автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.07, диссертация на тему:Разработка и внедрение энергосберегающих технологий ректификации этилового спирта

УКРАЇНСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ХАРЧОВИХ ТЕХНОЛОГІЙ

МІЩЕНКО Олексій Семенович

ргп с:

- , ;• ; — УДК 663.551.24

РОЗРОБКА ТА ВПРОВАДЖЕННЯ ЕНЕРГОЗБЕРІГАЮЧИХ ТЕХНОЛОГІЙ РЕКТИФІКАЦІЇ ЕТИЛОВОГО СПИРТУ

05.18.07 - Технологія продуктів бродіння

АВТОРЕФЕРАТ дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Київ-2000

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Українському науково-дослідному інституті спирту і біотехнології продовольчих продуктів Міністерства аграрної політики України.

Науковий керівник - кандидат технічних наук, старший науковий співробітник, член - кореспондент УТА Міхненко Євгеній Олександрович,

Український науково-дослідний інститут спирту і біотехнології продовольчих продуктів, завідуючий відділом.

Офіційні опоненти: Доктор технічних наук, професор, заслужений винахідник України, лауреат Державної премії України Шиян Петро Леонідович,

Український державний університет харчових технологій, професор кафедри біотехнології продуктів бродіння, екстрактів та напоїв.

Кандидат технічних наук, академік УТА Бойко Петро Миколайович,

Державний концерн спиртової та лікеро-горілчаної промисловості, начальник відділу.

Провідна установа: Інститут харчової хімії і технології НАН України та

Міністерства аграрної політики України, м. Київ.

Захист відбудеться «/У» /ШЬіІЇЯ 2000 р. о /4 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.058.04 в Українському державному університеті харчових технологій за адресою: 01033, Київ - 33, вул. Володимирська, 68, аудиторія А - 311.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Українського державного університету харчових технологій за адресою: 01033, Київ-33, вул. Володимирська, 68.

Автореферат розісланий «ІУ» 'і 2000 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради,

к.т.н., с.н.с. 0£$гсу%-/— -Я-О. Федоренченко

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Створення енергозберігаючих технологій є одним з пріоритетних напрямків становлення суспільного виробничого комплексу незалежної України. Перш за все, це обумовлено значною залежністю України від імпорту енергоносіїв, що в значній мірі визначає високу собівартість вітчизняної продукції.

Ректифікований спирт в Україні, в основному, виробляють на брагоректифі-каційних установках непрямої дії, які є одними з найбільш енергомістких серед відомих. Не дивлячись на суттєве скорочення обсягів виробництва ректифікованого спирту, які становили у 1999 році близько 15 млн. дал, витрати теплової енергії на його одержання залишаються значними і складають лише для потреб брагоректифікації більше 2000 ' 106 МДж або понад 70 тис. тонн умовного палива на рік. Тому заміна застарілої енергоємної технології брагоректифікації на більш економічну при одночасному забезпеченні високої якості спирту дозволить підвищити конкурентоздатність вітчизняної продукції на внутрішньому і зовнішньому ринках.

У зв’язку з вищенаведеним, проблема створення і впровадження енергозберігаючих технологій ректифікації етилового спирту є актуальною.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалась згідно з цільовим науково - технічним проектом Міннауки України «Розробка високоефективної технології виробництва спирту із вуглеводвмісної відновлюваної сировини» № 0197Ш15051, завданнями державного концерну «Укрспирт» «Розробити і впровадити технологію і нормативно - технічну документацію на одержання ректифікованого спирту зі зменшеним вмістом алкоголю» № 0192Ш11865 і «Розробити та впровадити раціональну енергозберігаючу техніку і технологію ректифікації етанолу з організацією виробництва БРУ в Україні», господарчими договорами з підприємствами галузі і планами НД і ДКР УкрНДІспиртбіопрод.

Мета і задачі досліджень. Метою роботи є наукове обгрунтування, розробка та впровадження енергозберігаючої технології брагоректифікації з елементами під вакуумом і рекуперацією тепла та енергозберігаючої технології виробництва спирту етилового ректифікованого зі зменшеним вмістом алкоголю.

У зв’язку з цим були поставлені такі задачі:

- розробити уточнену математичну модель фазової рівноваги рідина - пара для

суміші етанол - вода за різних тисків; .

- розробити математичні моделі залежностей.температури кипіння суміші етанол-вода від концентрації і тиску та ізобарної теплоємності і теплоти пароутворення цієї суміші від температури і складу;

- вивчити вплив деяких факторів на флегмове число і витрату гріючої пари ректифікаційної колони за умови врахування гідравлічного опору тарілок;

- експериментально дослідити вплив робочого тиску ректифікаційної колони на ефективність масообмінних тарілок і визначити його оптимальне значення;

- визначити вплив зменшення концентрації ректифікованого спирту на флегмове число, витрату гріючої пари, продуктивність ректифікаційної колони та її термодинамічну ефективність за умови врахування гідравлічного опору тарілок; ' ■

- експериментально дослідити склад бражних дистилятів з різних стадій конденсації у виробничих умовах;

- розробити та впровадити технологію брагоректифікації для виробництва спирту

зі зменшеним вмістом алкоголю; ‘

- дослідити ефективність застосування плівкового кип’ятильника ректифікаційної колони, що працює під вакуумом, в разі обігріву його парою бражного дистиляту;

- обгрунтувати вибір енерготехнологічних зв’язків і параметрів та розробити енергозберігаючу технологію брагоректифікації з елементами під вакуумом;

- виконати енергетичний та термодинамічний аналіз розробленої БРУ;

- впровадити ехнологію брагоректифікації з елементами під вакуумом і рекуперацією тепла, відпрацювати параметри технологічного режиму; - .

- розробити і затвердити відповідну нормативно-технічну документацію;

- визначити економічну ефективність розроблених технологій.

Наукова новизна. Науково обгрунтовано енерготехнологічне комбінування в брагоректифікаційній установці з елементами під вакуумом на базі ступінчато - послідовного використання тепла пари бражного дистиляту і барди. Розраховано енергетичні та ексергетичні баланси розробленої БРУ з елементами під вакуумом, визначено термодинамічну ефективність її елементів.'

Розроблено уточнені математичні моделі фазової рівноваги в системі рідина-пара для суміші етанол-вода за різних тисків, залежності температури кипіння від тиску і складу, а також залежності ізобарної теплоємності і теплоти пароутворення від температури та складу суміші етанол-вода і за їх допомогою вивчено вплив тиску, складу дистиляту та кількості теоретичних тарілок на флегмове число ректифікаційної колони з врахуванням гідравлічного опору масообмінних тарілок, а також вплив величини останнього на параметри роботи РК.

Експериментально досліджено вплив величини робочого тиску на ефективність ситчасто-клапанних тарілок та визначено його оптимальне значення.

На основі експериментальних даних отримано залежність коефіцієнта теплопередачі плівкового кип’ятильника ректифікаційної колони від температурного напору в разі його обігріву парою бражного дистиляту

Отримано нові експериментальні дані про розподіл основних груп домішок при парціальній конденсації пари бражного дистиляту. Науково обгрунтовано технологію ректифікованого спирту зі зменшеним вмістом алкоголю, показано ступінь підвищення термодинамічної ефективності ректифікаційної колони при його виробництві. . '

Новизну та ефективність розробленої енергозберігаючої технології та

з

установки з елементами під вакуумом і рекуперацією тепла підтверджено патентами України № 11944 га Росії № 1655104.

Новизну та ефективність розробленої технології виробництва спирту етилового ректифікованого зі зменшеним вмістом алкоголю підтверджено патентами України № 8782 та № 17080-А і Росії № 1275037.

Практичне значення одержаних результатів полягас у використанні їх при розробці технологічного регламенту на виробництво спирту етилового ректифікованого з харчових видів сировини та доповнення до технологічного регламенту на виробництво ректифікованого спирту вищої очистки зі зменшеним вмістом алкоголю. Розроблено і затверджено ТУУ 18.163-94 «Спирт етиловий ректифікований вищої очистки «Номінал», внесено зміни до Міждержавного стандарту ГОСТ 5962- 67 «Спирт этиловый ректификованный. Технические условия».

Результати теоретичних та експериментальних досліджень використано ПКБ УкрНДІспиртбіопрод при розробці проектів реконструкції Бійського спиртового заводу та будівництва спиртових заводів у м. Находка (РФ) та м. Александрополі (Республіка Греція ).

Технологію виробництва спирту етилового ректифікованого вищої очистки «Номінал» впроваджено на Будильському спиртовому заводі і здано відомчій комісії Державного концерну «Укрслирг».

Енергозберігаючу технологію брагоректифікації та установку з елементами під вакуумом впроваджено на Бійському спиртовому заводі (РФ).

Особистий внесок здобувача полягає в організації і проведенні наукових експериментів, а також в обробці і узагальненні їх результатів, написанні наукових статей, безпосередній участі в розробці нормативно - технічної документації.

При безпосередній участі автора розроблено технологічні схеми БРУдля виробництва спирту зі зменшеним вмістом алкоголю та БРУ з елементами під вакуумом. Під його керівництвом і безпосередній участі виконано відпрацювання технологічних режимів, розроблені технології впроваджено у виробництво.

Автор висловлює подяку співробітникам лабораторії процесів ректифікації УкрНДІспиртбіопрод і відділу обладнання процесів ректифікації, дистиляції і абсорбції УкрНДІхіммаш за співпрацю при виконанні дисертаційної роботи.

Апробація результатів дисертації здійснювалась на засіданнях Вченої Ради УкрНДІспиртбіпрод у 1994-1999 рр.; на Всесоюзній нараді «Тепломассг.-обменное оборудование - 88», м. Москва, 1988 р.; Міжнародній науково - практичній конференції «Вакуумная техника и вакуумные технологии», м. Харків, 1995 р.; Всеукраїнській науково - технічній конференції «Розробка та впровадження прогресивних технологій у харчову та переробну промисловість», м. Київ, УДУХТ, 1995р.; IX Міжнародній конференції «Удосконалення процесів та апаратів хімічних, харчових та нафто - хімічних виробництв», м. Одеса, 1996 р.; Міжнародній науково-технічній конференції «Розробка та впровадження прогресивних ресурсоощадних технологій та обладнання в харчову та переробну

промисловість», м. Київ,УДУХТ, 1996 p.; 6-й Міжнародній науково - технічній конференції «Проблеми та перспективи створення і впровадження нових ресурсо-та енергоощадних технологій, обладнання в галузях харчової та переробної промисловості», м. Київ, УДУХТ, 1999 p.; в експонатах в рамках Національних міжнародних виставок України «Intecvart Ukraine» (м. Київ) 1997 p.; в ОАЕ (м.Шар-джа), 1995-1996 p.p.; в Індії (м. Нью-Делі), 1996 p.; в Греції (м. Салоніки), 1998 р.

Публікації. За матеріалами дисертації опубліковано 15 друкованих праць, у тому числі 8 статей у наукових фахових виданнях, 3 патенти України (1 спосіб і 1 установку запатентовано також в Росії).

Структура та обсяг роботи. Дисертаційна робота складається із вступу, 5 розділів, висновків, списку використаних джерел, що включає 191 найменування та 13 додатків. Робота викладена на 141 сторінці основного тексту, містить 25 рисунків та 14 таблиць.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтовано актуальність теми дисертаційної роботи, визначено мету і задачі досліджень, з’ясовано наукову та практичну цінність роботи.

У першому розділі «Основні напрямки економії тепла в технології ректифікації спирту» на основі вітчизняних і зарубіжних джерел проаналізовано сучасний стан енергозбереження в системі брагоректифікаційних установок.

Розглянуто відомі технологічні та конструктивні прийоми енергозбереження: оснащення колон більш ефективними масообмінними тарілками; збільшення концентрації спирту в бражці і підвищення температури її нагріву; використання тепла барди для нагріву бражки та обігріву колон БРУ; використання лютерної води для обігріву бражної колони та нагріву напівпродуктів ректифікації; робота окремих колон під вакуумом, що надає ряд теплотехнічних та технологічних переваг; виробництво спирту зі зменшеним вмістом алкоголю; раціональне проектування БРУ і оптимізація параметрів процесу.

Проаналізовано ряд брагоректифікаційних установок з різним ступенем енерготехнологічного комбінування в системах, елементи яких працюють за атмосферного тиску, під вакуумом та за тиску вище атмосферного, а також з механічною рекомпресіею пари. Розглянуто їх позитивні сторони та недоліки, намічено перспективні шляхи вдосконалення БРУ.

Розглянуто методи аналізу енерготехнологічних систем і обгрунтовано перспективність застосування ексергетичного методу термодинамічної оцінки БРУ з рекуперацією тепла, вказано на необхідність уточнення математичної моделі фазової рівноваги суміші етанол - вода, як бази для розрахунків процесу ректифікації. Сформульовано задачі досліджень.

У другому розділі «Об’єкти та методи досліджень» наведено схему та опис роботи експериментальної БРУ Коростишівського спиртового заводу, на якій вивчали роботу плівкового кип’ятильника ректифікаційної колони за умови обі-

ріву його парою бражного дистиляту. Оцінку його ефективності здійснювали за величиною коефіцієнта теплопередачі К.

Аналіз теплових балансів колон БРУ здійснювали за відомими методиками з використанням розроблених нами математичних моделей фазової рівноваги, температури кипіння І, ізобарної теплоємності Ср та теплоти пароутворення г суміші етанол - вода за різних умов.

Аналіз взаємозалежності параметрів ректифікаційної колони (РК) виконували з використанням методики розрахунку по теоретичних ступенях «від тарілки до тарілки» з врахуванням гідравлічного опору масообмінних тарілок. Опти-мізацію робочого (над верхньою тарілкою) тиску (Рв) здійснювали за допомогою емпіричної залежності середнього к.к.д. тарілок (г)) від тиску (Р), розробленої нами на основі експериментальних даних, отриманих при дослідженні ефективності ситчасто- клапанних тарілок за різних тисків.

Термодинамічний аналіз БРУ виконано згідно з методикою аналізу теплових процесів хімічної технології, запропонованою академіком В.В. ІСафа-ровим, в основу якої покладено ексергетичний баланс термодинамічної системи. Термодинамічну ефективність технологічних елементів БРУ визначали за коефіцієнтами інтенсивності (г|ц) і ексергетичних втрат (г|п).

Проби для аналітичних досліджень відбирали при стабільному технологічному режимі і аналізували за відомими методиками.

Третій розділ «Вивчення впливу різних факторів на флегмове число ректифікаційної колони та витрату гріючої пари» присвячений математичному моделюванню взаемозалежностей параметрів РК за умови врахування гідравлічного опору масообмінних тарілок (ДР). В розрахунках використовували розроблені нами на основі відомих експериментальних даних залежності.

Ізобарну теплоємність розраховували за допомогою рівняння:

СР = 4,153 + 2,313 х - 8,178 х2 + 3,848 ‘х3 +

+ (0,000834-0,00936 х+ 0,05018 х2-0,02961 х3)’ І, кДж/кг'°С (1)

де: х - концентрація етанолу в розчині, мас. частка;

І - температура кипіння, °С.

Температуру кипіння розчинів знаходили з виразів:

1 = (1-у)(Уа2'У)' V Уаг +1, + 12 +13, °С . (2)

де:уа2 = 0,8754 + (1,9746 - 7,44/Р) / Р ; І, =у (1-у) Ча2/ (уаг ■ (1 - уа,));

Ь = У (У - Уаг) ' / 0 " Уаг)! ^3 = 30 ' у ' (Уаг - У) ' 0-у)2;

^ =3611,977 / (16,55514 - 1п Р) - 224,318; ^ = 1а - 0,016 - 0,00112 * Р;

^ =3890,54/(16,40703-ІпР)- 230,013;

Іа> 1аг. ['Л' - температура кипіння спирту, азеотропу і води, °С;

Уаг, у - концентрація етанолу в азеотропі і парі, мол. частка;

Р - тиск, кПа.

Теплоту пароутворення суміші етанол-вода обчислювали за рівнянням:

г = гв-га'у (3)

де: гв= 2498,7-2,21094-0,0020843 Ч2; га=гв-ге= 1588,3 - 2,4518' 1+0,010371 Ч2 г, гв, ге - теплота пароутворення суміші, води та етанолу, кДж/кг; у - концентрація етанолу у парі, мас. частка.

Наведені формули для розрахунків Ср, г, і характеризують властивості

водно-спиртових сумішей за тиску від 25 до 130 кПа і дійсні для концентрацій

етанолу від 0 до 100 % включно з відносною похибкою до 0,5 % .

Фазову рівновагу рідина-пара системи етиловий спирт-вода обчислювали за допомогою розробленої нами математичної моделі. Обчислювали допоміжну величину:

хк = 0,02405 + 0,000001 ‘ (125 - 2,14 ' Р)' Р. (4)

Якщо X > Хх, тоді обчислюються проміжні величини: хаг= 0,8754 +(1,9746 - 7,44 /Р)' Р і к3 = (к„ + К]Х + к2' х2) / (1 + 2іх + г2' х2); де: к0= 2,93 + 0,056847 Р; к, =244,059 + 1,431848 ' Р; к2= 290,35 + 0,5467555 ■ Р;

2,= 520,483 + 2,353615 ' Р; гг =3,1747 + 0,3054113 ‘Р

і нарешті

у = (1 + (1-х)-(1-х/ха2)'кз)'х. (5)

В іншому разі (якщо х<хк) обчислення мають вигляд: к0 = 3,93 + 0,056847' Р; хл= х / (0,025 - 1,7765 ' 1С4' Р);

К! = 1 - Ко / (6,6 + 0, 041056 ' Р) і потім

у = к0-х/(1 +кГхА- (хА-2)) (6)

де: х,у- концентрація етанолу в рідині та парі, мол. частка.

Розроблена модель описує фазову рівновагу водно - спиртової суміші за тиску 254- 130 кПа, враховує явище інверсії кривої фазової рівноваги і дійсна для концентрації етанолу від 0 до 100 % включно з відносною похибкою до 1%.

Обчислення флегмового числа (V) і виграти гріючої пари (П)р виконано для колони, що містить 31,33, 35, 37, 39, 41 теоретичну тарілку (т.т.), в тому числі 8 вичерпуючих та 4 пастеризуючих, для яких ДР = 0,8 кПа/т.т., для значень Р„ = = 25,3; 50,6; 75,9; 101,3; 126,7 кПа, концентрації етанолу в ректифікованому спирті хДр= 96,0; 96,2; 96,3; 96,5 % об., в живленні хе= 20, 40, 60 %об., в лютерній воді хл=0,005 %об.

Особливо значний вплив на V з перерахованих параметрів у вказаних діапазонах значень хс, хдр п, і Рв має значення Р8 (рис. 1а), причому цей вплив зростає зі зменшенням п і збільшенням Хдр, особливо вище 96,2 % об. Слід також відзначити, що зміна Хдр (рис.1 б) та п (рис.їв) менше впливає на V при роботі колони під вакуумом, ніж за тиску, близького до атмосферного і, особливо, вище атмосферного. Вплив хе на V в розглянутому діапазоні значень Р„, хдр і п незначний.

п=33

и.

а

50.6

101,3

Хд».%0б.

96.5

^96.2

>-96.5

.96,0

^96.2

96.0

41 п.шт

а) б) в)

Рис. 1 Залежність флегмового числа РК від Рв(а), хдр(б) і п(в):

а) - - - п = 33 т.т.;----п =37 т.т.; п = 41 т.т.;

б), в) - • --Рв= 50,6 кПа;-------Рв= 101,3 кПа; - --Рв= 126,7 кПа.

Математичною обробкою результатів отримано залежність V від Рв і хдр для колони, що містить 37 т.т., з яких 8 вичерпуючих і 4 пастеризуючих, хе= 40 % об.:

V = 100000/ (Л' хдр2 - В' Хдр3) де А = 793,1/Рв+265,5+0,06377'Рв; В = 7,783/ Рв+2,728+0,0007512‘ Рв

(7)

Залежність справедлива для значень хдр від 95,1 до 96,5 % об. і Рв в діапазоні

25,3... 126,7 кПа з відносною похибкою не більше 2,7 %.

Для оцінки впливу величини АР на V і Пр виконано розрахунки для РК, що містить 37 т.т. з яких 8 вичерпуючих і 4 пастеризуючих, хс= 40 % об., відбір непастеризованого спирту - 1 %. При цьому хдр змінювали від 96,0 до 96,5 % об., Рв- в межах 25,3... 126,7 кПа, ДР- в межах 0...1,0 кПа на 1 т.т. З графіків (рис.2) видно, що значення V, отримані без врахування АР (ДР = 0) і з врахуванням останнього, суттєво відрізняються, особливо це помітно в області значень Рп, менших 50,6 кПа. Так, значення V, розраховані для хдр= 96,0 % об. і хдр= 96,5 % об. за робочого тиску Рв= 25,3 кПа без врахування гідравлічного опору (ДР = 0), майже співпадають - 2,33 і' 2,48 відповідно. В той же час, ці значення, розраховані, наприклад, для ДР = 0,8 кПа, відповідно будуть -1,64 і 2,87 (рис.2 а).

З рис.2 також видно, що для х;:р= 96,0 і ДР = 0 при зменшенні Рв нижче 50,6 кПа зменшення значень V припиняється, в той час, як для ДР = 0,8 кПа

вони зменшуються й далі. На нашу думку це можна пояснити спільним впливом

а) б)

Рис. 2 Залежність флегмового числа РК від ДР та Рв для різних значень хдр:

а) - • --Рв= 25,3 кПа;------Рв=50,6кПа;----------Рв= 101,3 кПа;

б) - • - -ДР = 0; — -ДР = 0,8кПа.

Таким чином, результати математичного моделювання вказують на необхідність врахування ДР масообмінних тарілок в розрахунках ректифікаційних колон.

Дослідження ситчасто-клапанних тарілок (СКТ) при ректифікації суміші етанол-вода, проведені на Лужанському експериментальному заводі в діапазоні значень Рв - 37,5... 1 ОЗ.ЗкПа і значень фактора парової нагрузки (Т = V/' де —

швидкість пари, м/с; рп - густина пари, кг/м3) - 0,9...1,59 кг °'5 ‘ м '°’5' с показали, що їх коефіцієнт корисної дії (г)) у дослідженому діапазоні практично не залежить від її. В той же час при зменшенні Рв відбувається істотне зменшення г|. Математичною обробкою результатів отримано залежність т| від Рв:

П = л/(0,5412-14,72/Р„), . (8)

де Р = Рв+ ДР (п' - і);

п', 3 - кількість реальних тарілок в колоні та номер тарілки, рахуючи знизу.

Враховуючи позитивні наслідки роботи РК під вакуумом - зменшення V і Пр при незмінних хлр і п, а також негативні - зменшення Т|, - з метою знаходження оптимального Рв було виконано розрахунки для колони, що містить 74 СКТ, з яких 16 виварних і 8 пастеризуючих, ДР = 0,2 кПа на одну реальну тарілку. Розрахунки виконано для хЕ = 40 % об., хдр = 96,0; 96,2; 96,5 % об. і Рв =

30,3...101,3 кПа. Продуктивність РК (Др) для різних значень Рв розраховували, виходячи з незмінного значення Р-фактора для всіх значень Рв. В розрахунках Др за 100% прийнято продуктивність РК за Р„= 101,3 кПа і хлр = 96,2 % об.

Результати розрахунків (рис.З) свідчать, що для всіх значень хдр в разі зменшення Рв від 100 до 50 кПа відбувається інтенсивне зменшення значень V і

Пр, яке далі уповільнюється. За Рв=40 кПа значення V і Пр досягають свого мінімуму і при подальшому зменшенні Р„ починають зростати.

х„.*Аоб.

96.5

96,2

86.0

ЗО 50

90 Р».кПа

а) б)

Рис. 3. Залежність флегмового числа (V), витрати гріючої пари (П„) та

продуктивності колони(Др) від тиску Рв:

б) — витрата гріючої пари; - • — продуктивність колони

Що стосується Др, то зменшення Рв призводить до її падіння, причому 3?. Рв < 50 кПа інтенсивність падіння зростає.

Таким чином, виходячи з мінімального значення V і Пр, оптимальним діапазоном значень Рв слід вважати 40...50 кПа, але, зважаючи на те, що Рв<50 кПа відбувається істотне зменшення Др, очевидно, буде додільним взяти зл робочий тиск верхню межу вищевказаного діапазону, тобто Рв = 50 кПа. '

В четвертому розділі «Технологія ректифікованого спирту зі зменшеним вмістом алкоголю» наведено результати вивчення впливу хдр на V, ПР і Др п різних Рв та хЕ з врахуванням ДР. Розрахунки виконували для колони, що містиі и 37 т.т. При визначенні Др за базову (100 %) приймали Др колони, що працює за тиску 101,3 кПа при виробництві спирту з хдр= 96,2 %об. Результати розрахунків показали, що особливо істотно хдр впливає на V, ПР, Др для колони, яка працює за Рв=101,3 кПа, при зменшенні тиску цей вплив зменшується. Вплив хс на параметри процесу ректифікації у розглянутому діапазоні значень Р„ та хд., незначний. Математичною обробкою результатів розрахунків одержано залежності Пр та продуктивності РК від Рв , хдр та хе:

Хдр А • /(в • хдр)

Пр= — . кг/дал (9) Др= ----------- , % від базової, (10)

С у(К — Хдр) хЛр

де С = 6,8473 - 4,233 / Р„- 421.36/ хе2; К = 96,4536 + 34,218 / Рв - 49,13/ хс2;

А = 20340 - 79668 / ^ Рв - 26939/ V; В = 96,4752 - 33,348 / Р„ +-19,85/' хе2.

Відносна похибка значень параметрів, розрахованих за допомогою

одержаних формул, не перевершує 3 % для Пр і 1 % для Др. .

Виконано термодинамічний аналіз РК при виробництві спирту з різними

Хдр. Ексергетичний баланс елемента установки описується рівнянням:

ІЕах = ІЕІИХ+ЕД, (11)

де Евх, Евих, Д- відповідно ексергія, що вводиться та виводиться з системи і втрата ексергії від необоротності, кДж.

Ексергію потоку речовини визначали за рівнянням:

Е = ш [(і,- і. - ВД- во)] = ш (і,- іо - Т0 А Э), (12)

де т - маса потоку речовини в розрахунку на 1 дал спирту, кг;

¡і, і0- ентальпія потоку в даному стані і в стані рівноваги з довкіллям, кДж/ кг;

Бь 50-енгропія потоку в даному стані і в стані рівноваги з довкіллям, кДж/кг' К;

Т0 - температура довкілля, °К.

Розраховано ексергетичній баланс системи, що включала РК, дефлегматор і кип'ятильник, для умов: хдр = 96,5; 96,2; 96,0; 95,5 % об.; хе = 40 % об.; V = 6,07;

4,08; 3,36; 2,35; ДР = 0,8 кПа/тл.; висота колони - 37 т.т.; Рв - 101,3 кПа; тиск

гріючої пари - 304 кПа; температура води на вході та на виході з дефлегматора -20 і 70 °С відповідно.

Результати розрахунку показали, що, наприклад, питомі витрати ексергії на вході в кип’ятильник Е„ при зменшенні хдр з 96,5 до 95,5 зменшуються з 18356 до 8998 кДж/дал, зменшуються і втрати ексергії в усіх досліджених елементах.

При оцінці термодинамічної ефективності ректифікації розглядали окремо процеси масо- і теплообміну: випарювання, власне ректифікацію і дефлегмацію.

Для теплообмінної апаратури рівняння для розрахунку коефіцієнтів інтенсивності і ексергетичних втрат без урахування гідравлічних втрат мають вигляд:

П>; = Тг (Тх - То)/ Тх (Тг - Т0) (13)

Лп= (От ’ То' (Тг- Тх/ Тг ‘ Тх))/ Евх, (14)

де От - кількість переданого корисного тепла, кДж;

Тх, Тг - середня температура холодного і гарячого потоку, °К.

Для процесу ректифікації коефіцієнти тім і т|п розраховували за рівняннями:

Г|Ы - (Е др + Ел + Ее)/ Ер=ізо ,

(15)

Лп~ (Ер=і зо — (Ед + Едр — Ец ))/(Ер=по+Ер + Ее ) (16)

де Елр,Ел, Ее - ексергія верхнього, нижнього продуктів і живлення, кДж;

Е р=ізо, ЕР - ексергія парового потоку на виході з кип’ ятильника і флегми, кДж.

Розрахунки показали, що г|м і г|„ для дефлегматора і кип'ятильника при зміні хдр залишаються практично незмінними, а для ректифікаційної колони зі зменшенням Хдр з 96,5 до 95,5 % об. коефіцієнт інтенсивності г|к зростає з 0,112 до

0,23, а коефіцієнт ексергетичних втрат г|п - зменшується з 0,723 до 0,615.

Для уточнення вмісту альдегідів і ефірів та вивчення вмісту кислот, вищих спиртів та метанолу в бражних дистилятах з різних стадій конденсації при переробці цукро- та крохмалевмісної сировини у виробничих умовах Попівського експериментального та Стадницького спиртового заводів було досліджено бражні дистиляти, отримані відповідно на БРУ під вакуумом та БРУ непрямої дії.

Аналіз отриманих результатів показав, що в процесі парціальної конденсації в дистилятах, поряд з підвищенням концентрації етанолу, зростає вміст альдегідів, ефірів, вищих спиртів та метанолу і зменшується вмісту кислот. Так, в дистилятах, отриманих з мелясної бражки, вміст ефірів збільшується від 0,0146 % об. в дистиляті з кипятильника РК до 0,0236 % об. в дистиляті з останньої стадії конденсації (конденсатор БК) і до 0,0539 % об. в дистиляті з конденсатора сепаратора С02. При переробці зернової бражки вміст, наприклад, метанолу збільшується від 0,0215 % об. в дистиляті з підігрівника бражки до 0,114 % об. в дистиляті конденсатора БК і 0,145 % об. в дистиляті з конденсатора сепаратора С02.

Порівнюючи отримані результати з відомими даними по концентрації домішок на тарілках епюраційної колони (ЕК), запропоновано здійснювати роздільне її живлення бражними дистилятами з різних стадій конденсації, виходячи з профілю концентрацій визначальної домішки по висоті колони.

На підставі виконаних досліджень розроблено технологію спирту ректифікованого зі зменшеним вмістом алкоголю. Технологію забезпечено доповненням до технологічного регламенту та технічними умовами ТУ У 18.163 - 94 «Спирт етиловий ректифікований вищої очистки «Номінал», згідно з якими концентрацію алкоголю в ректифікованому спирті зменшено до 96,0 % об., при вимогах до інших показників якості нарівні спирту вищої очистки за ГОСТ 5962 - 67.

Технологію реалізовано на Будильському спиртовому заводі шляхом рекон струкції БРУ непрямої дії продуктивністю 3000 дал/добу. Під час напрацюванш: дослідної партії спирту продуктивність установки досягала 3600 дал за добу. Показники якості спирту, що при цьому вироблявся, відповідали вимогам ТУ У 18.163-94. Річний економічний ефект від впровадження склав 46 тис. гри.

Технологію здано відомчій комісії державного концерну «Укрспирт», новизну захищено патентами України і Росії.

У п'ятому розділі «Брагоректифікаційна установка з елементами під вакуумом і рекуперацією тепла (БРУВАК - 1)» наведено результати дослідження

ефективності плівкового кип'ятильника ректифікаційної колони, що працює під вакуумом, в разі обігріву його парою бражного дистиляту.

В процесі досліджень виявлено, що мінімальна щільність зрошення кип'ятильних труб складає Ь = 1,7 ' 10 "4 м3/м ' с. Математичною обробкою результатів досліджень одержано залежності коефіцієнта теплопередачі від температурного напору (ДО для верхньої Кв і для нижньої Кн секцій кип’ятильника:

К„=90ДІ+ 770, Вт/м2' °С (17) К„= 102Лї + 230, Вт/м2’°С (18)

Аналіз одержаних даних показав, іцо інтенсивність теплообміну в плівковому кип'ятильнику більш, як в два рази вища, ніж в циркуляційному кип'ятильнику, що працює в аналогічних умовах.

Виходячи з умови забезпечення інтенсивного теплообміну між технологічними потоками і найбільш повного використання тепла пари бражного дистиляту, з використанням залежностей (1)...(6), (17), (18) виконано обгрунтування енерготехнологічних зв'язків і параметрів та розроблено технологію брагоректи-фікації і установку з елементами під вакуумом і рекуперацією тепла БРУВАК-1.

Установка (рис.4) містить три колони: бражну (БК), епюраційну (ЕК) і ректифікаційну (РК).

Рис. 4. Брагоректифі надійна установка з елементами під вакуумом БРУВАК-1:

4 - БК; 13 - ЕК; 19 - РК; 1, 7,22- підігрівники; 12, 23, 24-дефлегматори; 14, 18, 21-кип’ятильники; 8, 9, 10,11, 25,26 - конденсатори; 6 - випарник; 5 - парострумин-ний компресор; 2 - декарбонізатор; 15 - збірник; 20 - насос; 28 - вакуум-насос; З, 17, 27- ротаметри; Б - бражка; Л - барда; ГФ - головна фракція РС - ректифікований спирт;СМ - сивушне масло.

Особливістю технологічної схеми БРУ є те, що епюраційна і ректифікаційна колони працюють під вакуумом, а для їх обігріву використовують тепло пари

бражного дистиляту. Іншими особливостями схеми є:

- декарбонізація нагрітої до кипіння бражки в протитечії зі спиртовою парою ;

- зрошення верхніх тарілок БК бражним дистилятом для очищення водно-спиртової пари від часток бражки і піни;

- ступінчато-лослідовне використання тепла пари бражного дистиляту для обігріву РК, ЕК і нагріву бражки;

- попередній нагрів бражки спиртовою парою з ректифікаційної колони;

- ступінчато- послідовна рекуперація тепла барди для нагріву і перегонки бражки;

- використання для рекуперативного обігріву РК плівкового кип'ятильника.

Як показали розрахунки, сумарна витрата гріючої пари в розробленій БРУ складає 26 кг/дал, що на 51% менше, ніж в установці непрямої дії (БРУНД), і на 8 % менше, ніж в відомій брагоректифікаційній установці з елементами під вакуумом - БРУВАК - 2. Діаграму теплових потоків БРУВАК - 1 наведено на рис.5.

О»'0=2.5%

0“.=28,5%

Рис. 5.Діаграма теплових потоків БРУВАК-1

Дані ексергетичтго балансу свідчать, що загальна величина втрат ексергії

іі скидними потоками для БРУВАК-1 складає 3540 кДж/дал, або на 68 % менше, гіж в БРУНД, і на 31 % менше, ніж для БРУВАК - 2.

Аналіз коефіцієнтів і тіп елементів БРУВАК-1 (табл.1) показав, що ефе-стивність більшості її елементів вища ніж, аналогічних елементів БРУНД і знахо-щться на рівні ефективності елементів БРУВАК - 2.

Розроблену технологію і установку БРУВАК - 1 впроваджено на Бійському ширтовому заводі Російської Федерації шляхом реконструкції БРУ непрямої дії

Таблиця 1

Коефіцієнти термодинамічної ефективності БРУВАК-1

Назва елементів установки тх,°к тг,°к . Hn Лп

Бражна колона - - . 0,88 0,087

Епюраційна колош - - 0,049 0,596

Ректифікаційна колона - - 0,139 0,721

Кип'ятильник ЕК 345 363 0,782 0,101

Плівк. кип'ятильн. РК 365 369,8 0,95 0,016

Кип'ятильник РК 365 407 0,704 0,253

Дефлегматор ЕК ■ ■ 310,5 - 334 0,46 0,44

Дефлегматор РК 310,5 334 0,46 0,422

Підігрівник бражки РК 315,5 334 0,58 0,129

Підігрівник бражки БК 338 361,6 0,702 0,17

Підігр. бражки бардою 358 370 0,872 0,033

продуктивністю 3000 дал/добу. В процесі вводу в експлуатацію було уточнено параметри технологічного режиму (табл.2). Продуктивність установки відповідати паспортній . На установці виробляли спирт «Люкс» згідно з ГОСТ 5962 - 67 фракція головна і сивушне масло відповідали вимогам діючих нормативів.

Таблиця:

Основні параметри технологічного режиму БРУВАК - 1

Назва технологічного параметра Колони

БК ЕК РК

Тиск, кПа: - в виварній камері - над верхньою тарілкою 120...122 105...107 63...64 49...50 72...74 49...50

Температура, °С: - в виварній камері - над верхньою тарілкою - над тарілкою живлення 104...105 94...95 95...96 72...74 61 90...91 61 72...74

Тривала експлуатація БРУВАК - 1 на Бійському спиртовому заводі показал високу її ефективність і надійність. Річний економічний ефект склав 1557 тис. рої рублів або понад 300 тис. грн. у цінах 1999 року.

ЗАКЛЮЧЕНИЯ І ВИСНОВКИ

В результаті проведених досліджень науково обгрунтовано, розроблено впроваджено в промислову експлуатацію енергозберігаючу технологію брагореї

тифікації з елементами під вакуумом та установку для її здійснення і енергозберігаючу технологію та установку для виробництва спирту етилового ректифікованого зі зменшеним вмістом алкоголю. Технології забезпечено нормативно-технічною документацією і захищено патентами України і Росії.

З отриманих результатів роботи можна зробити такі висновки:

1. Розроблено математичну модель фазової рівноваги рідина-пара суміші етанол-вода, яка враховує інверсію коефіцієнта випаровування етилового спирту за малих його концентрацій і характеризує поведінку суміші за тиску 25... 130 кПа для концентрацій спирту від 0 до 100 % включно з похибкою не більше 1 %.

2. Розроблено математичні моделі температури кипіння, ізобарної теплоємності і теплоти пароутворення водно-спиртових сумішей, які дійсні для концентрацій етанолу від 0 до 100% включно і тиску 25.. .130 кПа з похибкою до 0,5%.

3. Досліджено вплив кількості теоретичних тарілок РК, робочого тиску, складу дистиляту і живлення на флегмове число і витрату гріючої пари з врахуванням гідравлічного опору масообмінних тарілок. Вивчено вплив АР на V і Пр в діапазоні АР = 0...1 кПа/т.т. для хдр = 96,0...96,5 % об. і Рв= 25,3...126,7 кПа.

4. На основі одержаних експериментальних даних отримано залежність к.к.д, ситчасто-клапанних тарілок від тиску г| = ^(0, 5412-14,72 Р) і за її допомогою визначено оптимальний робочий тиск, за якого забезпечуються мінімальні V і Пр. Для хдр= 96,0...96,5 % об. оптимальне значення тиску складає 40...50 кПа.

5. Досліджено вплив значення хдр на V, Пр і продуктивність РК (Др) в діапазоні значень хДр= 95,0...96,5 % об. і Рв= 50,6...101,3 кПа. Одержано залежності витрати гріючої пари ПР = хдр /0^( К-хлр) і Др= ЛЛ'(В'хЛр)/хлр від складу дистиляту і тиску. На основі термодинамічного аналізу РК встановлено, що зі зменшенням хдр зменшуються питомі витрати ексергії, зменшуються втрати ексергії в технологічних елементах і зростає термодинамічна ефективність ректифікаційної колонн.

6. Розроблено та впроваджено на Будильському спиртовому заводі технологію виробництва спирту зі зменшеним вмістом алкоголю, яку здано відомчій комісії державного концерну «Укрспирт». Економічний ефект від впровадження складає 46 тис. грн. на рік у цінах 1994 року. Розроблено ТУ У 18.103-94 «Спирт етиловий ректифікований вищої очистки «Номінал», а також внесено зміни в ГОСТ 5962-67, де зменшено норматив вмісту алкоголю в спирті «Екстра» з 96,5 до 96,3% об. Розроблено доповнення до технологічного регламенту.

7. Науково обгрунтувано вибір енерготехнологічних зв’язків і параметрів та розроблено енергозберігаючу технологію і установку з елементами під вакуумом - БРУВАК-1. Розраховано тепловий та ексергетичний баланси установки, виконано аналіз теплових потоків і потоків ексергії порівняно з БРУНД і БРУВАК-2. Для БРУВАК-1 витрата гріючої пари складає 26 кг/дал, що т 51% менше, ніж в БРУНД, і на 8 % менше, ніж в БРУВАК-2. Встановлено, що термодинамічна ефективність більшості елементів БРУВАК-1 значно перевищує ефективність аналогічних елементів БРУНД і близька до ефективності елементів

БРУВАК-2. Розроблено технологічний регламент на експлуатацію БРУВАК-1. Технологію впроваджено на Бійському спиртовому заводі РФ з економічним ефектом 1557 тис. рос. рублів або понад 300 тис. грн/ріку цінах 1999 року.

Основні положення дисертації викладено у таких публікаціях.

1. Интенсификация теплообмена в брагоректификационной установке под вакуумом / Артюхов В.Г., Дроговоз Г.К., Кизюн Г.А., Мищенко A.C., Калита Е.В. // Пищевая промышленность. - 1986, № 4 . - С. 41 - 42.

2. Эффективность ситчато-клапанных тарелок и перспективы их применения при производстве этанола / A.C. Мищенко, Г.А. Кизюн, Г.К. Дроговоз, А.Н. Сулима // Технология биоконверсии свекловичной мелассы на пищевые, кормовые и другие продукты: Сб. научн. трудов. - К.: НПО « Сахар», 1987. -С. 66 - 73.

3. Опыт эксплуатации брагоректификационной установки из нержавеющей стали с клапанными тарелками / Артюхов В.Г., Дроговоз Г.К., Кизюн Г.А., Мищенко А.С. и др.// Химия и технология пищевых продуктов: Сб. научн. трудов.

- К.: ВНИИСП, 1988. - С. 141 - 146.

4. Влияние гидродинамических и конструктивных параметров на эффективность ситчато - клапанных тарелок при разделении смеси этанол - вода / А.Н. Сулима, А.Б. Тютюнников, И.П. Шепотько, A.C. Мищенко // Расчет и конструирование современного технологического оборудования: Сб. научн. трудов. - М.: НИИХИММАШ, 1989,- С. 54-61.

5. Високоефективні ректифікаційні установки / Артюхов В., Дроговоз Г., Міхненко Є., Кизюн Г., Міщенко О., Журавський I. // Харчова і переробна промисловість. - 1993. - № 9. - C. 20.

6. Виробництво спирту з меншим вмістом алкоголю / Міхненко C., Міщенко О., Кизюн Г. та ін. і! Харчова і переробна промисловість. - 1994,- №12.- С. 22.

7. Міхненко Є., Кизюн Г., Міщенко О. Ректифікаційні технології на спирт-заводах // Харчова і переробна промисловість. - 1995. - № 8. - С. 28 - 29.

8. Термодинамическая эффективность получения ректификованного спирта с пониженным содержанием алкоголя / Михненко Е.А., Мищенко A.C., Кизюн Г.А. и др. // Хранение и переработка сельхозсырья. - 1996. - № 2. - С.8 - 9.

9. Патент 8782 України, МКВ2 С12 F 1/06. Спосіб виділення етилового спирту з сивушних фракцій / Артюхов В.Г., Дроговоз Г.К., Ковальчук В.П., Міхненко Є.О., Міщенко О.С., Кизюн Г.О. - Опубл. 30.09.96, Бюл. № 3. (Патент 1275037 России, Способ выделения этилового спирта из сивушних фракций).

10. Патент 11944 України, МКВ C12F1/08. Брагоректифікаційна установка для одержання харчового спирту / Артюхов В.Г., Дроговоз Г.К., Кизюн Г.О., Ковальчук В.П., Міхненко Є.О., Міщенко О.С., Артьомов М.С. - Опубл. 25.12.96, Бюл. № 4. (Патент 1655104 России, Брагоректификационная установка для получения пищевого спирта).

11. Патент 17080 А України, МКВ С 12 F1 /06. Спосіб виробництва ректифікованого спирту / Міхненко Є.О., Міщенко О.С., Кизюн Г.О. та ін.-Опубл. 31.10.97, Бюл. № 5.

12. Исследование эффективности ситчато - клапанных тарелок при ректификации под вакуумом / А.С. Мищенко, Г.К. Дроговоз, Г.А. Кизюн, А.Н. Сулима// Тезисы докладов Всесоюзного совещания «Тепломассообменное оборудование -88». - М.:Цинтихимнефтемаш. - 1988. - С.90 - 91.

13. Міхненко Є.О., Міщенко О.С., Кизюн Г.О. Вакуумні ректифікаційні технології в спиртовій промисловості України // Труды украинского вакуумного общества. Тезисы материалов научно - практической конференции «Вакуумная техника и вакуумные технологии». - К.: - 1995. - С.370 - 371.

14. Залежність температури кипіння водно-етанольних сумішей від концентрації і тиску / Міхненко Є.О., Міщенко О.С., Кизюн Г.О. та ін. // Тези доповідей IX Міжнародної конференції. «Удосконалення процесів та апаратів хімічних, харчових та нафтохімічних виробництв 4.5 «Моделювання апаратів в умовах спільно протікаючих гідромеханічних та масообмінних процесів». - Одеса; -1996.-С.51.

15. Рівняння парорідинної рівноваги для системи етиловий спирт - вода / Міхненко, Є.О. Міщенко О.С., Кизюн Г.О.та ін. // Там же.- С.52.

АНОТАЦІЇ

Міщенко О.С. Розробка та впровадження енергозберігаючих технологій ректифікації етилового спирту,- Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.18.07 - Технологія продуктів бродіння.- Український державний університет харчових технологій, Київ, 2000.

В дисертації наведено результати експериментальних досліджень: ефективності ситчасто-клапанніх тарілок ректифікаційних колон за різних тисків; складу бражних дистилятів з різних стадій конденсації; теплообміну у плівковому кип’ятильнику ректифікаційної колони, що працює під вакуумом. За допомогою математичного моделювання досліджено взаємозв’язок параметрів ректифікаційної колони за умови врахування гідравлічного опору тарілок, вивчено зплш; величини останнього на флегмове число ректифікаційної колони і витрату гріючої пари. Показано необхідність врахування гідравлічного опору тарілок в розрахунках ректифікаційних колон. Розраховано оптимальнй робочий тиск ректи-каційної колони. '

Наведено розроблені та впроваджені енергозберігаючі технології виробництва ректифікованого спирту зі зменшеним вмістом алкоголю і брагоректифікації з елементами під вакуумом, зроблено їх тепловий та термодинамічний аналіз, показано їх переваги перед існуючими технологіями.

Ключові слова: спирт етиловий ректифікований, ректифікація, математичне моделювання, енергозбереження, ексергетичний баланс, термодинамічний аналіз.

Мищенко A.C. Разработка и внедрение энергосберегающих технологий ректификации этилового спирта.

Диссертация на соискаиие ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.18.07-Технология продуктов брожения. - Украинский государственный университет пищевых технологий, Киев, 2000.

Выполнен анализ известных конструктивных и технологических приемов энергосбережения в брагоректификации, дана оценка современных установок для перегонки и ректификации этилового спирта с энерготехнологическим комбинированием и рекуперацией тепла.

Разработана математическая модель фазового равновесия жидкость-пар для смеси этанол-вода, действительная в диапазоне концентраций спирта 0-100 % и давлений 30-130 кПа. Созданы математические модели зависимостей температуры кипения смеси этанол - вода от концентрации и давления, а также изобарной теплоемкости и теплоты парообразования от концентрации и температуры кипения.

С использованием разработанных математических моделей исследовано влияние давления, количества тарелок, концентрации этанола в питании и дистилляте на флегмовое число ректификационной колонны и расход греющего пара с учетом гидравлического сопротивления массообменных тарелок. Исследовано влияние величины гидравлического сопротивления тарелок на параметры работы ректификационной колонны при разных давлениях, показана необходимость его учета в рассчетах ректификационных колонн.

Экспериментально исследована работа ситчато-клапанных тарелок при ректификации смеси этанол-вода, показано снижение коэффициента полезного действия (к.п.д.) гарелок при давлении ниже атмосферного, получена зависимость к.п.д. тарелок от давления в колонне и выполнена оптимизация рабочего давления.

Изучено влияние концентрации алкоголя в ректификованном спирте на производительность, флегмовое число ректификационной колонны и расход пара на ректификацию, дана оценка термодинамической эффективности ректификационной колонны при производстве спирта с разной концентрацией алкоголя.

Экспериментально исследован состав примесей бражных дистиллятов, полученных с различных стадий конденсации в условиях производства спирта из зерна и мелассы. Подтверждено, что в процессе парциальной конденсации происходит обогащение несконденсированной части пара бражного дистиллята альдегидами, эфирами, высшими спиртами и метанолом. Содержание кислот при этом уменьшается. Показана целесообразность использования разделяющего действия конденсаторов бражной колонны для предварительной очистки

¡ражного дистиллята от примесей и раздельного питания эпюрационной колонны ¡ражными дистиллятами с разным содержанием примесей.

Разработана технология производства ректификованного спирта с умень-иенной концентрацией алкоголя, включающая эффективную декарбонизацию )'ражки, раздельное питание эпюрационной колонны и отвод сивушного спирта в :е концентрационную часть, выделение сивушного масла экстрактивной »ектификацией. Технология внедрена в производство и обеспечена иормативно-ехнической документацией.

Исследована работа пленочного кипятильника ректификационной кояон-1Ы, работающей под вакуумом, при его обогреве паром бражного дистиллята. Зыполнено обоснование энерготехнологических связей и параметров и шработана энергосберегающая технология брагоректификации и установка с цементами под вакуумом и ступенчато-последовательной рекуперацией тепла iapa бражного дистиллята и барды (БРУВАК-1). Особенностью установки шляется работа под вакуумом эпюрационной и ректификационной колонн, ;оторые обогреваются паром из бражной колонны. Результаты теплового баланса юказали существенное преимущество разработанной установки по расходу реющего пара перед установками косвенного действия и ранее разработанной 5РУ с элементами под вакуумом (БРУВАК-2). Термодинамическая эффектив-юсть элементов БРУВАК-1 существенно выше термодинамической эффектив-юсти элементов БРУ косвенного действия и близка к термодинамической эффективности аналогичных элементов БРУВАК-2.

Разработанная технология внедрена в производство. Экономический эффект щя спиртового завода производительностью 3 тыс. дал / сутки составляет более ¡00 тыс. грн. в год.

Ключевые слова: спирт этиловый ректификованный; ректификация; математическое моделирование; энергосбережение; тепловой баланс; эксергети-[еский баланс; термодинамический анализ.

Mishchenko O.S. Development and adoption of energy-saving technologies of :thyl alcohol rectification. Manuscript.

The thesis is presented for candidate of Technical Sciences for field 05.18.07 - the echnology of fermentation products. - Ukrainian State University of Food Technologies, Kyiv, 2000.

Dissertation is dedicated to the experimental investigation results: effectiveness of nass exchange column plates by different pressure; beer distillates composition from lifferent stages of condensation at production process; heatm exchange at film re-boiler >f rectifying column under vacuum. Communication of parameters of rectifying column >y take into consideration the hydraulic recistance of plates have been investigated by nathematical simulate; influence its into reflux ratio of rectifying column and ;onsumption of heating steam have been investigated. The need of hydraulic resistance -if plates count up at the calculations of rectifying column have displaied. Optimum

working pressure of rectifying column have been calculated.

The technologies of rectifyig alcohol manufacture with decrease alcohol content And beer rectifying with elements under vacuum have made and they thermodynamic analysis have made, they advantages compared with existing technologies have shown.

Key words: ethyl alcohol rectified, rectifying, mathematical simulate, energy-saving, energy balance, thermodynamic analysis.