта и биоэтанола путем совместной переработки спиртовых и углеводородных смесей. Обоснован механизм снижения концентрации воды в биоэтаноле. Разработана методика расчета состава азеотропов и на ее основе обобщены экспериментальные данные по бинарным и тройным ге-тероазеотропам. Определены области разделения смеси «этанол-вода-н-гексан» на основе моделирования периодических процессов постепенной перегонки и идеальной ректификации. Разработана математическая модель постепенной перегонки расслаивающихся жидких систем с использованием метода численного интегрирования Эйлера.

Научно обоснована инновационная технология получения безводного этилового спирта, не имеющая аналогов за рубежом. Ожидаемый экономический эффект составляет 9 млн руб./год в расчете на установку производительностью 1000 дал/сут. безводного этанола по сравнению с технологией получения абсолютированного спирта повышенного качества и биоэтанола.

Новизна технологических и технических решений подтверждена 2 авторскими свидетельствами СССР на изобретения, 11 патентами РФ на полезные модели и 8 свидетельствами об официальной регистрации программы для ЭВМ.

1.5 Практическая значимость. Разработаны инновационные технологии пищевого спирта, абсолютированного, в том числе безводного Этанола и биоэтанола.

Разработана и внедрена установка малой мощности, позволившая получить эпюрат высокого качества для приготовления крепленых вин (акт внедрения ЗАО «ЮР-АН», 2000 г.). Реальный экономический эффект составил 112 тыс. руб. в год.

Из фракций виноградного спирта приготовлен напиток, обладающий характерным букетом и вкусом коньяка. Внедрены рекомендации по увеличению ассортимента коньячных спиртов (акты внедрения «Спиртзавод «Майкопский» 2006 г., ООО «Кубань Вино», 2008 г., ОАО АПФ «Фанагория», 2008 г.). Для установки производительностью 500 дал/сут. абсолютного алкоголя ожидаемая прибыль составляет 1335,3 тыс. руб. в год.

На базе разработанной поровой адсорбционной модели равновесия определены параметры межгруппового взаимодействия для процессов получения спирта, произведенного при сбраживании сахаросодержащего сырья; определены параметры двухзонной модели при переработке ЭАФ из зернового спирта; учтено равновесие в системе «спиртовые дрожжи — наружная жидкость» и его влияние на кинетику брожения. Практическую значимость подтверждает использование другими авторами поровой адсорбционной модели при совершенствовании экстракционного способа в системах: «масличный материал (подсолнечный лепесток и крупка, гранулы из семян клещевины) — экстракционный бензин», «свекловичная стружка - диффузионный сок», «мякоть тыквы — сахарный раствор», «пищевые фосфолипиды — ацетон», «спиртовые дрожжи — наружная жидкость».

Определены константы скоростей биохимической реакции сбраживания сырья из продуктов тонкого помола зерна пшеницы. Выполнено технико-экономическое обоснование, проведены производственные испытания (акт внедрения ЗАО АПК «Мичуринский», 2007 г.). Ожидаемый экономический эффект 15573,6 тыс. руб. в год.

Внедрены рекомендации по оптимальному технологическому режиму БРУ для выработки спирта «Экстра» на спиртзаводе «Майкопский» (акт внедрения 2005 г.).

Внедрены двухколонная схема переработки ЭАФ (акт внедрения спиртзавод «Майкопский», III квартал 2004 г.) и рекомендации по оптимальному технологическому режиму эпюрации (акт внедрения ОАО «Спиртзавод «Майкопский», Ш квартал 2005 г.).

Проведена модернизация БРУ косвенного действия (акт внедрения ОАО АПФ «Фанагория», II квартал 2005 г.), реконструкция эпюрационной и спиртовой колонн, изготовление и монтаж ситчатых тарелок и изменение обвязки колонн. Реальный экономический эффект от внедрения составил 240 тыс. руб. в год (акт внедрения ОАО АПФ «Фанагория», III квартал 2005 г.). Разработаны и внедрены технологическая схема и режим работы БРУ, выработан спирт этиловый ректификованный марки «Экстра». Реальный экономический эффект со-

ставил 1500 тыс. руб. в год (акт внедрения ОАО АПФ «Фанагория», IV квартал 2005 г.). Выполнено технико-экономическое обоснование ожидаемой годовой экономической эффективности производства этилового спирта для биотоплива.

Из зерна кукурузы по совмещенной технологии выработан пищевой ректификованный спирт марки «Люкс» повышенного качества крепостью 96,9 об. % с содержанием альдегидов 1,32 мг/дм3, сивушного масла 1,82 мг/дм3 и метанола 0,0078 об. % (акты внедрения «КХ Восход», 2009 г., 2012 г.). Выполнено технико-экономическое обоснование. Целесообразность использования полученной кормовой сухой барды подтверждена актами ГНУ «Северо-Кавказский научно-исследовательский институт животноводства» Россельхозакадемии (2012 г.) и ЗАО «Киево-Жураки Агропромышленный комплекс», 2012 г.). Ожидаемый экономический эффект 29,641 млн руб./год в расчете на установку производительностью 3000 дал/сут. ректификованного спирта.

На стендовой ректификационной установке апробированы технологические операции дегидратации ректификованного спирта и отгонки от него разделяющего агента - гексана и выработан абсолютированный спирт и биоэтанол. Разработан технологический режим работы установки. Экономический эффект по сравнению с бензольным способом в расчете на производительность по ректификату 1000 дал/сут. составляет 3,397 млн руб. в год (акт ООО «КХ Восход»),

Выполнено технико-экономическое обоснование разработанных инновационных технологий пищевого спирта, абсолютированного, в том числе безводного этанола и биоэтанола.

Разработаны технологические инструкции по производству спирта этилового ректификованного марки «Люкс» и кормовой сухой барды из зерна кукурузы, по производству спирта этилового абсолютированного, безводного и биоэтанола.

1.6 Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены, обсуждены и одобрены на международных научных конференциях (г. Краснодар, 1994 г., 1997 г., 2000 г., 2001 г., 2002 г., 2010 г., 2012 г.; г. Воронеж, 1997 г., 2004 г., 2010 г., 2011 г.; г. Москва, 1999 г., 2002 г.; г. Могилев, 1999 г., 2003 г.; г. Тверь, 2002 г.; г. Пенза, 2004 г., 2008 г.; г. Калининград, 2005 г.; г. Казань, 2008 г., 2009 г., 2010 г.; г. Новосибирск, 2008 г.; г. Барнаул, 2008 г., 2009 г.); на Всесоюзных научно-технических конференциях (г. Донецк, 1990 г.; г. Москва, 1991 г.; Санкт-Петербург, 1992 г.;); на Всероссийских научно-практических конференциях с международным участием (г. Краснодар, 1998 г., 2005 г.; г. Казань, 2007 г.; г. Барнаул, 2007 г.; г. Челябинск, 2009 г.); на Всерос-

сийских научно-практических конференциях (г. Майкоп, 2003 г., 2004 г., 2011 г.; г. Москва, 2003 г.; г. Пенза, 2004 г.; г. Тольятти, 2004 г., г. Оренбург, 2005 г.; г. Самара, 2006 г.; г. Казань, 2007 г., 2008 г., 2012 г.; г. Киров, 2007 г.; г. Челябинск, 2007 г., 2008 г.; г. Краснодар, 2007 г., 2010 г.; г. Ставрополь, 2009 г.); на межрегиональных и региональных научно-практических конференциях (г. Краснодар, 1990 г., 2002 г., 2005 г., 2006 г., 2009 г., 2010 г.; г. Санкт-Петербург, 1993 г.; г. Казань, 1996 г., 1998 г.; г. Москва, 2000 г., 2003 г., 2004 г.; г. Екатеринбург, 2003 г.; г. Красноярск, 2006 г.; г. Магнитогорск, 2007 г., 2008 г.).

Под руководством автора защищено 6 кандидатских диссертационных работ по специальностям: 05.18.01 - Технология обработки, хранения и переработки злаковых, бобовых культур, крупяных продуктов, плодоовощной продукции и виноградарства и 05.18.12 - Процессы и аппараты пищевых производств: Б.М. Ачмиз (05.18.12), P.C. Шаззо (05.18.12), О.В. Зарубина (05.18.01), З.А. Аче-гу (05.18.01), Е.В. Черепов (05.18.01; 05.18.12), Л.М. Левашова (05.18.01).

Под руководством автора выполнены НИР студентов, получивших медали Министерства образования и науки РФ (2007 г., 2009 г.). Автор награждена дипломами Министерства образования и науки РФ (2008 г., 2010 г.). Автор является лауреатом краевого конкурса на лучшую научную и творческую работу среди студентов высших учебных заведений Краснодарского края (диплом III степени (2008 г.) и I степени (2010 г.)).

Автор зарегистрирована в федеральном реестре экспертов научно-технической сферы сроком на три года (Свидетельство № 02-01256, протокол № 10 от 01.10.2012 г.).

1.7 Публикация результатов исследований. По материалам диссертации опубликовано 162 научных работы, в том числе 2 монографии, 51 статья в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ, получено 2 авторских свидетельства СССР на изобретения, 11 патентов РФ на полезные модели и 8 свидетельств об официальной регистрации программ для ЭВМ.

1.8 Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, обзора научно-технической и патентной литературы, 5 глав, заключения, списка использованной литературы и приложения. Основной текст диссертации изложен на 575 страницах компьютерного текста, содержит 139 рисунков и 77 таблиц. Список использованной литературы включает 207 наименований, в том числе 54 - зарубежных авторов.

2 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1 Объекты исследований. В соответствии с поставленной целью и задачами в качестве объектов исследований использовали зерно пшеницы, ржи, кукурузы, сорго; бражной дистиллят, эпюрат, ректификованный спирт А/О Рек-тинал; сухие виноматериалы, полученные из сортов винограда Уни блан урожая 2005 г. и Первенец Магарача урожая 2007 г., фракции и кулажи виноградного спирта; бражки, бражные дистилляты, ЭАФ, сивушные фракции, спирт-сырец, этиловый ректификованный спирт, барда, выработанные из зерна злаковых культур на промышленных БРУ; образцы разгонки виноградного спирта, ЭАФ, этилового спирта-сырца, полученные на стендовой ректификационной установке периодического действия. Для экспериментального исследования фазового равновесия в системе «этанол - гексан - вода» были взяты чистые компоненты: этанол 96,5 об. % по ГОСТ Р 51652-2000, гексан по ТУ 2631-00305807999-98 и дистиллированная вода по ГОСТ 6709-72, полученные на стендовой ректификационной установке периодического действия абсолютированный спирт и биоэтанол, а также технологические режимы стендовой установки периодического действия и промышленных БРУ непрерывного действия А/О Ректинал (г. Краснодар), ОАО АПФ «Фанагория» (п. Сенной, Краснодарский край), Спиртзавода «Майкопский», ОАО «КХ Восход» (г. Майкоп).

2.2 Методы исследований. При выполнении работы использовали методы хроматографического анализа покомпонентного состава летучих примесей спиртовых и спиртово-углеводородных смесей на хроматографах «Кристалл 2000М» в СКЗНИИСиВ и «Кристаллюкс 4000М» в ОАО «НИПИгазпереработка». При проведении экспериментальных исследований использованы методы анализа: ГОСТ 10845-76, ГОСТ 27839-88, ГОСТ 9404-88, ГОСТ 13586.5-93, ГОСТ 10857-64, ГОСТ 13586.5-93, ГОСТ 19846-91, ГОСТ 10845-98, метод Кюршнера; ГОСТ Р 52838-2007, ГОСТ 51417-99, ГОСТ 13979.3-68, ГОСТ 13496.15-97, ГОСТ Р 528392007, ГОСТ 26226-95, ГОСТ Р 51636-2000, а также методы сопряженного физического и математического моделирования сложных технологических систем, теория групповых вкладов при расчете фазового равновесия методами UNIFAC (UNIversal Functional Activity Coefficient), UNIQUAC (UNIversal QUAsiChemical), NRTL (Non Random Two Liquid model), методы структурно-параметрической оптимизации и моделирования сложных химико-технологических систем. Научное обоснование инновационных технологий выполнено в интегрированной среде HYSYS и с применением численных методов анализа.

3 НАУЧНОЕ ОБОСНОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ИННОВАЦИОННОЙ ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ ПИЩЕВОГО СПИРТА

3.1 Исследование зернового сырья, промежуточных и конечных продуктов брагорекгификации, а также вторичных продуктов брагоректификации для производства пищевого ректификованного спирта, абсолютированного, в том числе безводного этанола и биоэтанола, выработанных на промышленных БРУ. Производство всех видов этилового спирта: ректификованного, абсолютированного и биоэтанола имеет единую сырьевую базу. С позиций получения пищевого ректификованного спирта, абсолютированного этанола и биоэтанола рассмотрены особенности основных зерновых культур и состав летучих примесей бражек, бражных дистиллятов, ЭАФ, сивушных фракций, спирта-сырца, этилового ректификованного спирта, выработанных на промышленных БРУ Краснодарского края и Республики Адыгея. Установлено, что зерновая культура сорго является предпочтительной при производстве биоэтанола, зерно кукурузы целесообразно использовать для получения высококонцентрированной бражки и, как следствие, уменьшения количества барды, зерно пшеницы или смеси зерна пшеницы с другими зерновыми культурами - для получения высококачественного спирта с содержанием эфиров, альдегидов, сивушного масла, метанола значительно ниже, чем предусмотрено ГОСТ Р 51652-2000, а также для получения абсолютированного этилового спирта высшего качества и безводного этанола, применяемых для лечения методом инъекции в раковые опухоли.

3.2 Разработка математической модели ректификации с учетом массо-передачи в многокомпонентных спиртовых смесях. Современные модели ректификации при расчете и оптимизации технологических схем брагоректификации не обеспечивают надежную сходимость вычислений при расчете и оптимизации технологических схем брагоректификации, велики затраты машинного времени при моделировании сложных ХТС. Поэтому, во-первых, уточнены параметры бинарного межгруппового взаимодействия модели ТЖЕБАС по равновесным данным по 50 бинарным и 9 трехкомпонентным смесям (таблица 1).

Таблица 1 - Групповые энергетические параметры бинарного взаимодействия

Группы ОН Н20 СНО ССОО СООН

1 2 3 4 5

ОН 1 0,0 353,5 210,0 -150,0 199,0

Н20 2 -229,1 0,0 -30,0 72,87 -14,09

сно 3 550,0 185,0 0,0 1691,0 1200,0

ссоо 4 450,0 200,8 -285,3 0,0 660,2

соон 5 -151,0 -66,17 -500,0 -256,3 0,0

Примечание - Жирным шрифтом выделены найденные и уточненные параметры.

Во-вторых, предложен метод одновременной релаксации на тарелке и по колонне. Учтена массопередача в многокомпонентных смесях (уравнение (1)).

N, = Y.KiMyJ-yly*\ (i)

7=1

где N¡ — поток г-го компонента, кмоль/(м2 с); y¡ - мольная доля ;'-го компонента в паровой фазе, моль/моль; п - число компонентов в смеси; K¡ j - коэффициент массопередачи в бинарной смеси, состоящей из компонентов i и j; индекс * относится к равновесному составу.

При условии, что концентрации примесных компонентов очень малы, интегрирование уравнений (1) для этих компонентов позволяет получить выражение для эффективности тарелки E¡

E¡ = ~У''Н = 1 - ехр(- AFT) + //{ехр(- AFT)- ехр(- К{ 2FT /G)}, (2) У i ~y¡,H

где Fj — поверхность массообмена, м2; G — расход паровой фазы, кмоль/с; индекс «н» относится к концентрации на входе в тарелку, «к» - на выходе из тарелки; 1 - этанол, 2 - вода.

н _ iKa ~ Ku2 К (-У1* - У и) Л_кцу1 + Ки2у2

(^í.IJ'I +КцУ*2 ~к\ЛУ*1 -Уи»)' G

Совокупность уравнений материального и теплового балансов, равновесия и эффективности z'-го компонента позволяет определять состав и количество покидающих тарелку потоков пара и жидкости по известным параметрам поступающих на тарелку потоков. В отличие от известного релаксационного метода для сокращения затрат машинного времени проводилась одновременная релаксация на тарелке и по колонне. Время расчета сокращено на порядок при одинаковой точности соблюдения материального баланса по колонне. Идентификация модели проведена по данным обследования А/О Ректинал (г. Краснодар) и известным литературным экспериментальным данным.

3.3 Разработка инновационной технологии получения виноградного спирта путем фракционирования с последующим купажированием фракций и ее математической модели. Для фракционирования виноматериала была разработана и изготовлена стендовая ректификационная установка периодического действия, снабженная колонной диаметром 0 150 мм с 40-ка ситчатыми тарелками (рисунок 1). Выработаны фракции виноградного спирта из виноматериалов Уни блан урожая 2005 г. и Первенец Магарача урожая 2007 г. Составлено по 6 купажей, которые продегустированы дегустационными комиссиями кафедры технологии и организации виноделия и пивоварения ФГБОУ ВПО «Кубанский

государственный технологический университет» и в лаборатории садоводства и виноградарства ГНУ «Северо-Кавказский научно-исследовательский институт садоводства и виноградарства» Россельхозакадемии г. Краснодара. С использованием бальной оценки выделен купаж, имеющий наилучшие органолептические показатели. Его состав использовался в качестве функции цели при оптимизации процесса купажирования. Разработана математическая модель фракционирования виноматериала и метод оптимального купажирования фракций.

1 - колонна;

2 - куб-испаритель;

3 - змеевиковый

конденсатор-дефлегматор;

4 - ротаметр;

5 - регулирующий

вентиль;

6 - термометр

Рисунок 1 - Стендовая

ректификационная

установка

периодического

действия

Изменение составов фаз на тарелках во времени записано уравнениями

Л*д = 1]+\х]+\,1 + -¿/^у ~ с]Уу,.

ск V"

дг ск

\ у

где Ь - расход жидкости, моль/ч; (5 - расход паров, моль/ч; Ут - количество жидкости на тарелке, моль; Х,у — мольные доли компонентов в жидкой и паровой фазах, моль/моль; т -

время, ч; ], г, к — номера тарелки, компонента, итераций; п — число компонентов; Р° -упругость паров чистого компонента, Па; Р^ - давление на тарелке, Па; /у - температура на тарелке, °С; у j ¡ - коэффициент активности г'-го компонента на /'-ой тарелке.

Изменение температур жидкости на тарелках dtj / г/т определяется из условия

V

Изменение количества кубового остатка за единицу времени (ШI ск найдено из уравнения (6).

ах

где = /№- удельный расход жидкости с 1-й тарелки; gw = удельный расход паров,

покидающих куб; Ь\ - количество жидкости, стекающей с 1 -й тарелки, кмоль/с; индекс и> - куб. Изменение состава кубового остатка во времени ск1 к/с1х и количество па-

ров Си,, покидающих куб, определены из обобщенного уравнения (7) (таблица 2).

(7)

¿Л|/ , d(Ъ.W) т

Таблица 2 - Параметры обобщенного уравнения

Параметр V/ 3

Материальный баланс •У/, И» ть-/^

Энергетический баланс Ч

Здесь дк- количество теплоты, подводимое в куб колонны; г|; скорость новообразований; /] - энтальпия жидкости, стекающей в куб; /„, - энтальпия жидкости в кубе; - энтальпия паров.

Изменение состава паров, покидающих куб, определяется по уравнению (8).

л, о г л

йх

"Уну "

1 \У,1

р ""'иу (■

ну / ну

ах

д^ с1х

\

п /

-X

¡=1

Л.

а

ду ■ <&.

I

дх,Л

А

(8)

Изменение температуры в кубе определяется по уравнению (9)

И", у

ск~

\

__ЬЛ_+ <!. — +е-

[Т„ + с,)

(9)

где Р° - упругость паров чистого компонента, Па; Ру - давление на тарелке, Па; — температура на тарелке, "С; yjt¡ - коэффициент активности г-го компонента на _/-ой тарелке; ЬI, с,-, с/,-, е,-, _/} - коэффициенты уравнения Антуана.

Модель использована для расчета процесса фракционирования и выработки из фракций оптимальных купажей улучшенного качества. Идентификация модели проведена по собственным экспериментальным данным, полученным на стендовой установке, и при обследовании промышленной установки получения коньячного спирта на ОАО АПФ «Фанагория». Определен состав выработанных образцов и разработаны рекомендации по увеличению ассортимента коньячных

спиртов (акты внедрения ОАО «Спиртзавод Майкопский», ОАО АПФ «Фана-гория» и ООО «Кубань Вино»), Стендовая ректификационная установка периодического действия внедрена в учебный процесс.

3.4 Развитие теоретических основ адсорбционного равновесия в системе «пар - жидкость - твердое тело» с использованием метода группового и локального состава. В технологии спиртового производства при разваривании, брожении, отгонке летучих компонентов в бражной колонне, упаривании и сушке барды используются системы с твердой фазой. Установлено, что учет адсорбционных эффектов существенно влияет на результаты моделирования. Поэтому разработана поровая адсорбционная модель, представленная на рисунке 2. Основные положения поровой адсорбционной модели:

Поровое пространство заполнено молекулами смеси, структурные группы которых взаимодействуют друг с другом и с центрами адсорбции.

Структурные группы находятся некоторое время вблизи центров адсорбции и энергетически взаимодействуют с ними. В отличие от жидкости ближайшим соседом центра адсорбции не может быть центр адсорбции, а только структурные группы молекул. Число ближайших соседей г (координационное число) структурной группы молекул принято равным 10, а центра адсорбции - 1. Статистически, около поверхности У-й молекулы могут находиться структурные группы молекул, а также центры адсорбции, а вблизи центров адсорбции - только структурные группы молекул.

В основе модели лежит метод группового и локального состава, учитывающий объемы молекул ^, и их поверхность гд1г для центра адсорбции да = 1.

оо о ♦«♦•ооо

>ООООфЛ О-О наружная

' ~ ~ »ООО ЖИДКОСТЬ

>ооо*оо<

8X8

I I I I I I I I I

1 - граница раздела фаз;

2 - первый компонент;

3 - второй компонент;

4 - центры адсорбции

Рисунок 2 - Схема поровой адсорбционной модели для координационного числа 2 = 4

Мольная энергия Гиббса записана следующим образом g = \ílxl+\í2x2={^+RT\a.ylxl)xl+{^l+RT\ay2x2)x2 = = (ДГ1п У! )*! + (.ЯГ1п у 2 )х2 + (ц? + ЛПп Xj jxj + + Л Лп х2)х2 = gE + gid; где gE = (RTki у] )х[ + (RTln у2)х2 - мольная избыточная энергия Гиббса;

g'd = (р.'/ + 7? 7* ln х, )х, + (р.2 + ^ ^ I11 х2 ~ мольная идеальная энергия Гиббса; Т- температура; R - универсальная газовая постоянная; ц - химический потенциал. Порядок вывода уравнений поровой адсорбционной модели основан на работах Гуггенгейма, Ставермана, Абрамса и Праусница по смесям полимеров. Общее число конфигураций в системе со определено выражением

(0 = a>l0i2(£>ah(Nl,N2,Na), (10)

где со;, со2, ыа - число конфигураций, связанных с участками, занятыми сегментами молекул 1, 2 и центрами адсорбции; h - фактор нормализации.

Число независимых конфигураций, возникающих вблизи молекул 1, 2 и центров адсорбции, определено выражениями

ю =_Шй_. П2,

) ^е2а |!

(13)

где Л^ - число групп молекул 1, занятых молекулами 1, 2 и центрами адсорбции; Л^вц -

число групп молекул 1 вокруг молекул 1; Ы2д2в\2 - число групп молекул 1 вокруг молекул

N N

2; ——в\а - число групп молекул 1 вокруг центров адсорбции; —— - число центров адсорб-2 2

ции, занятых молекулами 1 и 2; 9,у - локальная доля поверхности молекулы _/, занятой группами молекулы г; 0Ш- - локальная доля поверхности молекулы г, занятой центрами адсорбции; 9гя - локальная доля поверхности центра адсорбции, занятого группами молекулы

Энергия смешения Гельмгольца АА, молярная избыточная энергия Гиббса

gE и статистическая сумма 2 записаны с учетом адсорбционных эффектов

о,о)г(о, аг2 ,о)г(о,о, л^)

ё

АА

-ЯТ{х1 ]п хх + х2 1п х2);

щ + п2

2= ^ю(0)exp(-г7o(8)/^S:7,)'

(15)

(16)

по е

где 1/0 - потенциальная энергия решетки, т.е. энергия, необходимая для удаления всех молекул из решетки, которая складывается из энергий парных взаимодействий и у и энергий взаимодействия с адсорбентом Еа1 и Еш; к — константа Больцмана.

-£/(>=(*/ 2]ч\Мх (9! ! + е21С/21 + э а1Еа1) +

+ (г/2)д2Ы2(В22и22 +012С/12 + ва2Еа2) + №а/2Хв1аЕ1а + в2аЕ2а). (17) В процессе преобразований учтены балансы типа = . По-

следнее означает, что число центров адсорбции вблизи молекул 1 равно числу групп (узлов) молекулы 1 вблизи адсорбента.

Нормировочный коэффициент к определен с использованием фактора Ста-вермана со*-0', модифицированного с учетом адсорбционного эффекта

ш

(о)

>Ы°и°)

г!2

(^1 + ^2)

(18)

(19)

где /,• = (г/2^— <?,)—(»}-1) - фактор объемности молекулы / (/=1, 2). Мольная свободная избыточная энергия Гиббса gE.

Е__Е

кТ

-1ц -

г(ых,ы2,ыа)

щ+п2 "" А0)г(0,ЛГ2,0)г(0,0,ЛГа) ]пх1+х2 ^х2). (20)

Уравнения для расчета коэффициентов активности компонентов Ь у, и 1п у2 определены путем взятия частных производных по числу молей щ и п2

Ьу,- +

2

е,

<7,+

и

ф.

ч,

ф,

1 ]

Г (

ч 1

+

-ч,

в„

Я!

к к

где

Ф,.=

е,=

4 ' Х1 —■ <УЛ

+ 1п

N„

6 =

]

г,

7 гЛГ

1<?

/

Еа_

л- - -- гЫ

-1п 1 +

.X*

гЫ

(21)

2 = 10; т,7 =1; хаН = 1;

т,, = ехр

ЯТ

тот. = ехр

Ли,,

1ш7

Т • т■■

у 1 | РТ> | ' ш л |

Детальная проверка разработанной теории равновесия проведена на примере неидеальной расслаивающейся смеси «касторовое масло - гексан - гранулы из семян клещевины». Модель идентифицирована по собственным экспериментальным данным для спиртовых смесей и использована при моделировании процесса брожения.

3.5 Моделирование и совершенствование процесса брожения при производстве пищевого спирта из продуктов помола зерна пшеницы. Моделирование процесса брожения проведено с учетом одновременно протекающих процессов ферментативного превращения, массопередачи, в том числе проницаемости клетки, и явления инактивации дрожжей. Модель идентифицирована по собственным экспериментальным и производственным данным.

Принято, что бражка состоит из наружной жидкости и дрожжевых клеток, в которых протекает ферментативная реакция разложения сахарозы

Б + А »АР 4В + + Б, (22)

Кг

где А - С12Н22О11Н2О; В - С2Н5ОН; в - С02; С12Н22О11 - сахароза; Б - фермент; Н20 - вода; АР - промежуточный компонент; С2Н5ОН - этиловый спирт; СОг - углекислый газ; К\, К2 — константы скоростей прямых реакций; К3 — константа скорости обратной реакции.

Изменение состава дрожжей происходит за счет ферментативной реакции брожения, процессов массопередачи между цитоплазмой дрожжевых клеток и

наружной жидкостью, инактивации фермента и потерь спирта от испарения в соответствии со следующими уравнениями.

^ = {-К,С1;СА + КЪСАГ)+КЛВ(С*Л - сА)1У, ах

¿1 Л

ас,

<к

- + (к2 +к3)- СА

дС" ' д1

<1СР ' <к

= А-К2Сар+Кв8{С1-Св)/Г-Пв

(23)

(24)

(25)

(26)

где Сл, Ср, Св, СА1, — концентрации сахара, фермента, спирта, промежуточного компонента в дрожжах, кмоль/м3, соответственно; х - продолжительность брожения, ч; КА, Кв -эффективные коэффициенты массопередачи сахара и спирта, м/с; V - объем цитоплазмы в клетках, м3; S - поверхность массопередачи, м2; с/С" 1йх — скорость инактивации фермента; Пв — потери спирта от испарения; индексом * обозначены концентрации в клетках, равновесные с концентрацией наружной жидкости.

Схема массообмена при брожении представлена на рисунке 3. Для определения движущей силы массопередачи использовались данные по межфазному равновесию в системе «дрожжи - наружная жидкость». Они определены на основе собственных экспериментальных данных с использованием поровой адсорбционной модели. Равновесная концентрация спирта в дрожжах меньше, чем концентрация спирта в наружной жидкости. Дрожжи являются гидрофильной средой, а концентрация в зоне ферментативной реакции этанола, оказывающего инактивирующее действие на ферменты, соответственно ниже.

Оценена величина скорости массопередачи между дрожжами и наружной жидкостью. Дрожжевая клетка имеет сложное строение (рисунок 4), отдельные структуры ее дифференцированы и специализированы для осуществления энергетических и синер-гетических процессов. Все структуры образуют единую взаимосвязанную систему. Наблюдаются жизненные процессы деления, роста, старения и умирания клеток. Учет всех сложных процессов, протекающих в клетке, на уровне математического моделирования в

с2н5он со2

\воздух

"

с12ь с2н5он 1 со2 1 НиОц-НгО " ЫА Ив

• • • • - . . . ' / ..\\\с2н5он • дрожжи . . •

парогазовая 'фаза

_наружная жидкость

,мембрана

- цитоплазма

Рисунок 3 - Схема массообмена при брожении

настоящее время не возможен. Поэтому массообмен описывают, пользуясь по-

нятием проницаемости.

1 - цитоплазма; 2 - клеточная стенка; 3 - клеточная мембрана; 4 - почечный рубец; 5 - митохондрии; 6 - вакуоль;

7 - полиметафосфатная гранула;

8 - липидная гранула; 9 - эндоплазматическая сеть; 10 - клеточное ядро (нуклеус); 11 - мембрана ядра; 12 - ядрышко

Рисунок 4 - Дрожжевая клетка

Скорость массоотдачи от наружной жидкости к клетке оценена по критерию Шервуда, Б1г = [Ш Б = 2. При определяющем размере клетки / = 8 • 10~6 м и коэффициенте диффузии О = 2- 1(Г м2/с коэффициент массоотдачи р =

2,5-10"4 м/с.

Эта величина на 5 порядков выше проницаемости клетки, которая по литературным данным имеет порядок Р ~ 1СГ9 м/с. Поэтому сопротивлением массоотдачи со стороны наружной жидкости можно пренебречь.

За бесконечно малое время <к из наружной жидкости в клетку будет перенесено количество вещества РБк(с* - с). Концентрация в цитоплазме изменится на с!С.

Ук^ = РБк{с'-с),

где Ук — объем дрожжевых клеток; ^ - поверхность дрожжевых клеток, х-время. Решение получено для шарообразной клетки

С = С0В + С0 (1 - 5)ехр

' ЪР г

— т

V *

V

1 + ГЪ

К

\\

(27)

(28)

ж у у

где В = ГУк /(Уж + КУк); Г - коэффициент; Уж - объем наружной жидкости; Я - радиус клетки.

Уравнение (28) идентифицировано по собственным экспериментальным

данным при экстракции спирта из дрожжей водой (рисунок 5). 0,016

о 0,014

го

0 "§ 0,012

1 н" 0,01

п о

I § 0,008

3- ч

о. I 0,006

§ 0,004

х I

| I 0,002 0

.2/

/

/

/

/

/

I

0 - экспериментальные данные;

1 - расчетная кривая

2 - равновесная концентрация в

наружной жидкости

Рисунок 5 - Зависимость концентрации этанола в наружной жидкости от продолжительности экстракции

5 10 15 20 25 30 Продолжительность диффузии, мин

Как видно из рисунка 5, характерное время массопередачи составляет 1015 минут, что значительно меньше времени брожения, равного 72 часам. Поэтому при моделировании процесса брожения можно принять равенство рабочей и равновесной концентрации.

Потери спирта от испарения (уравнение (26)) пропорциональны концентрации спирта и времени

Пв=——С„, (29)

в 100 тк а ^ '

где Пв - потери спирта; Дх - шаг интегрирования по времени, ч; хк - продолжительность брожения, ч.

Коэффициент пропорциональности П является параметром идентификации. Для обследованной установки ООО «КХ Восход» (г. Майкоп) величина его составила 2 %. Для описания процесса инактивации фермента учтено, что изменение его концентрации происходит за счет ферментативного процесса и вследствие инактивации. Инактивация описана уравнением реакции 1-го порядка

где к - константа скорости реакции инактивации фермента; с/С" - изменение концентрации фермента за счет инактивации.

Величина А: рассчитана по формуле Аррениуса

к = к0е{-Е*/КТ\ (31)

где ко - константа; Ел - энергия активации; Я - универсальная газовая постоянная; Г - температура.

Принята линейная зависимость величины энергии активации от концентрации спирта в бражке. В итоге получено уравнение для расчета концентрации фермента за счет ферментативной реакции и инактивации

С; = Си - Ср(£0Лт)ехр(1,56Сф - 5,85), (32)

где Ср- - концентрация фермента без инактивации; С'Е - концентрация фермента с учетом инактивации; — крепость бражки по спирту.

Величины коэффициентов 1,56 и 5,85 определены на основе результатов обследования процесса брожения, проведенного в течение длительного времени на спиртзаводе ООО «КХ Восход» (г. Майкоп). Кривая 1 получена без учета явления инактивации, кривая 2-е учетом инактивации (рисунок 6).

Таким образом, инактивация должна быть учтена в модели брожения. По лабораторным и производственным экспериментальным данным проведена

идентификация математической модели брожения и определены численные значения параметров ферментативного превращения: начальная концентрация фермента СР = 0,76 кмоль/м3, константы скоростей реакций Кг = 0,9, К2 = 0,8, Къ=0. Разработанная математическая модель использована при проектировании установки по получению пищевого спирта из муки 1-го помола.

га

О-^о

3" го ГО * о. £

I ° I £0

5

Совершенствование процесса брожения осуществлялось на основе выполненного лабораторного эксперимента и обследования промышленного процесса брожения с применением математического моделирования, учитывающего выше перечисленные факторы. Выполнено технико-экономическое обоснование использования при получении пищевого спирта в качестве сырья эндосперма зерна, проведены производственные испытания и выданы рекомендации по внедрению результатов исследований (акт внедрения ЗАО АПК «Мичуринский»), Ожидаемый экономический эффект 15573,6 тыс. руб. в год.

3.6 Разработка и внедрение технологической схемы переработки ЭАФ. ЭАФ, получаемая на БРУ, содержит в качестве основных примесей эфиры и альдегиды. В связи с тем, что в типовой схеме БРУ не предусмотрена глубокая переработка ЭАФ, она накапливается на многих заводах. Общая задача разработки технологической схемы, предусматривающей глубокую переработку вторичных продуктов, а также частная задача переработки накопленной ЭАФ решены с использованием методов математического моделирования и оптимизации. На первом этапе проведено сравнение действующей эпюрационной колонны с данными по ее моделированию (таблица 3). При этом расчет давал завышенные значения содержания ацетальдегида и этилацетата. Поэтому для описания равновесия в спиртовых смесях с повышенным содержанием эфиров и альдегидов разработана двухзонная модель равновесия, обеспечивающая более точное описание равновесия по имеющимся в литературе экспериментальным

1

12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 Концентрация суспа, мае. % по рефрактометру

• -данные производственного

эксперимента 1 - без инактивации; 2-е учетом инактивации

при 72-х часовом брожении

Рисунок 6 - Зависимость концентрации спирта в бражке от концентрации сахара в сусле

данным. В основу модели положено предположение о том, что молекула каждого компонента раствора имеет две различные по энергетической активности зоны. Пример микросостояния для двухзонной модели жидкости и взаимодействие между зонами молекул приведен на рисунке 7. Одна зона каждой из молекул - темная, другая - светлая. Проиллюстрирована известная идея локального состава о том, что с микроскопической точки зрения состав смеси неоднороден. Основные положения двухзонной модели:

- молекула г'-го компонента имеет на своей поверхности две зоны с различной энергетической активностью. Доля поверхности первой зоны — у,-;

- молекула г'-го компонента рассматривается как совокупность структурных групп, входящих в химическую формулу г'-го компонента;

- число наружных ближайших соседей молекулы г'-го компонента составляет

где - поверхность молекулы г'-го компонента, равная сумме поверхностей структурных групп, входящих в химическую формулу г'-го компонента, г - координационное число. Поверхность молекулы г'-го компонента выражена в единицах стандартной структурной группы и рассчитывается по справочным данным для каждой структурной группы;

- поверхность одной из зон равна у,^,-, другой (1 - у,- s)zqi, где у, < 1.

ч 7 1 - взаимодействие первой зоны 1-х молекул с первой зоной 1-х молекул;

2 - взаимодействие первой зоны 1-х молекул со второй зоной 1-х молекул;

3 - взаимодействие первой зоны 1-х молекул с первой зоной 2-х молекул;

4 - взаимодействие первой зоны 1-х молекул со второй зоной 2-х молекул;

5 - взаимодействие второй зоны 1-х молекул со второй зоной 1-х молекул;

6 - взаимодействие второй зоны 1-х молекул с первой зоной 2-х молекул;

7 - взаимодействие второй зоны 1-х молекул со второй зоной 2-х молекул;

| 8 - взаимодействие первой зоны 2-х молекул зС^^** I с пеРВ0Й зоной 2-х молекул;

9 - взаимодействие первой зоны 2-х молекул _ ______________________ со второй зоной 2-х молекул;

^ - ПЕРВАЯ ЗОНА 1-Х МОЛЕКУЛ; лг. _ „

10 - взаимодеиствие второй зоны 2-х молекул

=5 - ВТОРАЯ ЗОНА 1-Х МОЛЕКУЛ; с0 й зоной 2_х ^

• - ПЕРВАЯ ЗОНА 2-Х МОЛЕКУЛ; О - ВТОРАЯ ЗОНА 2-Х МОЛЕКУЛ

Рисунок 7 - Пример микросостояния двухзонной модели жидкости и схема взаимодействий между зонами

Методами статистической физики с использованием идей группового и локального состава получены уравнения для расчета коэффициентов активности компонентов спиртовых смесей. Логарифм коэффициента активности г-го компонента у, представлен в виде двух составляющих: комбинаторной 1пу[от, обусловленной различиями в размерах молекул, и остаточной у™, связанной с различиями в энергетике межгрупповых взаимодействий. Комбинаторная составляющая 1пу"т совпадает с комбинаторной составляющей метода ТЛЧКЗиАС и выражена формулой Гуггенгейма-Ставермана. Остаточная

ЬгГ=?,

1-1]/,1п

у0т

\г

;'=1

И

1

V/

,(33)

1> = ; чу =1; т1,/,2 =1 •

ф,о,- = ;

2>Л

7=1

Здесь г — координационное число решетки, принятое равным 10; /,• - фактор объемности молекулы; Фi, 0,- - объемная и поверхностная доли молекулы г; г,-, д,- - вандерваальсовы объем и площадь поверхности молекулы г, которые определяются суммированием групповых параметров объема и поверхности Q¡c; у^1' является целым числом и определяет число групп типа к в молекуле г; у,- - доля поверхности первой зоны; (1-уг ) - доля поверхности второй зоны; и 2 - энергетические комплексы, которые для бинарной смеси имеют вид:

х211 -

т121 -

т212 -

т122 -

(2), (2) 2

2, 1

■ О),«

где через верхний индекс (1) обозначена первая зона г'-й молекулы, через верхний индекс (2) - вторая зона г'-й молекулы, а через нижние индексы - номера молекул, т , например,

„(*М0 _„(*)■(*)

1, 1 1, 1

, х

(0.(1) =

ехр

„(0.(0 _„(>).(»)

2, 2 2, 1

ят

Согласно двухзонной модели бинарная смесь имеет четыре зоны, а матри-

ца энергий парного взаимодействия между зонами А и

- шестнадцать на-

страиваемых параметров, из которых четыре (диагональные) равны нулю. Однако в выражении для химического потенциала энергии взаимодействия зон объединяются в линейные комплексы т^-д и т,- ->2, которые и являются параметрами идентификации и число их равно четырем.

100

е#90 80

? °

с 5 70

о

I 60

£ 50

II 40

£ а зо

а со

20

о ш

а 10 о

ч

О 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Концентрация этилацетата в жидкой фазе, моп.%

• экспериментальные данные

--расчет по ШЮиАС;

— ■ - расчет по иы^АС; --расчет по двухзонной модели

Рисунок 8 - Диаграмма фазового равновесия системы «этилацетат - вода»

При -»1 уравнения двухзонной модели переходят в уравнения ЦМС)-11АС. Двухзонная модель идентифицирована по экспериментальным данным для 10 бинарных смесей. В качестве примера приведена смесь «этилацетат - вода» (рисунок 8). Кроме того модель проверена по данным обследования эпюраци-онной колонны БРУ спиртзавода «Майкопский» (таблица 3). Двухзонная модель использована при разработке технологии переработки ЭАФ, накопленной на спиртзаводе «Майкопский». Разработана двухколонная схема (рисунок 9). Таблица 3 - Сравнение экспериментальных и расчетных данных

Наименование Эксперимент Расчет по модели

Двухзонной ТЖКЗиАС

Крепость ЭАФ, об. % 96,08 95,53 94

Ацетальдегид в ЭАФ, об. % 0,98 0,97 1,5

Этилацетат, об. % 0,5 0,54 0,98

Крепость эпюрата, об. % 34,92 35,00 35,2

ЭАК

ЭАФ

Острый пар_

Вода

1 Острый

✓ пар ✓

ХГ^

-0

1,2- эпюрационные колонны; ЭАФ - эфиро-альдегидная фракция; ЭАК - эфиро-альдегидный концентрат

Рисунок 9 - Двухколонная технологическая схема установки переработки ЭАФ

В период производственных испытаний из ЭАФ выработана спиртовая смесь с низким содержанием эфиров и альдегидов. Эта смесь переработана со-

вместно с бражным дистиллятом на БРУ по разработанным технологическим режимам бражной и эпюрационной колонн. Повышен выход этилового спирта.

По результатам работы БРУ спиртза-вода «Майкопский» проанализирован вопрос о методах расчета равновесия при моделировании колонн и экстрактора сивушного масла (таблица 4). Рекомендовано бражную колонну считать по методу имриАС, эпюраци-онную - по двухзонной модели, ректификационную - по расслаивание в экстракторе сивушного масла - по №1ТЬ с уточненными параметрами.

3.7 Совершенствование технологии брагоректификации, модернизация действующей БРУ малой мощности с целью повышения качества ректификованного спирта для крепления вин. На Фанагорийском винзаводе для получения спирта-ректификата используется 3-х колонная БРУ косвенного действия, производительностью 400 дал/сут. Получаемый ректификованный спирт имел невысокие органолептические показатели. На стендовой ректификационной установке периодического действия (рисунок 1) проведена разгонка спирта-сырца ОАО АПФ «Фанагория». По полученным данным и результатам обследования промышленной БРУ ОАО АПФ «Фанагория» разработана математическая модель и выполнена идентификация. По результатам параметрической и структурной оптимизации выданы рекомендации о модернизации установки. Осуществлен авторский надзор за изготовлением и монтажом ситчатых тарелок (рисунок 10) и изменением обвязки колонн БРУ. Внедрение колонн с новыми ситчатыми тарелками улучшило качество ректификованного спирта и повысило его выход. Эффективность модернизированных колонн повысилась до 0,7 (до модернизации составляла 0,42). Получен спирт этиловый ректификованный с содержанием альдегидов 2,1 мг/дм3, сивушного масла 2,2 мг/дм3. Для улучшения качества эпюрата изменена технологическая схема и режим разгонной колонны. Разработана и внедрена технологическая схема (рисунок 11) и технологический режим на ОАО АПФ «Фанагория». Рисунок 10 - Внедренные тарелки

Таблица 4 - Продукты БРУ

Содержание Эксперимент Расчет

Сивушный спирт 2-пропанол, об. % 91,95 0,0029 91,19 0,0029

Сивушное масло Этанол, об. % 1-пропанол, об. % Изоамилол, об. % 13,05 5,83 42,1 13,04 8,98 38,06

Подсивушная вода Этанол, об. % 10,43 9,67

Спирт-ректификат Ацетальдегид, мг/дм3 2-пропанол, мг/дм3 97 0,67 3,398 97 0,069 3,633

3.8 Научное обоснование инновационной технологии пищевого спирта с выходом этилового спирта 99,5 % и разработка математической модели насадочной колонны периодического действия, выполнение конструктивного расчета колонны. Разработанные и обоснованные выше рекомендации легли в основу предлагаемой технологической схемы и режима работы БРУ, на которой достигается максимальный выход ректификованного спирта, высокое качество продуктов и минимизация отходов брагоректификации, В дополнение к известным решениям по переработке ЭАФ на разгонной колонне и первичного сивушного спирта и сивушного масла на пропанольной колонне предложена дополнительная насадочная колонна для разделения вторичного сивушного спирта и найдена оптимальная структура технологической схемы и технологический режим установки. В качестве функции цели использовалась величина выхода этилового спирта от потенциала, обеспечивался ее максимум. Ограничениями являлись содержание в ректификованном спирте 2-пропанола и метанола. Выход ректификованного спирта увеличен с 97,5 до 99,5 %. Для решения задачи оптимизации разработана математическая модель периодической ректификации в насадочной колонне, в которой все параметры изменяются в осевом г и перпендикулярном поверхности раздела жидкой и паровой фаз направлениях г и во времени т. В основе математического описания лежит уравнение нестационарной конвективной диффузии в газовой фазе (34) и аналогичное уравнение для жидкой фазы с сопряжением на границе раздела фаз.

ас, „ дс, „ ее, !Г д2С: „ в2 с. р

+ + + Ц„-р.-Г,. (34)

д. - и':11 о;, (35)

где г - концентрация ¡'-го компонента в паровой фазе, кмоль/м3; - скорость парового потока в осевом направлении, м/с; у\>г ^ - скорость парового потока в направлении, перпендикулярном поверхности раздела жидкой и паровой фаз, м/с; И - коэффициент продольного перемешивания в паровой фазе, м2/с; О,- ^ - коэффициент диффузии г'-го компонента в паровой фазе, м2/с; г^ - скорость химической реакции новообразований в паровой фазе, кмоль/(м3 с); индексы м - молекулярный; т - турбулентный; ^ - паровая фаза.

В результате преобразования этих уравнений, интегрирования по координате г, пренебрежения реакциями новообразования, с учетом уравнений неразрывности (36)-(38) и геометрии насад очной колонны в соответствии с рисунком 12 получены уравнения (39) и (40). Эти уравнения согласуются со схемой, представленной на рисунке 13. Для замыкания системы (39) и (40) добавлены уравнения массопередачи через границу раздела фаз (41), где величина суммарного потока Л^, определена соотношением (42).

^ + сЛУ(М>С, ) - с]^(В18гас1С1) = 0, (36)

дх

где

£Йу(н'С,) = \vgradC,(37)

_ _ дС, аС дС,

\vgradCj = м>х —- + н> —- + ж, —,

дх ду дг

Д ^. (38)

дх ду дг

дС: „ дС. „ ды„ За

дх 8 дг и8 дг V '

дС:, ЗС,, о\\;1 5а

+ „ . (40)

дх дг дг Л/

^ = Хки-у]уг)+ ЫсК, (41)

)

' _ ■ (42)

ЪПУг

где >';, yj, — рабочая и равновесная концентрации г'-го компонента; у^ - средняя концентрация в пограничном слое; К^ - коэффициенты массопередачи в бинарных смесях при гидродинамической обстановке в многокомпонентной смеси; ц - удельная теплота парообразования.

$нас площадь поперечного сечения,

занятая твердым телом (насадкой), жидким потоком и паровым потоком, соответственно; 5 - общее поперечное сечение цилиндрической части колонны; ^ - поверхность массо-

обмена; г - расстояние по высоте колонны. £

Рисунок 12 - Схема геометрических параметров бесконечно малого объема насадочной колонны

Щ] рассчитываются из условия с,, +

аддитивности сопротивлении мас-соотдачи в паровой и жидкой фазах. Коэффициенты массоотдачи в паровой и жидкой фазах бинарных смесей вычисляются по критериальным уравнениям с использованием свойств и параметров разделяемой многокомпонентной смеси и коэффициентов диффузии соответствующих бинарных смесей. Решение выполнено численно сеточным методом по явной схеме. Программный модуль расчета насадочной колонны интегрирован в среду сложных ХТС НТ8У8. На рисунках 14 и 15 представлена технологическая схема БРУ с насадочной колонной, разработанная в результате структурно-параметрической оптимизации.

за.

Эм>7 ,

у/, л---аг

Рисунок 13 - Схема материальных потоков на бесконечно малом участке колонны

Емкость вторичной сивушной фракции

^ О

ъс о

ОН

Емкость кубового остатка

Емкость дистиллята

и

НК - насадочная колонна; ПК - пропанольная колонна; АЭК - разгонная колонна

Рисунок 14 - Блок-схема кубового аппарата с ректификационной колонной насадочного типа периодического действия

Выполнен конструктивный расчет насадочной колонны с пакетной насадкой: диаметр колонны - 0 550 мм; высота -5 м; высота куба - 2,5 м; диаметр куба -0 1,6 м. Выход спирта 99,5 об. %, при содержании в нем сивушного масла менее 4 мг/дм3 и метанола менее 0,03 об. %. Снижены техногенные отходы сивушной фракции на 600 л/сут. при производительности установки 3000 дал/сут. спирта.

| -потоки, связанные с насадочной колонной;

1 - бражная колонна (БК); 2 - эпюрационная колонна (ЭК); 3 - ректификационная колонна (РК); 4 - пропанольная колонна (ПК); 5 - эфиро-альдегидная колонна (разгонная колонна) (АЭК); 6 - нагреватель бражки; 7-9 - дефлегматоры; 10-15 - конденсаторы; 16-19 - термосифонные кипятильники; 20 - экстрактор сивушного масла (ЭСМ)

Рисунок 15 - Машинно-аппаратурная схема БРУ с насадочной колонной 3.9 Разработка энергосберегающей технологии совмещенного производства высококачественного пищевого спирта и кормовой сухой барды.

Получаемая по современной технологии барда не может использоваться непосредственно в качестве корма для животных. Эта проблема решена путем совмещенного производства высококачественного спирта и кормовой сухой зерновой барды, обеспечивающего энерго- и ресурсосбережение.

При исследовании процессов брагоректификации, выпаривания и сушки барды использовали зерно кукурузы группы «крахмалистая» урожая 2008 г. и 2011 г., культивируемой в Краснодарском крае. За счет рециркуляции фильтрата барды увеличено содержание сухих веществ в приготовленном сусле до 22 % по сахариметру. Полученная в производственных условиях кукурузная бражка имела крепость 10,6 об. %. Ее состав характеризовался повышенным содержанием метанола (40,44 мг/дм3). Для удаления метанола разработаны и внедрены предложения по величине гидроселекции и крепости эпюрата на ООО «КХ Восход». Выработан высококачественный ректификованный спирт крепостью 96,9 об. % (таблица 5). Экспериментально определен покомпонентный состав вредных летучих примесей трех отгонов, которые удалены в процессе переработки барды.

Таблица 5 - Покомпонентный состав летучих примесей ректификованного

спирта, выработанного из зерна кукурузы группы «крахмалистая»

Наименование компонента Массовая концентрация, мг/дм3

Анализ 1 Анализ 2 ГОСТ Р 51652-2000

Ацетальдегид 1,32 1,44 2

Этилацетат 0,65 0,25 5

2-пропанол 1,82 1,03 6

Метанол, об. % 0,0078 0,0056 0,03

Крепость, об. % 96,89 96,85 96,3

После выпаривания при атмосферном давлении получена барда с содержанием сухих веществ 30,8 мае. %. Исследована кинетика сушки барды (рисунок 16). Период прогрева материала (уравнение 43) и период постоянной скорости сушки (уравнение 44) описаны эмпирическими зависимостями. Период падающей скорости сушки описан уравнением нестационарной диффузии (45).

VI; =-2-Ю^т2-0,08т+ 69,15, (43)

н> = -0,12т + 71,26, (44)

^ = (45)

от дх

где IV - влажность барды, мае. %; г - продолжительность сушки, мин; С - влажность материала, изменяющаяся во времени и в пространстве, м3 влаги/м3 влажного материала; т -время сушки, с; х - координата в направлении, перпендикулярном к высушиваемому слою барды, м; £>(С) - коэффициент диффузии воды в высушиваемом материале, м2/с.

Решение уравнения (45) осуществлялось численно сеточным методом. Для исключения расходимости вычислений применена неявная схема. Начальные условия: т = 0 Сп=С0.

Граничные условия (на границе соприкосновения с воздухом) х = 0 (г = 0) С0] =С*,

*

где Со равна влажности барды в начале периода падающей скорости сушки; С - равновесная концентрация влаги в твердом теле на границе раздела фаз.

На границе раздела между стенкой бюкса и высушиваемым слоем массооб-А С Ах

слое при использовании неявной схемы система линейных уравнений с трехдиаго-нальной матрицей решалась методом последовательного исключения переменных. По результатам решения рассчитывалась усредненная влажность материала. Параметры идентификации: коэффициент диффузии О и равновесная влажность С*, которые не поддаются непосредственному экспериментальному определению.

мен не происходит —— = 0, т.е. С„_1 = Сп /-. Полученная на каждом временном

0,7

I 0,6

и

| 0,5 10,4 10,3 о 0,2

X

¡0,1 CD

ч 1ц,

\

А ь

• г

ч

0,7

I 0,6

u

| 0,5 5 0,4

Q. ГО

vo 0,3

-Q

8 0,2

¡0,1 m

0,0

\

V.

i

•

150 300 450 600 750 900 1050120013501500 Продолжительность сушки, мин

(опыт № 1)

150 300 450 600 750 900 1050120013501500 Продолжительность сушки, мин

(опыт № 2)

Рисунок 16 - Зависимость влажности кукурузной барды от продолжительности сушки при 60 °С Минимум квадратов отклонений расчетных значений от эксперименталь-

ных достигнут при В = 6-10 м/с и равновесной влажности С =3 мае. %. Физико-химические показатели сухой барды определены экспериментально. Таблица 6 - Физико-химические показатели сухой кукурузной барды

Наименование показателя Содержание в продукте, мае. % На абсолютно сухое вещество, %

Сухие вещества 95,0

Сырой протеин 27,65 29,1

Растворимые протеины 10,83 11,4

Жир 10,35 10,9

Клетчатка 5,81 6,12

Водорастворимые углеводы 18,53 19,5

Зола 8,65 9,1

Суммарное ожидаемое жироотложение от 100 кг продукта, кг 16,68 -

Кормовая ценность, к. е. в 100 кг продукта 91,16 -

Энергетическая ценность, кДж/100 г 1168,0 -

Полученная сухая барда (рисунок 17) соответствует ГОСТ Р 53098-2008, имеет высокую энергетическую и кормовую ценность (таблица 6). Процент сухих увеличен с 30,8 до 95 мае. %. Для установки производительностью по спирту 3000 дал/сут.

з

из 217,7 м /сут., полученной на БРУ барды, выработано 17,58 т/сут. сухой барды. Разработан технологический режим установки получения высококаче-

„ _ Рисунок 17 - Сухая

ственного пищевого спирта и кормовой сухой барды кукурузная барда

из зерна кукурузы по совмещенной технологии (рисунок 18). За счет использования теплоты вторичных паров выпаривания на стадиях разваривания и браго-ректификации сокращено потребление греющего пара из котельной (таблица 7).

26 Вторичный пар _ на разваривание й-

Кормовая сухая барда

1 - бражная колонна;

2 -эпюрационная

колонна;

3 - ректификационная

колонна;

4 - нагреватель бражки; 5,6- дефлегматоры;

7, 8 - конденсаторы; 9 - сепаратор; 10, 11, 12, 13-штуцера; 14 - насос;

15, 16, 17 - термосифонные кипятильники;

18 - декантер;

19 - насос;

20 - выпарной аппарат;

21 - ротационный

компрессор;

22 - коллектор;

23, 24, 25, 26, 27 - штуцера; 28 - сушилка

Рисунок 18 -Машинно-аппаратурная схема установки получения высококачественного пищевого спирта и кормовой сухой барды по совмещенной технологии

Таблица 7 - Основные технико-экономические показатели технологий переработки послеспиртовой барды

Показатели Разработанная совмещенная технология Технология раздельного производства

Производительность завода по спирту, дал/сут. 3000 3000

Объем перерабатываемой барды, м3/сут. 215,7 215,7

Выход сухой барды, т/сут. 17,58 17,58

Расход греющего пара, ГДж/сут. (т/сут.) 539 (235) 643 (280)

Расход электроэнергии, ГДж/сут. 29,00 30,94

Стоимость оборудования, руб. 31064786 44000000

Условный доход млн. руб./год 29,641 25,892

Срок окупаемости дополнительных капитальных вложений, год 1,05 1,7

4 НАУЧНОЕ ОБОСНОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ СОВМЕЩЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА АБСОЛЮТИРОВАННОГО СПИРТА И БИОЭТАНОЛА ПУТЕМ СОВМЕСТНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ СПИРТОВЫХ И УГЛЕВОДОРОДНЫХ СМЕСЕЙ

С позиций получения биоэтанола рассмотрены особенности основных зерновых культур: урожайность, содержание крахмала в зерне и выход спирта из 1

тонны зернового сырья. Установлено, что сорго является предпочтительной культурой при производстве биоэтанола. Из смеси злаковых культур пшеницы, ржи и сорго выработана бражка и проведен ее анализ. Экспериментально исследовано расслаивание в системе «гексан - этанол - вода» (рисунок 19). При приготовлении смесей количество гексана взято постоянным 15 мл. Соотношения этанола и воды изменялось, чтобы общее количество исходной смеси оставалось равным 50 мл. После тщательного перемешивания и последующего отстаивания определялся покомпонентный состав тяжелой (водной) фазы.

Рисунок 19 - Фазовая диаграмма смеси «гексан - этанол - вода» при 20 °С и атмосферном давлении

Гексан, / —■ ----4 Вода,

0д 0/0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 0д оуо

- расчетные значения по спрогнозированным параметрам группового взаимодействия «жидкость - жидкость» метода иЫ1РАС;

кривая 1 - по методу иыЮ11АС; кривая 2 - по методу ЫРЛ;

- экспериментальные данные

□

Этанол, об. %

Установлено, что концентрация воды в легкой (гексановой) фазе очень мала, а правая ветвь бинодальной кривой, которая отвечает тяжелой фазе, имеет куполообразный вид (рисунок 19). По данным анализа тяжелая фаза состоит практически полностью из этанола и воды, а содержание гексана незначительно. С ростом концентрации этанола и снижения концентрации воды в смеси содержание этанола в тяжелой фазе увеличивается. При применении этанола в качестве оксигената в биотопливе необходимо контролировать содержание воды в этаноле, а при разработке технологии получения биоэтанола обеспечивать минимум содержания воды в нем. Технологические схемы совместной переработки углеводородных и спиртовых смесей для получения биоэтанола не разработаны и не используются промышленностью как в нашей стране, так и за рубежом. В качестве углеводородной добавки, принят неэтилированный бензин «Нормаль-80», покомпонентный состав которого определен хроматографически ОАО «НИПИгазпереработка» (г. Краснодар).

Разработана новая технология получения абсолютированного спирта (таблица 8, рисунок 20), отличающаяся тем, что на стадии выработки ректификованного спирта разделение спиртовых смесей производится совместно с предельными углеводородами С6-С7. Выполнено экспериментальное (таблица 9, рисунок 21) и расчетное (рисунок 22) исследование постепенной перегонки расслаивающейся смеси «этанол - вода - н-гексан» и разработана ее математическая модель.

9 10

Биоэтанол

6

ч ч

Бенэанол

1 - бражная колонна;

2 - спиртовая колонна;

3 - конденсатор

бражной колонны; 4,5- конденсаторы;

6 - дефлегматор,

7 - термосифонный

кипятильник; - сепаратор; 9, 10 - смесители

Рисунок20- Машинно-аппаратурная схема установки непрерывного действия получения биоэтанола

Таблица 8 - Экономическая эффективность новой технологии получения

биоэтанола из зерновой смеси пшеницы, ржи и сорго

Дополнительно выработано абсолютного алкоголя, дал/сут. 156,45

Дополнительная технологическая продукция в денежном выражении, тыс. руб. в год. 15019

Сокращение расхода греющего пара, кг/сут. 35760

Экономия эксплуатационных затрат, тыс. руб. в год 4827,6

Экономия капитальных затрат, тыс. руб. 5000

1и - опыт № 1; 2о - опыт № 2; 3 - расчетная кривая для смеси «этанол-вода»;

■ о - экспериментальные данные; — - расчетные кривые процесса постепенной перегонки

Рисунок 21 - Зависимость температуры кипения смеси «этанол-вода-н-гексан» от количества кубового остатка

150 140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Количество кубового остатка, см3

Таблица 9 - Состав исходной смеси

Компонент Опыт № 1 Опыт № 2

количество, см3 концентрация, об. % количество, см3 концентрация, об. %

Этанол 96,7 об. % Вода Н-гексан 50 50 50 32,23 34,44 33,33 58 47 45 37,4 32,6 30

Всего 150 100 150 100

Для дальнейшего анализа разработана методика расчета состава гетероазео-тропа, которая проверена по данным глубоко изученного фазового равновесия тройной смеси «этанол - вода - бензол». Достигнуто удовлетворительное согласие экспериментальных и расчетных величин. В целях определения концентрационных областей разделения разработана модель идеальной ректификации. Получено уравнение прямой линии (46).

хэ№ ~ хэа (хбп' хба )

хбп

ба

(46)

где х - состав жидкости; индексы: э - этанол, б - бензол, а - в точке тройного азеотропа, - кубовый остаток, о - начало перегонки.

Экспериментально на изготовленной стендовой установке и теоретически исследована дегидратация спирта с использованием в качестве разделяющего агента гекса-на и легкой фракции углеводородов. Для целей сравнения с известной технологией расчетным путем исследована дегидратация спирта с использо-

Этанол, мол. %

Нода с минимальной температурой кипения

Бинодальная

кривая (изобара при Р=101,31 кПа)

Гетероазеотроп

Кривая остатка (опыт № 2)

Вода, мол. %

о- экспериментальные данные (опыт № 2) Рисунок 22 - Фазовая диаграмма тройной смеси «этанол - вода - гексан»

ванием в качестве разделяющего агента бензола. На тройных диаграммах максимальное количество особых точек равно 7 (рисунок 23): тройной азеотроп, бинарные азеотропы и вершины диаграммы. Линии, соединяющие тройной

азеотроп с вершинами делят диаграмму на три области. Если есть бинарный азеотроп, то каждая линия, соединяющая вершину с бинарным азеотропом, есть линия раздела. Схема совмещенного производства приведена на рисунке 24.

2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 Концентрация гексана, мол. дол.

Рисунок 23 - Кривые остатка смеси «этанол - вода - н-гексан»

Экспериментальные данные азеотропов смеси «этанол - вода - н-гексан» 1 - этанол - вода; 2,3- этанол - н-гексан; 4, 5 - этанол - вода - н-гексан; 6 - н-гексан - вода кривая 1 - кривая остатка,

проходящая через данные опыта № 1 кривая 2 - кривая остатка,

проходящая через данные опыта № 2 • ■ - собственные

экспериментальные данные

Бензин

Слиртово-угпеводородная Углеводородный слой смесь

10

1 - бражная колонна; 2 - ректификационная колонна; 3 - дегидратационная колонна 4 - спиртовая колонна; 5 - пропанольная колонна; 6 - подогреватель бражки; 7,8 - дефлегматоры; 9-13 - конденсаторы; 14 - холодильник; 5-18 - термосифонные кипятильники; 19 - сепаратор; 20 - декантатор; 21 - товарный парк

Рисунок 24 - Машинно-аппаратурная схема совмещенного производства абсолютированного спирта и биоэтанола

5 НАУЧНОЕ ОБОСНОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА НОВОЙ ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ БЕЗВОДНОГО ЭТИЛОВОГО СПИРТА, НЕ ИМЕЮЩЕЙ АНАЛОГОВ ЗА РУБЕЖОМ

Разработана технологическая схема и технологический режим получения безводного этилового спирта с использованием в качестве разделяющего агента узкой фракции предельных углеводородов С6-С7. Моделирование проведено в среде НУ8У8 с использованием для описания фазового равновесия метода №1ТЬ. Путем снижения флегмового числа в дегидратационной колонне получен кубовый остаток с содержанием этанола 97-98 об. %, причем в нем в качестве примесного компонента содержится не вода, а углеводороды С7, которые условно назовем гептаном. Как следует из фазовой диаграммы смеси «гептан - этанол», в области концентраций гептана, меньших 50 мае. % (~33 мол. %), гептан является легколетучим компонентом по отношению к этанолу, он удаляется с дистиллятом, и в этой области концентраций можно получить в качестве кубового остатка практически чистый этанол. Для реализации этой идеи необходимо подобрать такой состав исходной смеси, чтобы перевести в дистиллят дегидратационной колонны весь гексан и воду с необходимым количеством гептана и этанола и перейти к системе «этанол - вода - гептан» в нижней части колонны. Диаграмма областей ректификации тройной смеси «этанол - вода - гептан»

представлена на рисунке 25. С помощью диаграммы определена область ректификации, при работе в которой можно получить безводный этиловый спирт. На этой диаграмме диагональ соответствует бинарной смеси «этанол - гептан». При реализации изложенной идеи получения снизу дегидратационной колонны не абсолютированного спирта, а бинарной

Азеотроп , ^^зтанол - вода

О 10 20 30 40 50 60 70 Концентрация гептана, мае. %

■ - экспериментальные данные (известные); • - расчетные данные (по методу ЫИИ)

Рисунок 25 - Тройная диаграмма смеси «этанол - вода - н-гептан»

смеси «этанол - гептан» с последующим разделением ее в гептановой колонне за основу принята предложенная схема получения абсолютированного спирта высшего качества, пригодного для медицинских целей (рисунок 24).

Определен режим разделения при флегмовом числе в дегидратационной колонне, равном двум, что в 20-25 раз ниже, чем по традиционной технологической схеме (рисунок 24). Энергетические затраты в дегидратационной колонне по предлагаемой схеме (рисунок 26) в 40 раз меньше, чем в дегидратационной колонне (рисунок 24). Предлагаемая схема позволяет получить безводный, а не абсолютированный спирт.

1 - бражная колонна; 2 - эпюрационная колонна; 3 - ректификационная колонна;

4 - дегидратационная колонна; 5 - спиртовая колонна; 6 - гептановая колонна;

7,8, 9 - дефлегматоры; 10 - подогреватель бражки; 11-16 - конденсаторы;

17-21 - термосифонные кипятильники; 22 - экстрактор сивушного масла;

23 - декантатор; 24 - товарный парк

Рисунок 26 - Машинно-аппаратурная схема получения безводного этилового спирта и биоэтанола

Рассмотрены экологические аспекты технологии производства пищевого спирта по двум направлениям: снижение количества побочных продуктов бра-горектификации (ЭАФ, ЭАФ, фракции сивушного масла, сивушного спирта, барды) на базе структурно-параметрической оптимизации действующего производства и утилизация отходов производства путем применения новых технологических и аппаратурных решений.

Разработаны технологические инструкции по производству спирта этилового ректификованного марки «Люкс» и кормовой сухой барды из зерна кукурузы, по

производству спирта этилового абсолютированного, биоэтанола и безводного спирта. Суммарный реальный экономический эффект составил 1852 тыс. руб. в год.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Научно обоснованы и разработаны инновационные технологии пищевого спирта, абсолютированного, в том числе безводного этанола и биоэтанола. Обеспечены высокое качество и выход продуктов. Полученные результаты подтверждены экспериментально в лабораторных условиях и на действующих производствах, применением методов моделирования процессов и сложных ХТС, разработанной теории равновесия, в том числе в системах с твердой фазой. Впервые разработаны следующие технические и технологические решения: переработка ЭАФ по двухколонной схеме, вторичного сивушного спирта и вторичного сивушного масла в схеме с насадочной колонной периодического действия, совмещенное производство пищевого этилового спирта и кормовой сухой барды, совместная переработка углеводородных и спиртовых смесей для получения абсолютированного этанола, биоэтанола и безводного этанола.

1. Разработана математическая модель ректификации спиртовых смесей, учитывающая массопередачу в многокомпонентных смесях и обеспечивающая надежную сходимость вычислений и сокращение затрат машинного времени. Разработана и внедрена установка малой мощности для разделения спиртосодержащих смесей (акт внедрения ЗАО «ЮР-АН», 2000 г.). Реальный экономический эффект составил 112 тыс. руб. в год.

2. Развиты теоретические основы адсорбционного равновесия в системе «пар — жидкость - твердое тело» на базе метода группового и локального состава. Разработаны не имеющие аналогов поровая адсорбционная и двухзонная модели.

3. Разработана оригинальная математическая модель брожения сусла, учитывающая влияние на биохимическую кинетику массообменных процессов, межфазного равновесия в системе «сусло - дрожжи» и ингибирующего воздействия этанола на ферменты. Выполнено технико-экономическое обоснование, проведены производственные испытания (акт внедрения ЗАО АПК «Мичуринский»). Ожидаемый экономический эффект 15573,6 тыс. руб. в год.

4. Разработана и запатентована инновационная технология получения высококачественного виноградного спирта из фракций (акты внедрения «Спиртзавод «Майкопский» 2006 г., ООО «Кубань Вино», 2008 г., ОАО АПФ «Фанагория», 2008 г.). Из купажей приготовлен напиток, обладающий характерным букетом и вкусом коньяка. Разработана математическая модель технологического процесса фракционирования на тарельчатой ректификационной колонне периодического действия.

5. С учетом требований в области экологического развития разработана и запатентована инновационная технология пищевого спирта с выходом этилового спирта 99,5 % от его потенциального содержания. Разработана математическая модель насадочной колонны, основанная на численном решении задачи нестационарной диффузии и выполнен конструктивный расчет колонны. Ожидаемый экономический эффект 20 млн руб./год в расчете на установку производительностью 3000 дал/сут. пищевого ректификованного спирта.

6. Проведена модернизация БРУ косвенного действия (акт внедрения ОАО АПФ «Фанагория», II квартал 2005 г.) и реконструкция эпюрационной и спиртовой колонн. Реальный экономический эффект от внедрения составил 240 тыс. руб. в год (акт внедрения ОАО АПФ «Фанагория», III квартал 2005 г.). Разработаны, запатентованы и внедрены технологическая схема и режим работы БРУ, выработан спирт этиловый ректификованный марки «Экстра». Реальный экономический эффект составил 1500 тыс. руб. в год (акт внедрения ОАО АПФ «Фанагория», IV квартал 2005 г.). Выполнено технико-экономическое обоснование ожидаемой годовой экономической эффективности производства этилового спирта для биотоплива.

7. Разработана и запатентована энергосберегающая совмещенная инновационная технология получения из зерна кукурузы сухой барды высокой кормовой ценности и пищевого ректификованного спирта марки «Люкс» повышенного качества крепостью 96,9 об. % с содержанием альдегидов 1,32 мг/дм3, сивушного масла 1,82 мг/дм3 и метанола 0,0078 об. % (акты внедрения «КХ Восход», 2009 г., 2012 г.). Выполнено технико-экономическое обоснование. Целесообразность использования полученной кормовой сухой барды подтверждена актами ГНУ «Северо-Кавказский научно-исследовательский институт животноводства» Россельхозакадемии и ЗАО «Киево-Жураки Агропромышленный комплекс». Ожидаемый экономический эффект 29,641 млн руб./год в расчете на установку производительностью 3000 дал/сут. пищевого ректификованного спирта.

8. Внедрены рекомендации по оптимальному технологическому режиму БРУ для выработки спирта «Экстра» на спиртзаводе «Майкопский» (акт внедрения 2005 г.). Внедрена и запатентована двухколонная технологическая схема переработки ЭАФ (акт внедрения спиртзавод «Майкопский», III квартал 2004 г.). Внедрены рекомендации по оптимальному технологическому режиму эпюрации (акт внедрения ОАО «Спиртзавод «Майкопский», III квартал 2005 г.).

9. Научно обоснована, разработана и запатентована новая технология совмещенного производства абсолютированного спирта и биоэтанола путем совместной переработки спиртовых и углеводородных смесей. Разработана математическая модель постепенной перегонки расслаивающихся жидких систем с использованием метода численного интегрирования Эйлера. Разработан метод расчета состава азеотропов. Выработан абсолютированный спирт и биоэтанол. Выполнено технико-экономическое обоснование ожидаемой годовой экономической эффективности производства этилового спирта для биотоплива (ОАО АПФ «Фанагория»). Экономический эффект по сравнению с бензольным способом в расчете на производительность по ректификату 1000 дал/сут. составляет 3,397 млн руб. в год (акт о промышленном использовании результатов разработки совмещенного производства абсолютированного спирта и биоэтанола утвержден ООО «КХ Восход» г. Майкопа).

10. Научно обоснована, разработана и запатентована инновационная технология получения безводного этилового спирта, не имеющая аналогов за рубежом. Ожидаемый экономический эффект составляет 9 млн руб./год в расчете на установку производительностью 1000 дал/сут. безводного этанола по сравнению с технологией получения абсолютированного спирта повышенного качества и биоэтанола.

По результатам выполненных исследований разработана следующая техническая документация:

— Технологическая инструкция по производству спирта этилового ректификованного марки «Люкс» и кормовой сухой барды из зерна кукурузы на ООО «КХ Восход».

— Технологическая инструкция по производству спирта этилового абсолютированного на ООО «КХ Восход» (г. Майкоп).

— Технологическая инструкция по производству биоэтанола.

— Технологическая инструкция по производству безводного спирта.

Список основных опубликованных работ по теме диссертации Монографии:

1. Короткова Т.Г., Константинов E.H. Технология абсолютированного этилового спирта, безводного спирта и биоэтанола азеотропной ректификацией : монография / Кубан. гос. тех-нол. ун-т. -Краснодар : Изд. ФГБОУ ВПО «КубГТУ», 2013. - 196 с.

2. Константинов E.H., Короткова Т.Г. Фазовое равновесие в пищевой технологии. Система «твердое тело — жидкость — пар» : монография / Кубан. гос. технол. ун-т. — Краснодар : Изд. ФГБОУ ВПО «КубГТУ», 2013. - 160 с.

Научные статьи в журналах, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ:

3. Короткова Т.Г. Равновесие расслаивающихся жидких смесей с существенно различными размерами молекул компонентов / Т.Г. Короткова, Г.Я. Стам, E.H. Константинов // Известия вузов. Пищевая технология, 1992. — № 3-4. — С.43-48.

4. Константинов E.H. Моделирование адсорбционного равновесия методом ЮНИКВАК / E.H. Константинов, Т.Г. Короткова // Известия вузов. Пищевая технология, 1993. - № 3-4. - С.94-96.

5. Константинов E.H. Квазихимический метод описания адсорбционного равновесия для расслаивающихся жидких смесей (основные соотношения) / E.H. Константинов, Т.Г. Короткова // Теоретические основы химической технологии, 1994. - Т.28. - № 3. - С.243-250.

6. Константинов E.H. Квазихимический метод описания адсорбционного равновесия для расслаивающихся жидких смесей (расчетные уравнения и их практическое применение) / E.H. Константинов, Т.Г. Короткова // Теоретические основы химической технологии 1994. - Т.28. - № 4. - С.429-432.

7. Константинов E.H. Моделирование процесса ректификации для непрерывных установок получения пищевого спирта / E.H. Константинов, Т.Г. Короткова, Б.М. Ачмиз // Известия вузов. Пищевая технология, 1996. - № 5-6. - С.55-59.

8. Константинов В.Е. Равновесие в системе жидкость - пористое твердое тело / В.Е. Константинов, Т.Г. Короткова, E.H. Константинов // Известия вузов. Пищевая технология 2000.-№ 1,-С. 65-69.

9. Умрихин Е.Д. Исследование процесса получения высококачественного этилового спирта методом периодической ректификации / Е.Д. Умрихин, Т.Г. Короткова, E.H. Константинов //Известия вузов. Пищевая технология, 2001. — № 2-3. - С. 55-59.

10. Константинов В.Е. Моделирование равновесия в системе капиллярнопористое тело -жидкость / В.Е. Константинов, Т.В. Мгебришвили, Т.Г. Короткова, A.C. Дмитриев // Известия вузов. Пищевая технология, 2001. -№ 5-6. - С. 82-83.

11. Асланов B.C. Моделирование процесса фильтрации виноградного сока и вина / B.C. Асланов, Э.М. Соболев, Т.Г. Короткова, E.H. Константинов // Известия вузов. Пищевая технология, 2002. - № 1. - С.61-62.

12. Асланов B.C. Корреляция свойств сжимаемого осадка с изменением прозрачности вина в процессе фильтрации / B.C. Асланов, Э.М. Соболев, Т.Г. Короткова, E.H. Константинов // Известия вузов. Пищевая технология, 2002. - № 4. - С. 43-44.

13. Малышев Д.В. Соотношение между пористостью сжимаемого осадка и его удельным сопротивлением в процессе фильтрования / Д.В. Малышев, Т.Г. Короткова, E.H. Константинов//Известия вузов. Пищевая технология, 2003.-№ 2-3. - С.82-85.

14. Константинов E.H. Двухзонная модель UNIQUAC для моделирования процессов разделения эфиро-альдегидной фракции / E.H. Константинов, Т.Г. Короткова, Т.А. Устюжани-нова // Известия вузов. Пищевая технология, 2004. - № 5-6. - С.88-92.

15. Устюжанинова Т.А. Моделирование равновесия спиртовых смесей с использованием двухзонной модели UNIQUAC // Т А. Устюжанинова, Т.Г. Короткова, E.H. Константинов //Известия вузов. Пищевая технология, 2004,- № 5-6.-С.126-127.

16. Константинов E.H. Разработка моделей равновесия пар - жидкость, жидкость - жидкость, твердое тело - жидкость для систем масложировой и спиртовой промышленности / E.H. Константинов, Т.Г. Короткова // Известия вузов. Пищевая технология, 2005 — № 23. - С.19-23.

17. Константинов E.H. Моделирование и оптимизация технологической схемы разделения эфиро-альдегидной фракции / E.H. Константинов, Т.Г. Короткова, Х.Р. Сиюхов, Т.А. Устюжанинова // Известия вузов. Пищевая технология, 2006. - № 1. - С.89-91.

18. Мариненко О.В. Метод расчета процесса расслаивания многокомпонентных спиртовых смесей / О.В. Мариненко, Т.Г. Короткова, Х.Р. Сиюхов // Известия вузов. Пищевая технология, 2006. - № 2-3. - С. 104-107.

19. Короткова Т.Г. Моделирование нестабильного состояния системы жидкость - жидкость многокомпонентных спиртовых смесей / Т.Г. Короткова, О.В. Мариненко, С.К. Чич, Х.Р. Сиюхов, E.H. Константинов // Известия вузов. Пищевая технология, 2007. - № 1. - С.65-67.

20. Чич С.К. Моделирование равновесий жидкость — жидкость — пар многокомпонентных спиртовых смесей / С.К. Чич, Т.Г. Короткова, Х.Р. Сиюхов, E.H. Константинов // Известия вузов. Пищевая технология, 2007. - № 1. - С. 82-86.

21. Короткова Т.Г. Установка для получения пищевого спирта при использовании в качестве сырья эндосперма зерна / Т.Г. Короткова, P.C. Шаззо // Известия вузов. Пищевая технология, 2007. - № 2. - С.73-74.

22. Короткова Т.Г. Особенности моделирования равновесных процессов при наличии фазовых переходов / Т.Г. Короткова, E.H. Константинов, С.К. Чич // Известия вузов. Пищевая технология, 2007. -№ 2. - С.75-77.

23. Короткова Т.Г. Анализ современных схем брагоректификациопных установок косвенного действия для получения пищевого ректификованного спирта / Т.Г. Короткова, P.C. Шаззо, О.В. Зарубина, E.H. Константинов // Известия вузов. Пищевая технология, 2007. — №5-6.-С. 10-14.

24. Константинов E.H. Математическая модель кинетики процесса брожения сусла / E.H. Константинов, Т.Г. Короткова, P.C. Шаззо // Известия вузов. Пищевая технология, 2007. -№ 5-6. - С.66-67.

25. Ачегу З А. Совершенствование системы получения этанола для добавки в моторное топливо / З А. Ачегу, Т.Г. Короткова, E.H. Константинов // Известия вузов. Пищевая технология, 2007. -№ 5-6. - С. 105-106.

26. Короткова Т.Г. Прогнозирование энергетических параметров бинарного взаимодействия модели UNIQUAC по параметрам межгруппового взаимодействия модели UNIFAC // Известия вузов. Пищевая технология, 2007. — № 5-6. - С.90-94.

27. Артамонова В В. Совершенствование процесса получения сивушного масла при производстве биоспирта / В.В. Артамонова, Х.Р. Сиюхов, Т.Г. Короткова, E.H. Константинов // Известия вузов. Пищевая технология, 2008. — № 1. — С.75-76.

28. Короткова Т.Г. Способы повышения эффективности очистки пищевого этилового спирта от примесей при брагоректификации / Т.Г. Короткова, E.H. Константинов // Известия вузов. Пищевая технология, 2008. — № 1. — С.5-9.

29. Зарубина О.В. Моделирование установок косвенною действия для получения фракций коньячного спирта / О.В. Зарубина, Т.Г. Короткова // Известия вузов. Пищевая технология, 2008. -№ 4. - С.84-85.

30. Константинов E.H. Необычное явление скачкообразной инверсии фаз при моделировании равновесия в трехкомпонентных спиртово-углеводородных смесях / E.H. Константинов, З.А. Ачегу, A.B. Кикнадзе, Т.Г. Короткова // Известия вузов. Пищевая технология, 2008. — № 4. - С.73-75.

31. Константинов E.H. Специфика термодинамического анализа и моделирования равновесия смесей практически нерастворимых друг в друге компонентов / E.H. Константинов, Т.Г. Короткова, З.А. Ачегу, A.B. Кикнадзе // Известия вузов. Пищевая технология, 2008. — № 4. -С.96-98.

32. Короткова Т.Г. Прогнозирование энергетических параметров бинарного взаимодействия модели NRTL по параметрам межгруппового взаимодействия модели UNIFAC // Известия вузов. Пищевая технология, 2008. —№ 4. —С.70-71.

33. Константинов E.H. Перспективность технологии производства бензанола на базе достижений спиртовой промышленности / E.H. Константинов, Т.Г. Короткова, Л.М. Левашова, З.А. Ачегу, С.К. Чич, A.B. Кикнадзе // Известия вузов. Пищевая технология, 2009. — № 23. — С.57-59.

34. Сиюхов Х.Р. Термодинамический базис моделирования технологии разделения сивушных смесей спиртового производства / Х.Р. Сиюхов, Р.Н. Панеш, Т.А. Устюжанинова, Т.Г. Короткова // Известия вузов. Пищевая технология, 2009. - № 4. - С. 110-113.

35. Короткова Т.Г. Определение условий расслаивания спиртосодержащих смесей по методу NRTL // Известия вузов. Пищевая технология, 2010. — № 1. — С.69-72.

36. Короткова Т.Г. Прогнозирование параметров бинарного взаимодействия модели UNIQUAC по точке азеотропа / Т.Г. Короткова, Е В. Черепов, E.H. Константинов // Известия вузов. Пищевая технология, 2010. — № 2-3. — С.79-81.

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

38. Черепов Е.В. Технология производства биоэтанола и абсолютного спирта в пищевой и медицинской промышленное™ / Е.В. Черепов, A.B. Лобода, Т.Г. Короткова // Известия вузов. Пищевая технология, 2010. —№ 5-6. — С.47-50.

39. Черепов Е.В. Анализ кривых остатка процесса постепенной перегонки смеси этанол-вода-н-гексан методами физического и математического моделирования / Е.В. Черепов,

B.B. Артамонова, E.H. Константинов, Т.Г. Короткова // Известия вузов. Пищевая технология, 2010. - № 5-6. - С.66-70.

40. Левашова JIM. Энергосбережение при производстве этанола / JI.M. Левашова, Т.А. Ус-пожанинова, Т.Г. Короткова, E.H. Константинов // Известия вузов. Пищевая технология 2011.-№ 1. - С.68-71.

41. Короткова Т.Г. Особенности технологии производства очищенного от летучих примесей абсолютного спирта / Т.Г. Короткова, Е.В. Черепов, A.B. Лобода // Известия вузов. Пищевая технология, 2011. — № 1. — С.48-50.

42. Константинов E.H. Сравнение альтернативных вариантов очистки пищевого спирта от сивушных масел в эпюрационной и спиртовой колоннах / E.H. Константинов, Т.Г. Короткова // Известия вузов. Пищевая технология, 2011. - № 2-3. - С.55-59.

43. Константинов E.H. Анализ уравнения движения Навье-Стокса для газа и расчет протечек в винтовом компрессоре / E.H. Константинов, Т.Г. Короткова // Известия вузов. Пищевая технология, 2011. - № 2-3. - С. 111-114.

44. Короткова Т.Г. Термодинамические основы расчета компримирования неидеального газа / Т.Г. Короткова, E.H. Константинов//Известия вузов. Пищевая технология, 2011. -№ 56. - С.64-66.

45. Короткова Т.Г. Технологические аспекты и моделирование процесса фракционирования спиртовых смесей методом периодической ректификации / Т.Г. Короткова, E.H. Константинов //Известия вузов. Пищевая технология, 2012. —№ 1, —С. 87-90.

46. Короткова Т.Г. Моделирование технологии получения пищевого спирта на брагоректи-фикационной установке / Т.Г. Короткова, E.H. Константинов // Известия вузов. Пищевая технология,2012.-№ 1. -С.108-111.

47. Короткова Т.Г. Использование неявной схемы и метода исключения Гаусса при моделировании насыщения зерновой крупки водой и сушки упаренной барды / Т.Г. Короткова, Л.М. Левашова, C.B. Черепов // Новые технологии, 2012. -№ 2. - С.19-26.

48. Короткова Т.Г. Разработка математической модели периодической ректификации наса-дочной колонны / Т.Г. Короткова, E.H. Константинов // Известия вузов. Пищевая технология, 2012.-№ 2-3.-С. 108-112.

49. Короткова Т.Г. Разработка технологии брагоректификации с повышенным выходом этилового спирта // Известия вузов. Пищевая технология, 2012. - № 4. - С.75-79.

50. Константинов E.H. Моделирование процесса брожения с учетом инактивации дрожжей и массопередачи / E.H. Константинов, Т.Г. Короткова // Известия вузов. Пищевая технология, 2012.-№ 4. - С.98-101.

51. Короткова Т.Г. Технология получения безводного этилового спирта азеотропным методом / Т.Г. Короткова, E.H. Константинов // Известия вузов. Пищевая технология, 2013 — № 1 -С.72-76.

52. Короткова Т.Г. Алгоритм расчета насадочной ректификационной колонны периодического действия / Т.Г. Короткова, E.H. Константинов // Известия вузов. Пищевая технология, 2013. -№ 1 -С.91-95.

53. Маринин С.Ю. Экологические аспекты технологии производства пищевого этилового спирта / С.Ю. Маринин, E.H. Выскубова, Н.В. Солонникова, Т.Г. Короткова // Известия вузов. Пищевая технология, 2013. - № 1 - С. 123-124.

Научные статьи п отчеты

54. Konstantinov Eu.N., Korotkova T.G., Achmiz B.M. Effect of Multicomponent Mass-Transfer on the Rectification Calculation with Allowance to Heat Balance The First European Congress on Chemical Engineering, Florence (Italy), May 4-7, 1997, Event 601 of EFCE.

55. Константинов E.H. Физические основы поровой адсорбционной модели / E.H. Константинов, Т.Г. Короткова, В.Е. Константинов // Сб. науч. тр. «Совершенствование процессов пищевой промышленности. Технология и процессы пищевых производств». - Краснодар' КПИ, 1997. -С.26-32.

56. Ачмиз Б.М. Исследование работы бражной колонны методом математического моделирования / Б.М. Ачмиз, Т.Г. Короткова, A.B. Смирный // Сб. науч. тр. «Совершенствование процессов пищевой промышленности. Технология и процессы пищевых производств». -Краснодар: КПИ, 1997. -С.4-12.

57. Ачмиз Б.М. Моделирование брагоректификационной установки косвенного действия / Б.М. Ачмиз, Т.Г. Короткова, E.H. Константинов // Сб. науч. тр. «Модернизация существующего и разработка новых видов оборудования для пищевой промышленности».: Воронеж. -Вып. 8. -1998. - С. 108.

58. Короткова Т.Г. Исследование фазового равновесия неидеальных спиртовых смесей в системе жидкость - пар методом UNIFAC / Т.Г. Короткова, В.В. Касаковская // Науч. журнал «Труды КубГТУ». - Краснодар: Кубан. гос. технол. ун-т, 1999. - Т.5. Сер.: Процессы и оборудование пищевых производств. — Вып. 1. — С.83-100.

59. Разработка теории фазового равновесия в системах «жидкость - капиллярнопористое тело» [Текст] : отчет о НИР (заключ.) / Кубан. гос. технол. ун-т; рук. Константинов E.H.; исполн.: Короткова Т.Г., Касьянов Г.И., Ковалев В.А., Бутина Е.А., Герасименко Е.О., Запорожский A.A., Лобанов A.A., Цебренко К.Н., Чахова Е.А., Сарапкина О.В., Калюж-ная С.И. — Библиогр.: с.123- 125. - №ГР 01200103156.-Инв. № 02200405388.

60. Короткова Т.Г. Оптимальная система рекуперации теплоты при совместной переработке спиртовых и углеводородных смесей / Т.Г. Короткова, E.H. Константинов, Е.В. Черепов, A.B. Кикнадзе // Сб. статей III межд. науч.-практич. конф. «Пщцевая промышленность и агропромышленный комплекс: достижения, проблемы, перспективы». — Пенза: Приволжский Дом знаний, 2009. - С.51-53.

61. Константинов E.H. Обоснование технологии производства биотоплива путем совместной переработки водно-спиртовых смесей и углеводородных компонентов моторного биотоплива / E.H. Константинов, Т.Г. Короткова, Х.Р. Сиюхов, З.А. Ачегу // Матер, конф. получателей грантов регионального конкурса «ЮГ» Российского фонда фундаментальных исследований и администрации Краснодарского края «Вклад фундаментальных исследований в развитие современной инновационной экономики Краснодарского края». — Краснодар, 2008. - С.184-185.

62. Константинов E.H. Ресурсосбережение и обеспечение стабильности совместной переработки водно-спиртовых смесей с бензином при использовании квазистационарного режима / E.H. Константинов, Т.Г. Короткова, A.B. Кикнадзе, Х.Р. Сиюхов, Р.Н. Панеш // Матер, науч.-практич. конф. грантодержателей Российского фонда фундаментальных исследований и администрации Краснодарского края «Вклад фундаментальных научных исследований в развитие современной инновационной экономики Краснодарского края». -Краснодар, 2009. - С. 134-135.

Свидетельства и патенты:

63. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 990789 (Заявка № 990670). Интерактивный расчет технологических параметров ректификационной колонны (ИРТРЕК) / И.П. Слободяник, Б.Л. Минасян, A.B. Марцинковский, Т.Г. Короткова, В.И. Ломакин; Зарег. в Реестре программ для ЭВМ 3.11.1999.

64. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2006612198 (Заявка № 2006611088). Расчет фазового равновесия в системе жидкость - жидкость для бинарных и многокомпонентных спиртовых смесей, содержащих значительное количество примесных компонентов / E.H. Константинов, Т.Г. Короткова, О.В. Мариненко; Зарег. в Реестре программ для ЭВМ 24.05.2006.

65. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2006612198 (Заявка № 2006611419). Релаксационный метод расчета ректификационной колонны. Эпюраци-онная колонна с гидроселекцией / E.H. Константинов, Т.Г. Короткова; Зарег. в Реестре программ для ЭВМ 23.06.2006.

66. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2006613829 (Заявка № 2006613065). Релаксационный метод расчета спиртовой колонны / E.H. Константинов, Т.Г. Короткова; Зарег. в Реестре программ для ЭВМ 7.11.2006.

67. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2007611070 (Заявка № 2007610133) Расчет фазового равновесия в системе пар-жидкость-жидкость для бинарных и многокомпонентных спиртовых смесей / E.H. Константинов, Т.Г. Короткова, С.К. Чич; Зарег. в Реестре программ для ЭВМ от 16.01.2007.

68. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2007612925 (Заявка № 2007612178) Прогнозирование энергетических параметров бинарного взаимодействия

модели UNIQUAC по параметрам межгруппового взаимодействия модели UNIFAC / Т.Г. Короткова, P.C. Шаззо, О.В. Зарубина; Зарег. в Реестре программ для ЭВМ от 06.07.2007.

69. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2008612942 (Заявка № 2008611734) Расчет нестационарной ректификации для четкого фракционирования виноматериала / О.В. Зарубина, Т.Г. Короткова, E.H. Константинов; Зарег. в Реестре программ для ЭВМ 18.06.2008.

70. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2008612943 (Заявка № 2008611735) Расчет противоточной экстракции спирта из сивушных масел водой /Х.Р. Сиюхов, В.В. Артамонова, Т.Г. Короткова, E.H. Константинов; Зарег. в Реестре программ для ЭВМ 21.04.2008. . ■

71. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2008612940 (Заявка № 2008611730 Прогнозирование энергетических параметров бинарного взаимодействия модели NRTL по параметрам межгруппового взаимодействия модели UNIFAC / Т.Г. Короткова, З.А. Ачегу, E.H. Константинов, JI.B. Ахметгалиева; Зарег. в Реестре программ для ЭВМ 18.06.2008.

72. A.C. № 1413770 Распределитель жидкости в колонне (заявка № 4140794) В 01 D 53/18 / И.П. Слободяник, Т.Г. Короткова; Зарег. 1.04.1088 г.

73. A.C. № 1487916 Массообменная тарелка (заявка № 4092972) ВОЮ 3/22 / И.П. Слободяник, В.И. Бутин, В.Т. Шарыгин, Т.Г. Короткова; Опубл. 23.06.89 Бюл. № 23.

74. Патент РФ на полезную модель № 46193 Установка непрерывного действия для получения ректификованного спирта из эфиро-альдегидной фракции / Т.Г. Короткова, E.H. Константинов, Т.А. Устюжанинова, В.А. Кузнечиков, В.В. Деревенко Е Ю Мамонова-Опубл. 27.06.2005 Бюл. № 18.

75. Патент РФ на полезную модель № 55626 Установка непрерывного действия для получения этилового ректификованного спирта из бражки / E.H. Константинов, Т.Г. Короткова, P.C. Шаззо, П.Е. Романишин; Опубл. 27.08.2006 Бюл. № 24.

76. Патент РФ на полезную модель № 83015 Установка непрерывного действия для получения бензанола / E.H. Константинов, Т.Г. Короткова, З.А. Ачегу, A.B. Кикнадзе; Опубл

20.05.2009 Бюл. № 14.

77. Патент РФ на полезную модель № 82688 Установка непрерывного действия для получения фракций коньячного спирта / О.В. Зарубина, E.H. Константинов, В.Е. Константинов Т.Г. Короткова; Опубл. 10.05.2009 Бюл. № 13.

78. Патент РФ на полезную модель № 85357 Ресурсосберегающая установка непрерывного действия для получения из бражки этилового ректификованного спирта, дробины и сгущенной барды / E.H. Константинов, Т.Г. Короткова, JIM. Левашова, A.B. Кикнадзе-Опубл. 10.08.2009 Бюл. № 24.

79. Патент РФ на полезную модель № 92808 Установка непрерывного действия для получения бензанола / Т.Г. Короткова, Е.В. Черепов, З.А. Ачегу, E.H. Константинов; Опубл

10.04.2010 Бюл. № 10.

80. Патент РФ на полезную модель № 97369 Установка непрерывного действия для получения абсолютного спирта / E.H. Константинов, Т.Г. Короткова, ЕВ Черепов- Опубл 10.09.2010 Бюл. №25.

81. Патент РФ на полезную модель № 106554 Ресурсосберегающая установка непрерывного действия для получения из бражки этилового ректификованного спирта, дробины и сгущенной барды / JIM. Левашова, Х.Р. Сиюхов, Т.Г. Короткова, E.H. Константинов-Опубл. 20.07.2011 Бюл. № 20.

82. Патент РФ на полезную модель № 105291 Установка непрерывного действия для получения абсолютного спирта и бензанола / E.H. Константинов, Т.Г. Короткова, Е В Черепов; Опубл. 10.06.2011 Бюл. № 16.

83. Патент РФ на полезную модель № 118962 Брагоректификационная установка непрерывного действия / Т.Г. Короткова, E.H. Константинов; Опубл. 10.08.2012 Бюл. № 22.

84. Патент РФ на полезную модель № 128198 Установка непрерывного действия для получения абсолютированного спирта и биоэтанола / Т.Г. Короткова, Е Н Константинов-Опубл. 20.05.2013 Бюл. № 14.

экоинвест

Отпечатано в типографии издательства «Экоинвест» 350072, г. Краснодар, ул. Зиповская, 9. Тел./факс (861) 277-92-42. E-mail: ecoinvest@publishprint.ru http://publishprint.ru

Подписано в печать 26.08.13. Формат 60*84 1/-|6. Гарнитура Times New Roman. Печать офсетная. Бумага офсетная. Усл. печ. л. 2,79. Тираж 100 экз. Заказ № 1630.

ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный технологический университет»

(ФГБОУ ВПО «КубГТУ»)

НАУЧНОЕ ОБОСНОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ИННОВАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ПИЩЕВОГО СПИРТА, АБСОЛЮТИРОВАННОГО ЭТАНОЛА И БИОЭТАНОЛА

05.18.01 - Технология обработки, хранения и переработки

злаковых, бобовых культур, крупяных продуктов, плодоовощной продукции и виноградарства

05.18.12 -Процессы и аппараты пищевых производств

На правах рукописи

КОРОТКОВА Татьяна Германовна

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени доктора технических наук

Научный консультант: доктор технических наук, профессор Е.Н. Константинов

Краснодар - 2013

Содержание

ВВЕДЕНИЕ...........................................................................................................13

ГЛАВА 1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР..................................................18

1.1 Сырьевая база пищевого, абсолютированного спирта и биоэтанола...................................................................................18

1.2 Технологические схемы получения винного дистиллята.......20

1.3 Влияние технологических режимов процессов осахаривания и брожения на качество и выход этилового ректификованного спирта..........................................................21

1.4 Исследование кинетики процесса брожения............................23

1.5 Анализ современных схем брагоректификационных установок косвенного действия для получения пищевого ректификованного спирта..........................................................24

1.6 Основные технологические схемы и приемы переработки послеспиртовой барды................................................................35

1.7 Энергосбережение при производстве пищевого спирта и кормовой сухой барды................................................................42

1.8 Области применения абсолютированного спирта...................44

1.9 Методы получения абсолютированного спирта......................47

1.9.1 Получение абсолютированного спирта с помощью связывания воды твердыми водосвязывающими материалами..........................................................................47

1.9.2 Получение абсолютированного спирта с применением жидких водосвязывающих веществ (экстрактивная ректификация).............................................................................47

1.9.3 Солевое обезвоживание спирта..........................................50

1.9.4 Обезвоживание этанола путем испарения воды через мембрану...............................................................................52

1.9.5 Другие способы абсолютирования этанола.......................57

1.9.6 Обезвоживание ректификованного спирта в паровой фазе на цеолитах..................................................................59

1.9.7 Азеотропный метод обезвоживания этилового спирта ... 60

1.9.8 Сравнение основных технологий получения

абсолютированного спирта повышенного качества.........63

1.10 Перспективы использования биоэтанола.................................66

1.10.1 Производство биоэтанола в России и за рубежом............66

1.10.2 Экономические и экологические проблемы использования биоэтанола..................................................67

1.11 Стабильность бензин-этанольных смесей................................68

1.12 Краткие сведения о методах описания фазового равновесия .69

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ...............................................................78

ГЛАВА 2 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ.........................80

2.1 Объекты исследований.....................................................80

2.2 Методы исследований......................................................80

ГЛАВА 3 НАУЧНОЕ ОБОСНОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА

ИННОВАЦИОННОЙ ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ ПИЩЕВОГО СПИРТА.....................................................................86

3.1 Исследование зернового сырья, промежуточных и конечных продуктов брагоректификации, а также вторичных продуктов брагоректификации для производства пищевого ректификованного спирта, абсолютированного, в том числе безводного этанола и

биоэтанола, выработанных на промышленных БРУ.................86

3.2 Разработка математической модели ректификации с учетом массопередачи в многокомпонентных спиртовых смесях.......96

3.3 Разработка инновационной технологии получения виноградного спирта путем фракционирования с последующим купажированием фракций и ее математической модели................................................................ 109

3.4 Развитие теоретических основ адсорбционного равновесия в системе «пар - жидкость - твердое тело» с использованием метода группового и локального состава..................................123

3.5 Моделирование и совершенствование процесса брожения при производстве пищевого спирта из продуктов помола зерна пшеницы..............................................................................151

3.6 Разработка и внедрение технологической схемы переработки эфиро-альдегидной фракции.......................................................165

3.7 Совершенствование технологии брагоректификации, модернизация действующей БРУ малой мощности с целью повышения качества ректификованного спирта

для крепления вин..........................................................................189

3.8 Научное обоснование инновационной технологии пищевого

спирта с выходом этилового спирта 99,5 % и разработка математической модели насадочной колонны периодического действия, выполнение конструктивного

расчета колонны..........................................................................215

3.9 Разработка энергосберегающей технологии совмещенного производства высококачественного пищевого спирта и

кормовой сухой барды..................................................................247

ГЛАВА 4 НАУЧНОЕ ОБОСНОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ СОВМЕЩЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА АБСОЛЮТИРОВАННОГО СПИРТА И БИОЭТАНОЛА ПУТЕМ СОВМЕСТНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ СПИРТОВЫХ И УГЛЕВОДОРОДНЫХ СМЕСЕЙ.................................................263

4.1 Технологические операции подготовки смеси зерна пшеницы, ржи и сорго к развариванию, осахариванию, брожению и производству спирта.............................................263

4.2 Исследование фазового равновесия в спиртово-углеводородных смесях..............................................................265

4.2.1 Метод расчета подгоночных параметров модели и№С)иАС по известным параметрам модели иМБАС . 266

4.2.2 Метод расчета подгоночных параметров модели ЫЮЪ

по известным параметрам модели ИМБАС..................... 274

4.2.3 Вывод формул для диагностики расслаивания жидкости

на тарелках ректификационной колонны......................... 278

4.2.4 Анализ моделей иМСДМС и №1ТЬ для описания смесей, содержащих этанол, воду и углеводородные компоненты..........................................................................279

4.2.5 Экспериментальное исследование равновесия «жидкость - жидкость» в трехкомпонентной смеси «гексан - этанол - вода».....................................................281

4.2.6 Математическая модель расслаивания жидкой смеси.....283

4.3 Разработка новой безотходной технологии и технологического режима совместной переработки спиртосодержащего сырья и углеводородных компонентов бензина.........................................................................................299

4.4 Теоретическое и экспериментальное исследования закономерностей изменения температур кипения смеси «этанол - вода - н-гексан» и состава фаз, полученных расслаиванием дистиллята при постепенной перегонке........314

4.5 Разработка математической модели постепенной перегонки расслаивающихся жидких систем.............................................318

4.6 Разработка метода расчета идеальной ректификации и концентрационных областей разделения гетероазеотропной смеси «этанол - вода - н-гексан»...............................................327

4.7 Разработка процесса периодической ректификации для получения абсолютированного спирта.....................................330

4.8 Экспериментальное исследование операций дегидратации спирта, отгонки разделяющего агента и расслаивания «жидкость - жидкость»..............................................................333

4.8.1 Исследование дегидратации ректификованного спирта с использованием в качестве разделяющего агента бензола методами математического моделирования.......336

4.8.2 Исследование дегидратации ректификованного спирта с использованием в качестве разделяющего агента н-гексана методами математического моделирования .... 341 4.9 Разработка инновационной технологии совмещенного производства абсолютированного спирта и биоэтанола из

бражки, выработанной из зерна злаковых культур.................346

ГЛАВА 5 НАУЧНОЕ ОБОСНОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА НОВОЙ

ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ БЕЗВОДНОГО ЭТИЛОВОГО

СПИРТА, НЕ ИМЕЮЩЕЙ АНАЛОГОВ ЗА РУБЕЖОМ...............351

ЗАКЛЮЧЕНИЕ...........................................................................365

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ.......................369

ЛИТЕРАТУРА............................................................................ 370

ПРИЛОЖЕНИЕ А - Хроматограммы покомпонентного состава летучих

примесей бражек, выработанных из зернового сырья на спиртзаводах Краснодарского края и

Республики Адыгея.........................................................389

ПРИЛОЖЕНИЕ Б - Хроматограммы покомпонентного состава летучих

примесей образцов эфиро-альдегидной фракции, выработанной на спиртзаводах Краснодарского края и

Республики Адыгея.........................................................396

ПРИЛОЖЕНИЕ В - Хроматограмма покомпонентного состава летучих

примесей образца бражного дистиллята.......................401

ПРИЛОЖЕНИЕ Г - Хроматограммы покомпонентного состава

летучих примесей фракций виноградного спирта, произведенных на стендовой ректификационной установке периодического действия из

виноматериала сорта Уни блан......................................402

ПРИЛОЖЕНИЕ Д - Хроматограммы покомпонентного состава

летучих примесей фракций виноградного спирта, произведенных на стендовой ректификационной установке периодического действия из виноматериала сорта Первенец Магарача....................407

ПРИЛОЖЕНИЕ Е - Хроматограммы покомпонентного состава

летучих примесей продуктов «ООО Спиртзавод

«Майкопский».................................................................416

ПРИЛОЖЕНИЕ Ж - Хроматограмма покомпонентного состава

летучих примесей ректификованного спирта, выработанного на «ООО Спиртзавод «Майкопский» . 423 ПРИЛОЖЕНИЕ К -Хроматограммы покомпонентного состава летучих

примесей ректификованного спирта опытной партии, выработанного на «ООО Спиртзавод «Майкопский» . 424 ПРИЛОЖЕНИЕ Л - Хроматограммы покомпонентного состава

летучих примесей продуктов «ОАО АПФ

«Фанагория»....................................................................426

ПРИЛОЖЕНИЕ М - Хроматограммы покомпонентного состава

летучих примесей образцов спирта, произведенных на стендовой ректификационной установке периодического действия из спирта-сырца

ОАО АПФ «Фанагория».................................................435

ПРИЛОЖЕНИЕ Н - Хроматограммы покомпонентного состава

летучих примесей продуктов после модернизации

БРУ ОАО АПФ «Фанагория»........................................448

ПРИЛОЖЕНИЕ П - Хроматограммы образцов ректификованного

спирта, выработанного из высококонцентрированной бражки, полученной из зерна кукурузы группы

крахмалистая на ООО «КХ Восход» (г. Майкоп)..........452

ПРИЛОЖЕНИЕ Р - Покомпонентный состав летучих примесей,

содержащихся в отгонах кукурузной барды................454

ПРИЛОЖЕНИЕ С - Хроматограммы расслаивания смеси

«гексан - этанол - вода».................................................457

ПРИЛОЖЕНИЕ Т - Хроматограмма неэтилированного бензина

А-80 «Нормаль»...............................................................471

ПРИЛОЖЕНИЕ У - Хроматограммы анализов составов легкой и тяжелой

фаз и кубового остатка, полученных на лабораторной установке при расслаивании при 20 °С смеси «этанол -

вода - гексан».....................................................................473

ПРИЛОЖЕНИЕ Ф - Хроматограмма спиртового дистиллята,

полученного на стендовой ректификационной

колонне насадочного типа.................................................484

ПРИЛОЖЕНИЕ X - Хроматограмма летучих примесей

абсолютированного спирта, выработанного на стендовой ректификационной колонне насадочного

типа.......................................................................................485

ПРИЛОЖЕНИЕ Ц - Проверка адекватности разработанной

математической модели фракционирования................486

ПРИЛОЖЕНИЕ Ш -Технико-экономическое обоснование инновационной

технологии получения виноградного спирта путем фракционирования с последующим купажированием

фракций.............................................................................488

ПРИЛОЖЕНИЕ Щ -Технико-экономическое обоснование использования

при получении пищевого спирта в качестве сырья

эндосперма зерна...............................................................491

ПРИЛОЖЕНИЕ Э -Технико-экономическое обоснование

энергосберегающей технологии совмещенного производства высококачественного пищевого спирта и кормовой сухой барды.................................................493

ПРИЛОЖЕНИЕ Ю - Технико-экономическое обоснование инновационной

технологии совмещенного производства абсолютированного спирта и биоэтанола путем совместной переработки спиртовых и углеводородных смесей........................................................................501

ПРИЛОЖЕНИЕ Я - Технико-экономическое обоснование инновационной

технологии совмещенного производства

абсолютированного спирта высшего качества и

биоэтанола........................................................................502

ПРИЛОЖЕНИЕ Б - АКТ внедрения рекомендаций по технологическому

режиму бражной колонны и технологической схеме

эпюрационной колонны (ЗАО «ЮР-АН»)....................507

ПРИЛОЖЕНИЕ Б - ПРОТОКОЛ заседания дегустационной комиссии

кафедры технологии и организации виноделия и пивоварения ФГБОУ ВПО «КубГТУ» по органолептической оценке купажей фракций спирта .508 ПРИЛОЖЕНИЕ О - ЗАКЛЮЧЕНИЕ лаборатории переработки

винограда ГНУ «СКЗНИИСиВ» Россельхозакадемии на образцы спирта коньячного молодого ОАО АПФ

«Фанагория»....................................................................509

ПРИЛОЖЕНИЕ I - РЕКОМЕНДАЦИИ по увеличению ассортимента

коньячных спиртов (ОАО АПФ «Фанагория»)............510

ПРИЛОЖЕНИЕ Ь - АКТ ВНЕДРЕНИЯ рекомендаций по увеличению

ассортимента коньячных спиртов

(ОАО АПФ «Фанагория»)...............................................512

ПРИЛОЖЕНИЕ N - АКТ ВНЕДРЕНИЯ рекомендаций по

фракционированию коньячного спирта

(ОАО Спиртзавод «Майкопский»)................................513

ПРИЛОЖЕНИЕ О - АКТ ВНЕДРЕНИЯ рекомендаций по

фракционированию коньячного спирта

(ООО «Кубань Вино»)....................................................514

ПРИЛОЖЕНИЕ Я - ПРОТОКОЛ ИСПЫТАНИЙ по органолептической

оценке опытного варианта напитка...............................515

ПРИЛОЖЕНИЕ Б - АКТ проведения испытаний переработки зерна

пшеницы с целью выделения крахмалистого

эндосперма (ОАО «Краснодарзернопродукт»)............516

ПРИЛОЖЕНИЕ и - ПРОТОКОЛ заседания дегустационной комиссии

кафедры технологии и организации виноделия и

пивоварения ФГБОУ ВПО «КубГТУ»..........................517

ПРИЛОЖЕНИЕ V - АКТ ПЕРЕДАЧИ технологии получения пищевого

этилового спирта из зерна мельничной подготовки

ЗАО АПК «Мичуринский».............................................518

ПРИЛОЖЕНИЕ W - АКТ производственных испытаний научно-

технической продукции ЗАО АПК «Мичуринский» ...519 ПРИЛОЖЕНИЕ Y - АКТ внедрения научно-технической продукции

ЗАО АПК «Мичуринский».............................................520

ПРИЛОЖЕНИЕ Z - Технико-экономическое обоснование использования

при получении пищевого спирта в качестве сырья

эндосперма зерна ЗАО АПК «Мичуринский».............521

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 - АКТ ПЕРЕДАЧИ технологических режимов

бражной и эпюрационной колонн ОАО «Спиртзавод

«Майкопский».................................................................523

ПРИЛОЖЕНИЕ 2 - АКТ ВНЕДРЕНИЯ двухколонной схемы эпюрации

для получения этилового спирта марок «Экстра» и

«Люкс» ОАО «Спиртзавод «Майкопский»..................525

ПРИЛОЖЕНИЕ 3 - АКТ ПЕРЕДАЧИ рекомендаций по оптимальному

технологическому режиму брагоректификационной

установки ОАО «Спиртзавод «Майкопский»...............526

ПРИЛОЖЕНИЕ 4 - АКТ ВНЕДРЕНИЯ рекомендаций по оптимальному

технологическому режиму брагоректификационной

установки ОАО «Спиртзавод «Майкопский»...............527

ПРИЛОЖЕНИЕ 5 - Рекомендации по выработке спирта «Люкс»

ОАО «Спиртзавод «Майкопский»..................................528

ПРИЛОЖЕНИЕ 6 - Рекомендации по улучшению качества

ректификованного спирта на ОАО АПФ «Фанагория» 530 ПРИЛОЖЕНИЕ 7 - Рекомендации по эксплуатации установки и

режиму работы БРУ ОАО АПФ «Фанагория».............531

ПРИЛОЖЕНИЕ 8 - ЗАКЛЮЧЕНИЕ по обследованию БРУ ОАО АПФ

«Фанагория»....................................................................532

ПРИЛОЖЕНИЕ 9 - Рекомендации для повышения эффективности

работы ОАО АПФ «Фанагория»...................................534

ПРИЛОЖЕНИЕ 10 - Мероприятия по совершенствованию БРУ

ОАО АПФ «Фанагория».................................................535

ПРИЛОЖЕНИЕ 11 - АКТ ВНЕДРЕНИЯ технологического режима работы

БРУ ОАО АПФ «Фанагория» в соответствии с заключением по научно-исследовательской работе «Модернизация брагоректификационной установки косвенного действия, технологической схемы и технологического режима с целью получения этилового спирта ректификованного по

ГОСТ Р 51652-2000 марки высшей очистки»...............536

ПРИЛОЖЕНИЕ 12 - АКТ ВНЕДРЕНИЯ новых ситчатых тарелок для

эпюрационной и спиртовой колонн на ОАО АПФ

«Фанагория»....................................................................537

ПРИЛОЖЕНИЕ 13 - Рекомендации по технологическому режиму работы

модернизированной БРУ ОАО АПФ «Фанагория».....538

ПРИЛОЖЕНИЕ 14 - АКТ ВНЕДРЕНИЯ технологического режима работы

БРУ ОАО АПФ «Фанагория», обеспечивающего производство спирта этилового ректификованного марок «Высшая очистка» и «Экстра» по

ГОСТ Р 51652-2000 .........................................................539

ПРИЛОЖЕНИЕ 15 - Технико-экономическое обоснование ожидаемой

годовой экономической эффективности производства этилового спирта для биотоплива

(ОАО АПФ «Фанагория»)..............................................540

ПРИЛОЖЕНИЕ 16 - ПРОТОКОЛ испытани