автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.07, диссертация на тему:Усовершенствование энерго- и ресурсосберегающей технологии ректификации в спиртовой промышленности

РГ8 Ой

- з опт 1998

украТнський державний университет

харчових технолог^

На правах рукопису

МЕЛЬНИЧУК Павло Петрович

УДК 663.551/088.8/

УДОСКОНАЛЕННЯ ЕНЕРГО- ТА РЕСУРС03БЕР1ГАЮЧ01 ТЕХНОЛОГИ РЕКТИФЖАЦП В СПИРТОВШ ПРОМИСЛОВОСТ1

Спецгёльжсть 05.18.07 — Технолопя продуктов бродшня

АВТОРЕФЕРАТ дисертацп на здобуття наукового ступеня кандидата техшчних наук

КиТв — 1996

Дисертащею е рукопис

Робота виконана в УкраТнському державному ужверсител харчових технологш.

Науковий кершник — доктор техжчних наук професор П.Л.Шиян

Оф1ц1йн) опоненти: доктор техжчних наук, професор В.М.Таран, кандидат техжчних наук, доцент О.О.Осипенко

Провщна оргажзац1я: концерн «Укрспирт» Держхарчопрому УкраТни

З^истлт^удеться « » Р- 0

годин! на зааданн! спец|ал1ЭованоТ вчено! Ради 01.15.05 при УкраТнському державному унтерсител харчових технолопй за адресою: 252033, м.КиТв-33, вул.Володимирська, 68, ауд. А-311.

3 дисертащею можна ознайомитися у бШлютец) УДУХТ. Автореферат роз^лано « ^»__1996 р.

Вчений секретар спец1ал!зованоТ Ради, кандидат техжчних наук, доцент А.М.Куц

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальность роботи

Одним з основних споживачт сировинних I енергетичних ресурав в Агро-промисловому комплекс! УкраТни еспиртова промислов1сть. Значнийр!ст виробництва ректиф|кованого спирту в останж роки потребуе удосконалення процесу брагоректиф|кацй— одного з найбтьшихресурсо-та енергоемких в спиртовому виробництвК

Резервом зниження енергоемкоспбрагоректиф1кацн е рекуперативне вико-ристання теплоти вщходячих з брагоректифжацмно! установки (БРУ) ма-тер|альних потокш, з якими втрачаеться до 90% тдведеноТтепловоТенергм.

Поряд зенергозбереженням актуальною задачею еудосконалення! широке впровадження технолопй, передбачаючих бшьш глибоку комплексну перероб-ку сировини, скорочення ТТ втрат з вщходами виробництва. Впровадження ре-сурсозбер!гаючих технолопй дозволяв знизити не тшьки матершлоемюсть сустльного виробництва, але ! зменшити витрати енерги на одиницю товарноТ продукцм.

Активна енерго- та ресурсозбер1гаюча пол^ика в значтй Мф1 гальмуеться вщсутжстю сучасних технолопй устаткування.

В зв'язку з чим удосконалення енерго- та ресурсозбер1гаючо1 технологи та техники ректиф1кацн для спиртово! промисловост1 е актуальною науково-техжчною проблемою.

Вир!шення питания ¡нтенсивного енерго- та ресурсозбереження значною м1рок> допоможе розв'язати еколопчну проблему, тюно пов'язану з викидами вщход1в виробництва в навколишне середовище.

Мета роботи

Наукове обгрунтування, розробка I удосконалення енерго- та ресурсоз-берогаючоТ технологи \ техники ректифжацн в спиртовой промисловост!.

Наукова новизна

На тдстав1 теоретичних I експериментальних дослщжень визначено шляхи подальшо! енергетичноТ модержзацм брагоректифкафйних установок.

Отримано ртняння для визначення ексергетичного \ корисного ексергетич-ного коеф|Ц1снлв, з допомогою яких проведено термодинамину оц1нку р!зних титв БРУ.

Запропоновано метод офнки енергечичноТ економ|чност1 турбо- та термо-компреайних установок в процеа утил1зацп теплоти вщходячих з БРУ рЩинних

п0т0к1в.

Пооведено теоретичж I експериментальж дослщження, спрямоваж на удосконалення технологи видобування етилового спирту з в1дход1в ректиф!кацн в умовах спиртозавод1в.

Дослщжено поведЫку летких дом!шок спирту в процеа брагоректиф!каци I уточнено зони |х максимального накопичення при включенж розгонних колон в систему БРУ.

Теоретично обгрунтовано I експериментально пщтверджено доцтьшсть за-стосування пом|рноТ пдроселекци для ефективного видтення етилового спирту з метанолм!сткоТ головно! фракци.

Установлено оптимальж режими фракц1йноТ ректифкаци концентрату голо-• вноТ фракци (КГФ).

Отримано патент УкраТни та ршення на видачу патенту УкраТни.

Практична цшшсть

Розроблен! БРУ з елементами енергозбереження, передбачаюч! рекупе-ращю теплоти сивушноТ фракци, догр1В флегми колон до температури кишння В1дходячою теплотою барди ¡лютерноТ води, двохступжчасте концентрування спирту спочатку в бражжй, а пот!м в спиртовйл колонах.

Розроблено енергозбер!гаюч1 БРУ з замкнутою системою утилЬацм теплоти в1дходячих матерШльних потокт за допомогою теплових насоса.

На тдстав! теоретичних I експериментальних досл!джень, узагальнення ви-робничого Д0СВ1ДУ удосконалено:

— технологию видобування етилового спирту з спиртомютких вщход1в ректифкаци в умовах спиртозаводт;

— ресурсозбер1гаючу технолопю ректифкаци мелясних бражок з пщвищеним вмятом головних домшок;

— технолопю сумюноТ переробки головноТ фракци мелясних ! зернокарто-пельних бражок в систем! БРУ;

— технолопю видобування спирту з метанолмклкоТ головноТ фракци;

— технолопю I технику комплексно! ути/нзаци концентрату головноТ фракцм.

Установлено оптимал ьн! технологии! парагЛетри сум1сноТ переробки головноТ

I сивушноТ фракцм в процеа брагоректифкацн.

Реал1защя результате досл'щжень

Результати дослщжень впроваджеж на Андруцлвському, Барському, На-умтському спиртових заводах та Бучацькому мальтозному заводК

По результатах досл1джень видаж техжчж завдання Сумському машино-будшному науково-виробничому об'еднанню ¡м.М.В.Фрунзе на розробку еле-ментш енерго- та ресурсозбереження для брагоректиф1кац!йних установок.

Загальний реальний економнний ефект вщ впровадження результат^ дослщження у виробництво за перюд з 1991 по 1 кв. 1996 року становив 3 мтьярди 266 мтьйожв карбованцт без урахування ¡ндексу ¡нфляцп. .

Апробащя роб1Т

Дисертацшну роботу розглянуто на зааданж кафедри бютехнологп продукта бродЫня екстрактш I напоТв УДУХТ \ рекомендовано до захисту.

Основж результати, одержат п!Д час виконання роботи, доповщались ! обговорювались на: М1жнароджй конференцп по розробф та впровадженню нових технологий ] устаткування в харчову та переробну галуз1 (м.КиТв, 1993); ЗЧй Всесоюзна науковШ конференцп по проблемах енергетики, М., МЕК 1991 р.; VI Всесоюзнш конференцп по теорн I практик ректифкаци, ЮНХ АН СРСР, 1991 р.; секцп спиртовоТта Л1керо-гор1лчаноТ промисловосп Концерну «Укрс-пирт», а також на науково-техжчних радах спиртових завод1в та об'еднань.

Тематика дослщжень входила в план науково-досл!Дних роб|Т УДУХ 19921996 рр., номери реестрацШ: 312/92, 318/94.

Публжацп

За темою дисертаци отримано один патент УкраТни, ршення на видачу патента УкраТни та опублковано 8 друкованих праць.

Структура та обсяг дисертацП

Дисертац!я складаеться з1 вступу, 4 глав, заключения, списку л!тератури (111 найменувань, в томучисл141!ноземних)та додатк!в, написаних на 153стор1нках машинописного тексту, без додатк1в мае 39 рисунк!в, 7 таблиць.

Зьпст роботи

У_й£1ул1 об грунтован о актуальн1сть теми, сформульовано основну мету роботи, нам|чено основн! шляхи р1шення поставлених задач, наведено в!домост! про об'еми впровадження результат^ досл1джень у виробництво I отриманий економ1чний ефект.

В перш!й глав! (л!тературний огляд) розглянуто становище I перспективи розвитку енерго- та ресурсозбереження в гехнолог!чних процесах.

Наведено анал!з споживання теплово! енергм р1зноман!тними галузями харчовоТ промисловост!.

Харчова промислов!сть УкраТни в1др1зняеться виключно високою енер-гоемк!стю при досить низькому рТвн! корисного використання паливно-енерге-тичних ресурс!в. У сусп!льному виробництв! УкраТни харчова промислов!сть мае великий резерв енергозбереження, однак активна енергозбер!гаюча пол!тика гальмуеться значною м!рою в!дсутн!стю в!дпов1дних технологШ та устаткуван-ня.

В ц1й глав! проведено анал!з сучасних засобш енергозбереження в промис-ловорозвинутих державах, доведено, що резерви рекуперативного (екстен-сивного) енергозбереження практично повн!стю вичерпан!.

Розглянута концепц!я 1нтенсивного енергозбереження процесу брагорек-тиф!кац!Т, яка повинна складатись1зсл!дуючихетап1в: 1 — визначеннязагальноТ енергоемкост! виробництва к1нцевого продукту; 2 — д!агноз якост! енерго-ма-тер1аловикористання; 3 — прогноз потенциалу 1нтенсивного енергозбереження; 4 — розробка принципових основ техжчноТ реал1зацм заход1В 1нтенсивного енергозб-эреження; 5 — розробка модел! об'ектш I визначення техн!чно мож-ливоТ екомомИ паливно-енергетичних ресурс!в; 6 — стан I перспективи покра-щення економ!чноТ обстановки; 7 — розроблено плани посл!довно! реал1зацп рекуперативного 11нтенсивного енергозбереження.

Основним резервом Ытенсивного енергозбереження е вторинн! джерела енерги 1 малов!дходн! технолоИчн! процеси.

Резервом п!двищення виходу товарноТ продукцм з одиниц! сировини в умовах спиртозавод!в е максимальне вилучення етмлового спирту I спиртом1стких в!дход1в ректуфкацп.

У розд!л! обгрунтовано доц!льн1сть удосконалення технологи вилучення етилово-го спирту 1з р!зних по складу I походженню в!дход!в рек™ф!каци в умовах спиртових завод!в та технолог1я утил1заци концентрату головноТ фракцм.

Вир1шенню цих проблем присвячено наступи! розд!ли дисертацП.

У друг!й глав! теоретично обгрунтован! I накреслен! шляхи подальшого енерге-тичного удосконалення (5рагоректиф!кац1йних установок з метою виявлення найб!льш оптимальних з енергетичноТ точки зору БРУ I визначення шлях!в Тх подальшого енергетичного удосконалення, був використаний ексергетичний метод анал!зу.

Ступ1нь досконалост! енергетично! системи залежить в1д розм!ру ексергетич-них витрат, анал1з яких був в1дправним пунктом термодинамЫноТ модерн1зац!Т ректиф!кац1йних установок.

Автором, разом 1з проф. Шинном П. П., запропонован! р!вняння для визначення ексергетичного коефщ!енту й характерцзуючого ниугрцин! витрэти екгергГС I корисного ексергетичного коефнд^.нту . характеризуючого використанн.;

вторично! е ксери'!.

Де е11 е" — вх!дн1 та вих!дн! потоки ексергП, кДж;

й — витрати ексерги, кДж;

Е* — пот!к вторинно використано! ексергП. кДж;

ш — число ексергетичних складник1в;

п — число контрольних поверхностей системи.

В таблиц! 1 наведено термодинам!чн1 характеристики основних схем браго-ректиф!кац!йних установок, отриман! на основ! Тх структурного ексергетичного анал!зу.

Таблиця 1.

ткгмолиплчФт! хм'лк (и'истики ппюшшх тим1п пру

пп Термодинам ¡чн1 показники Пэзна-чки БРУКД БРУКЛД БРУПД БРУВАК-2

1. Ексергетичний коефщкнт 49,26 62,00 76,15 53,69

2. Корисний ексергетичний коефщкнт е/ 41,30 51,63 71,48 63,02

3. Внутршж втрати ексерги, % 1д 50,74 37,98 23,85 46,31

4. Зовшшж втрати ексерги, % 1де 49,70 48,37 28,52 46,31

5. Витрати на 1 дал - первинноТ ексергП, % - вторинно! ексерг'Т, % 1Егр 2Еег 87,64 12,16 75,27 24,73 52,04 47,96 66,69 33,31

6. Витрати пари, кг/дал Р / 52,83 49,31 38,30 31,15

7. Витрати елвктроенвр-гн, кВт/дал А/ - - - 0,15

3 1ермодинам1чно1Ючки зору менш досконала Ьра10р<;кгиф1кац|ина установка непрямо! д!'| (БРУНД), ексергетичний I корисний ексергетичний коеф!ц!енти якоТ дор!внюють 49,26 та 41,30% в1дпов!дно при цьому рекуперуеться т1льки 12,16% вторинно! ексергГТ в!д вс1е! витраченоТ на процес ексергГГ.

Установки непрямо! — прямоточноТ (БРУНПД) I прямо! дП (БРУПД)

6

1ермодинам1чно Шльшдосконал!, особливо це стосуеться БРУПД, у яко! ексергетичний коеф(ц(ент досягае 76,15%, а використання вторинно! ексергм по в1дношенню до витрачено! — 47,90%. Не дивлячись на це, втрати грИочо! пари залишаються значними — 38,3 кг/дал спирту. Викликано це гим, що ексергм пари бражного дистиляту недостатньо для зд!йснення процесу розпод!лу в епю-рац1йн!й I спиртов1й колон!. II недостача в1дшкодовуеться додатковою (б!ля 50% в!д усього необх!дного) витратою гр1ючо! пари, ексерг!я яко! транзитом проходить повз бражну колону.

Як визначив структурний ексергетичний анал1з, ексергетичний коеф1ц1ент БРУВАК-2 нижче, н!ж у брагоректиф!кац1йних установках прямо! I нэпрямо! прямоточно! д!1. Визвано це тим, що в установку впроваджено додаткову к!льк1стьтеплообм!нно!апаратури,що призводить до зб!льшення витрат ексерп! 1з-за к1нцевоТ р!зниц! температур.

Зб1льшення р!зниц! м1ж внутр!шн1м I зовн!шн!м тисками в епюрац!йн!й I ректиф!кац!йшй колонах призводить до росту витрат ексерп! на процес розд!лення сум1ш!, тобто до зб!льшення втрат в1д необоротност! теплома-собм!ну. Ц! втрати складають 30,25% в епюращйжй I 33,27% в ректиф1кац!йжй колонах в1д ексергн, що вводиться в них. В пор!внянн! з аналопчними колонами БРУНД: 21,4% 121,76% в!дпов1дно.

Кр!м того, 13,4%) ексергн, що вводиться в установку, втрачаеться о паровому 1нжектор1. В результат! внутршн! збитки БРУВАК-2 зб!льшуються по в!дношенню до БРУПД на 22,46% I складають 46,31%. Однак, зм!на коршним чином структуризв'язк!в у систем! БРУВАК-2 дозволила знизити загальн! витра-ти пари на процес до 31,15 кг/дал спирту. Використання вторинно! ексерп! в БРУВАК-2 складае 33,31% по в1дношенню до витрачено!, що вказуе на мож-лив1сть подальшого удосконалення установки за рахунок зниження зовжшжх витрат ексерп!.

Проведений ексергетичний анал!з БРУ дозволив зробити наступи! висновки:

— з точки зору другого закону термодинам!ки БРУПД е найб!льш удоскона-леною серед установок, що працюють при тиску, близькому до атмосферного, однак особлив!сть н структурних зв'язк!в не дозволяе знизити витрати гр!ючо! пари б!льше, н1ж на 27,5%.

3 економ!чно! точки зору ця установка також найкраща, тому що в1др!зняеться найменшими зовн!шн1ми витратами ексергн, що в значит м!р! визначають забруднення зовн1шнього середовища:

— зниження термодинам!чногоудосконалення БРУ в1дбуваеться переважно не т!льки за рахунок втрати ексергн, але й за рахунок зниження ТТ якост! (концен-трацп). Зб!лыиення ц!е! якост! можливо за допомогою теплового насосу I ме-хан!чноТ рекомпресп пари;

— наявн!сть велико! р1зниц! температур ! тиск!в призводить до збшьшення внутрнижх витрат ексерп! в колонах I зниження термодинамЫного удосконалення БРУ;

— використання вторинно! ексергП у вакуумних БРУ складае б!ля 30% по в!дношенню до витрачено!, що вказуе на можлив!сть!х подальшо! енергетично! модерн1зацп за рахунок зниження зовн!шн!х витрат ексергм;

— суттево впливати на скорочення внутр!шн!х витрат ексергм тако! складно! термодинам!чно! системи, як БРУ, вельми важко, !х подальше удосконалення

можливе за рахунок зниження зовн1шн!х витрат з1 зм!ною структурних зв'язк!в в систем! I використання теплонасосних установок;

— створення вакууму в колонах I зб!льшення теплообм!нноТ апаратури при-зводить до росту внутр!шн1х витрат ексергП в систем!, тому перспективним е механ!чна рекомпрес!я пари самовипарювання барди, дефлегматорноТ! лютер-ноТ води, а також водно-спиртовоТ пари;

— потоки ексергП, як! виходять з установки, в!дм!нноТ в1д нуля, повинн! розглядатися, як вторинн! енергоресурси.

Як виявили розрахунки, б!ля 27% теплоти, п1дведеноТ в БРУ, втрачаеться з бардою I лютерною водою. Утил!зац!я ц1еТ теплоти можлива за рахунок компр!мування вторинноТ пари барди I лютерно! води. Для цього можуть бути використан! як термо-, так I турбокомпрес!йн! установки з тепловими насосами в!дкритого циклу.

При проектуванн! теплонасосних установок необх!дно оц!нювати 1х ефек-тивн!сть. Поряд з економЫним критер!ем, розрахунок ефективност! теплоспо-живних установок необх!дно доповнювати розрахунками термодинам1чноТ ефективност! з з!ставлянням отриманоТ в!д об'екту енергП I енергИ, що витра-чаеться наТТутворення.

Вир!шення питания вибору типу компресору вимагае використання ексерге-тичного методу.

Автором запропоновано р!вняння р!вноТ енергетичноТ економ!чност! термо-та турбокомпрес!йнихтрансформатор!в теплоти.

Меж _ Вт

Мк А'Вел

Де Меж I Мк — коеф!ц!енти трансформацИ теплоти термо- та турбокомпре-сор!в в!дпов!дно;

Вт — питома витрата умовного палива на одиницю випускаемоТ теплоти, кг/кДж;

Вел — питома витрата умовного палива в енергосистем! на одиницю випускаемоТ теплоти, кг/кВт г;

А— розм!рний коеф!ц!ент-278 кВт.г/ГДж.

Коли л!ва частина р!вняння б!льша за праву, енергетично виг!дн1ша термоком-прес1я! навпаки.

На рис.1 приведен! л!н!Т р!зноТенергетичноТеконом!чност1 термо-1 турбоком-прес!йнихтрансформатор!в теплоти при використанн! пари в!дкотельноТдоТЕЦ при р!зних параметрах пари у в!дборах турб!н.

У прямокутних координатах Меж — М< граничн! л!н!Т р!вноТ енергетичноТ економ!чност! будуть прям!, як! виходять з початку координат, кутовий ко-еф!ц!ент Меж/Мк залежить в!д виду джерела ! параметр1в в!дпрацьовано1 теплоти.

Над граничними л!н!ями знаходиться область € б!льш високоТ енергетичноТ економ!чност! термокомпрес!Т, нижче цих л!н!й знаходяться область К б!льш високоТ енергетичноТ економ!чност! електровикористовуючого турбо-компрес!йного трансформатору теплоти.

м

еж 4,5

4,0

3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0

Рис. 1 Граф* Р1ВН0Т ексергегичноГ економмносп термо- Г турбокомпресШних установок.

1 — теплопостачання В|Д котельНоГ; 2—А — теплопостачання вщ ТЕЦ пси тисках пари у выборах турбин: 2 — 0,8 МПа; 3 — 1,0 МПа; 4 — 1,25 МПа.

3 граф¡ка видно, що викорисгання гурбокомпреси для утил1зацм тепло-ти, в1дходячоТ барди ! лютерноТ води при теплопостачанш в1д котельноТ у вЫх випадках енергетично б1льше економжно, так як Меж/Мк < Вт/А'Вел I Мк для вс\х значень Меж лежить в зон! високоТ енергетично! економ1Чност! турбокомпресн ! лльки при використанш пари з в1дбору

п!сля турЫн енергетична економ!чн!сть термо-1 турбокомпресП наближаеться одна до одно!.

Враховуючи невелик! кап1таловкладення I над!йн!сть експлуатацИ, тер-мокомпрес!я, не дивлячись на б1льш низький ексергетичний I корисний ексергетичний коефкиенти, може бути рекомендована для завод1в з комб!нованою виробкою електроенерг!! 1 пари на ТЕЦ при пром!жному шдбор! пари в турб!нах.

' У трет!й глзп! приведено перспективы! енергозбер1гаюч! БРУ. Проведен! термодинам!чн1 досл!дження показали, що найб1льш перспективним з енергетичного погляду, стосовно до БРУ, е використання теплових насос!» В1дкритого циклу, гобто механ!чна рекомпрес!я пари.

Рис. 2 Апаратурио-техноло'ыьэ схема. Брагоректиф1кац1йна установка з мехажчною рокомпре;|'ею пари /ЕРУМРП/.

Колони: 1 — бражиз; 2 — епюра^¡йна: 3 — спиртова; 4 — п!д!гр!вач бражки; 5 — пдагршач дефлегматорноТ воли: 6 — дефлегматор; 7 — кип'ятильник; 8 — випарна камера; Э — гурбоКомпрссор.

На рис. 2 наведено схему 6рагоректиф1кац!йно1 установки з ме-хан!чною рекомпреаею водноспиртово! пари I вторинно! пари в!дх!дних р|динних поток!в — БРУМРП. Результати ексергетичного анал!зу наведен! у таблиц! 2.

Таблиця 2.

ТЕРМЭДИНАМ1ЧНА ХАРАКТЕРИСТИКА БРУМРП

пп Б ра горек гиф I- кацшж установки ПОКАЗНИКИ

Ее и ЗАТРАТИ

пеовимно' •ксерим % вторинно' ексерги % гр1ючоТ пари кг/дал електро- енерг!?, кВт/дал

5 БРУМРП 65,4 77, 34,6 50,7 49,3 10,6 5,92

колони:

- бражна 72,4 63,11 27,6 41,6 58,4 10,6 1,54

* епю.эацжна 95,3 95," 41,1 41,7 58,4 - 1,24

• спиртов« 60,9 89,г, 39,1 45,9 54,1 - 3,14

Резульгати ексергетичного анал1зу БРУМРП св]дчать про високу П термодинам1чну досконал1сть, що дало Ждставу для отримання Патенту Украши №907.

Впровадження БРУ з гепловими насосами о!дкригого циклу на вод-но-спиртов!й пар! потребуе вживання турбокомпресора, який виключае попадания мастила в готовий продукт I забезпечуе надЫну герметичность системи. Вико'ристання як робоче т1ло водяноТ пари, дозволяе запоб!гти цих ускладнень.

На рис. 3 представлено БРУ з тепловим насосом,як робоче тГло якого використовуеться пара дефлегматорно! води.

Таке р!шення дозволяе утш^увати теплоту дефлегматорноТ поди, яка виподиться з установки, використовувати П вдруге в процес! ректиф1кацм I тим самим знизити на 28...30% витрати гр!ючоТпари. Додатков! витрати електроенергП'на прив!д компресо-ра складаютъ 1,28 кВт/дал. Ексергетичний I корисний ексергетичний коеф1ц1енти дортнюють52,7161,9% в^повщно, рекуперативне використання вторинноТексергИ складае 44,8%.

3 еколог!чно? точки зору ц! установки також найбшьш переаэжають. гак. як В1др!зняються найменшими зовИшшми витратами.як! в значим м1р| визначають за-бруднення зовн1шнього середовища.

Роботи, що проводяться в УДУХТ, дають можливють швидше впровадити теплов1 насоси в!дкритого циклу в спиртове виробництво.

Четяерта глава лисертаци присвячена удосконаленню технологи видшення ешлового спирту з спиртом!стких в!дход1в ректифкацП в умовах спиртоза-ВОД1В.

3 выходами ректифокацп в У краж! втрачаеться бшя 1,0 млн. дал етилово-ю спирту, для виробництва якого витрачаеться бтьше 50000 тонн зерна. Для вилучення етанолу з головноТ фракци етилового спирту в умовах спир-тозаводш, в УДУХТ пщ кершництвом професора П.С.Циганкова, розроблено

Рис 3 Апаратурно-технслопчна схема. БрагоректифжацШна установка з тепловим насосом на дгфлегматоржй водк

1 _ епюрацгёна колона; 2 — спиртова колона; 3 —дефлегматор; 4 — випарювач; £ — кип'ятипьнк-к; 6 — гвдгршач пари; 7 — турбокомпресор; 8 — барометричний збирач.

технолопю, яка передбачае включения в систему БРУ додатково! розгонно! колони.

Схема включения розгонно! колони в систему БРУ потребуе врахування багать-ох фактор(в I в першу чергу походження I яюсний склад переробноТсировини.

3 метою розробки оптимально! технологи витягання етилового спирту з спиртом!стких вщход!в рЬномажтного походження ! складу на Анд-рушжському спиртокомбшал було спроектовано ! змонтовано досл!дно-про-мислову установку, представлену на рис.4.

Установка надоена необх1дноюконтрольно-вим1рювальноюапаратурою1 автоматикою.

Теоретичною основою для вид1лення етилового спирту з спиртом!стких в1дход!в правильне уявлення про вид!лення р!зних дом!шок спирту в процес! ректиф!кац!Т, Гх летючост! в 6агатокомпонентн1й систем!, а та кож зонах оптимального накопичен'ня ключових дом!шок з метою виводу м!н!мальноТ к!лькост! поб!чних фракц!й.

Рис. 5. Розподш кснцентрацГ: атилэвого спирту по висол розгонноТ колони при зитрат1 грмчоТ пари:

-20 кг/дал а.а. те

----------------25 кг/дал а.а.

Битрати води га пдроселекц!ю /кг/кг а.а./: 1—5,7; 2—11,7; 3—13,4; 4--20,5; 5—26,0

Для вивчення руху дом!шок спирту I анаходження зон Тх максимального накопичення по висот! розгонноТ колони I в контрольних точках установок Були всгановлен!' пробов1дб|'рн! крани.

Характеристикою роботи розгонноТ колони е кратжсть витягу I концентру вання домшок, а також як!сть отриманого спирту.

Кратн[сть нитягу дом!шок в розгонн1й колон! при пост!йному числ! тар!лок залежигь в!д сп!вв!дношення р!динного ! парового поток!в 1_/С I концентрацП етилового спирту по тар!лках колони.

Проведен! досл!дження показали, що оптимальн! витрати гр!ючоТ пари на процес розгонки головноГ фракцИ, отриман! при ректиф!кац!Т мелясних бражок. складають 20...25 кг/кг абсолютного алкоголю.

На рис.5 приведено розпод!л дом!шок спирту по висот! розгонно! колони при витратах пари 20 кг/дал 11_/С-7,5.

3 приведених даних бачимо, що вс! дом!шки, окр!м метилового спирту, в умооах глибокоТ г!дроселекцй мають ясно виражений головний характер. Хоча деяка к!льк!сть метилового спирту I виводиться з КГФ, однак основна його маса потрап-ляе до кубу розгонноТ колони ! пот!м у готовий продукт. Це необх!дно врахову-вати при отриманн! етилового спирту з головно! фракцм, отриманоТ при ректиф!кац!1 зерно-картопляних бражок, як! багат! на метиловий спирт.

¡снуюча схема включения розгонноТ колони в систему БРУ не передбачае г!дроселекц!ю в розгонн!й колон!. Висока концентрац!я етанолу по тар!лках розгонноТ колони створюе сприятлив! умови для вид!лення ! концентрування метанолу. Однак, зв!льнення спирту в!д головних I особливо пром!жних дом!шок при цьому затруднюеться! спричиняе п!двищення витрати гр!ючоТпари 1 зниження якост! спирту-ректиф!кату.

На думку автора в даних умовах б!льш рац!ональною с робота розгшноТ колони в режим! пом!рноТ г!дроселекц!Т, при якм ключов! домишки спирту, в тому числ!! метанол, збер!гають головний характер.

Коеф!ц!ент ректиф!кацм метанолу — К штенсивно зростае при зб1льшенн! концентрацП етилового спирту в розчин! до 60 мол.%, п!сля чого практично запишаеться без зм!н. Отже, подача води на г!дроселекц!ю повинна забезпечувати м!цн!сть етанолу по тар!лках розг!нно1 колони не нижче 60 мол.%.

Оптимальн! витрати гр!ючоТ пари на розгонку ГФ спиртових завод!в, як! переробляють мелясу, складають 2,0...2,56 кг/кг а.а. Було досл!джено мож-лив!сть ефективно! роботи розгонноТ колони в систем! БРУ спиртових за-вод!в, як! переробляють крохмальм!стку сировину при тих же витратах пари, але з застосуванням пом!рноТ г!дроселекц!Т.

На рис. 6 наведено график, що проказуе положения робочих л!н!й при концентрац!!' спирту по вс!й висот! колони — 60 мае. % при Р- , при цьому Ь/й - 1,89, витрати води на г!дроселекц!ю складають 1,34 кг/кг а.а. Точка В визначае концентрац!ю спирту в куб! колони при закритому об!гр!в! (47 мол.%), точка С — при в!дкритому об!гр!в! (23 мол.%).

Розрахунки, виконан! на ЕОМ, показують, що для головного дом!шку — оцтового альдег!ду (при коеф!ц!ент! випаровування К-3,6, сп!вв!дношення 1_/С-1,89 ! десяти теоретичних тар!лок у в!дгонн!й частин!) кратжеть витягу дор!внюе 934, що майже в 3 рази перевищуе необх!дну.

Аналогии! розрахунки, проведен! для метанолу, показали, що для досяг нення необх!дноТ кратност! його витягу при тих же умовах, необх!дно мати не менше 14 теоретичних тармок у в1Дгонжй частин! колони.

Досл!дження, проведен! на Наум!вському спиртозавод! при переробц! ГФ з вм!стом метанолу до 3,2% п!дтвердили наведен! вище розрахунки I дозволили зробити наступи! висновки.

Рис. 6. До розрахунку колони для видшення спирту з головноТ фракцп з пщвищеним вмютом метанолу.

1 — робоча лмя концентрацмноТ частини; 2 — те ж саме, вщгонноТ частини.

Вживання пом1рноТ г!дроселекц1Т (витрати води 1,34 кг/кг а.а.) при пи-том/й витрат! гр!ючоТ пари 2,0 кг/кга.а. дозволяе ефективно вилучати, поряд з метанолом, 11нш1 ключов! дом1шки головного I пром!жного характеру.

Використання пом!рноТ г!дроселекци в процес! розгонки ГФ зерно-кар-топельних спиртозавод1в, як1 м!стять п1двищену к!льк1сть метанолу, дозволяе скоротити питому витрату гр1ючо! пари в розгонн!й колон! в середньому на 42%.

При подач1 води на верхню тар!лку розгонно! колони в к!лькост! 1,34 кг/кг a.a., bmíct етилового спирту в концентрат! дом!шок знижуеться з 70...65% до 53...57 об.%.

На п!дстав! проведених експеримент!в I теоретичних розрахунк!в роз-роблено ресурсозбер!гаючу БРУ для ректиф1кац!! зерно-картопляних бражок (рис. 7).

Для спрощення вид!лення вищих спирт!в у процес! ректиф!кац!Т роз-роблено БРУ з вид!ленням yclx дом1шок спирту у вигляд! одного продукту — сивухо-еф1роальдег!дного концентрату. Схемою установки передбаче-но скидання в розгонну колону спиртовм!сних погон!в з спиртопасток, конденсатор!в бражно! епюрац!йно! I спиртовоТ колон, а також ус!х сивуш-них фракц!й.

Веден! розрахунки та експерименти показали, що для ефективного вид!лення вищих спирт!в концентрац!я етанолу по висот! розг!нноТ колони не повинна перевищувати 15,2 мол.%, а в!дношення L/G 4,6.

Досв!д сп!льноТ переробки головно! та сивушноТ фракц!й на Анд-руш!вському спиртокомб!нат! дозволив зробити висновок, що ефектив-на сп!льна розгонка головно! I сивушно! фракц!й можлива при зб!льшенн1 витрати гр!ючо! пари з 2,56 до 3,59 кг/кг а.а. (на 28,7%) I води з 11,7 до 13,5 кг/кг а.а. (на 13,4%). Незважаючи на зб!льшення подання гр¡ючо! пари в розгонну колону, загальна T¡ витрата на БРУ при виведенн! з системи сивушно! колони знизилася на 4,8 кг/кг а.а.

В1дходом переробки головно! фракц!! етилового спирту е концентрат головно! фракц!! (КГФ), к!льк!сть якого по Укра!н! складае б!льше 1000 т за р!к. Не дивлячись на те, що КГФ м!стить в своему склад! ц!нн! орган!чн! компоненти (етилацетат, ацетальдег!д, етанол), до те-пер!шнього часу в!н широкого використання не знайшов I в б!льшост! випадк!в спалюеться, забруднюючи навколишне середовище ! зб!льшуючи матер!алоемк!сть виробництва.

Велика сер!я лабораторних ! виробничих експеримент!в дозволила оптим!зувати технолог!ю отримання товарних продукт!в з КГФ.

В основу технолог!! покладена фракц!йна ректиф!кац!я, в результат! яко! отримують наступи! продукти: етилацетатний розчинник, сирець етилового спирту ! концентрат головних дом!шок, к!льк!сть якого не перевищуе 0,004% в!д абсолютного алкоголю бражки. Дана технолоМя впроваджена на Наум!вському спиртозавод!.

Рис. 7. Апаратурно-тохнолопчна схема. Ресурсозберкаюча БРУ для ректиф|кацп зерно-картопельних бражок.

Колони: 1 — бражка; 2 — епюрафйиа; 3 — розгонна; 4 — спиртова; 5 — сепаратор С02 ; 6 — конденсатор; 7 — спиртопастка; 8 — дефлегматор; 9 — декантатор; 10 — ежектор; 11 —ротаметр.

Заключения I висновки

Енерго- та ресурсозбереження е ключовою проблемою сусп1льного ви-робництва в УкраТн!.

Значний р1ст видобутку ректиф!кованого спирту в останн! роки призв1в до необх!дност1 в оптим1зац!Т процесу брагоректиф1кац1Т, який е одним з най61льш ресурсо-1 енергоемких в спиртовому виробництв!.

Резервом зниження енергоемкост1 процесу брагоректиф!кац11 е рекупе-ративне використання теплоти в1дходячих з брагоректиф1кац1йноТ установки матер!альних поток1в, з якими втрачаеться до 90% п!дведеноТ тепловоТ енерг!Т.

Основним напрямком зниження матер1алоемкост! спиртового виробниц-тва е зменшення спиртом!стких в1дход1в за рахунок б!льш повногоТх кон-центрування подом1шках.

Розробка I впровадження енерго- I ресурсозбер1гаючих технолог!й I устаткування в значн!й М1р! вир1шуе еколог!чну проблему, т1сно пов'язану з викидами в!дход1в виробництва в навколишне середовище.

Виконана робота дозволяе зробити наступн1 висновки.

1. Традиц1йн1 (рекуперативн!) методи енергозбереження в процес! бра-горектиф!кац11 практично повн!стю вичерпан!, подальше Тх термодинам1чне удосконалення знаходиться в облает! !нтенсивного енергозбереження.

2. Використання ексергетичного методу для термодинам!чно! оц!нки брагоректиф!кац!йних установок дозволило встановити найб!льш суттев! зони витрат ексерг!! I виявити причини, як! знижують енергетичн! характеристики БРУ, нам1тити шляхи подальшого Тх термодинам1чного удосконалення.

3. При теплопостачанн! спиртових завод!в в!д власноТ котельн! для утил!зац1Т теплоти барди ! лютера, енергетично б!льш економ!чно використання турбокомпрес!йного теплового насоса. Термокомпрес!я, недивля-чись на б!льш низьк! енергетичний коеф!ц1ент I коеф!ц!ент трансформац!! теплоти, може бути рекомендована для завод!в з комб!нованою виробкою електроенерг!Т I пари на ТЕЦ при пром!жковому в!дбор! пари в турб!нах.

А. На п!дстав! теоретичних I експериментальних досл!джень розроблен! енергозбер!гаюч1 БРУ нового поколжня, як1 в!др!зняються високим ступеней утил!зац!Т вторинних енергетичних рек.урс!в ! високими економ!чними характеристиками.

5. Включения розгонноТ колони в систему БРУ по схем!, що передбачае додаткову г!дроселекц!ю в епюрац1йн!й колон!, роздр!блену конденсац!ю дом!шок спирту 8 розгонн1й колон! I догр!в флегми розгонноТ колони до температури кип!ння, дозволяе стаб!льно

виробляти спирт-ректиф1кат вищоТ очистки, не дивлячись на п!двищений вм!ст головних дом!шок у вих!дн!й головн!й фракц!Т, при в!дбор! КГФ не 61льше 0,23% по абсолютному алкоголю.

6. При ректиф!кац!Т зерно-картопельних бражок з п!двищеним вм!стоМ метилового спирту в розгонн!й колон! необх1дно забезпечити

сп!вв1дношення 1-/0 - 1,9, при витратах гр!ючоТ пари 2,0 кг/дал а.а. I пом1рн!й г!дроселекц11— 1,34 кг/кг а.а.

Застосування пом1рноТ г!дроселекц!Т в процес! розгонки головноТ фракцП зерно-картопельних спиртзавод1в дозволяе скоротити витрати гр!ючоТ пари в розгонн!й колон! в середньому на 12%.

7. Ефективний витяг етилового спирту з головноТ I сивушно! фракц!й в розгонн!й колон! можливий при зб!лыиенн1 витрати гр!ючоТпари до 3,6 кг/кг а.а. I води до 13,5 кг/кг а.а. при числ! тар!лок у в!дгонн!й частин! колони не менше 26 шт. Так! умови можуть бути рекомендован! т!льки для мелясних завод!в, головна фракц!я яких не м!стить метиловий спирт.

8. Фракц!йна ректиф!кац!я концентрату головноТ фракцГТ дозволяе отри-мувати з нього в середньому 18...22% етилацетатного розчинника, 17...19% етилового спирту I альдег!дний концентрат, к!льк!сть якого не переви-щуе 0,004% по абсолютному алкоголю бражки.

Результати роботи реал!зовано на Андруш!вському, Барському, На-ум!вському спиртзаводах, Бучацькому мальтозному завод!.

Сумарний економ!чний ефект в!д впровадження розробок по тем! дисертаци склав за пер!од з 1990 по 1996 роки 3265618000 крб. без врахування коеф!ц!енту !нфляц!Т.

. Список публжацш по тем1 дисертаци

1. Циганков П.С., Шиян П.Л., Мельничук П.П. Нов! схеми брагорек-тиф!кац!йних установок //Харчова ! переробна промислов!сть.— 1993— N¡2 — с. 15-16.

2. Шиян П.Л., Цыганков П.С., Мельничук П.П. Енерго- та ресурсоз-бер!гаюч! схеми брагоректиф!кац!йних установок харчовоТ промисловост! //Науков! прац! УДУХТ. — 1994. — №2. —с.1УЛ/.

3. Шиян П.Л., Цыганков П.С., Мельничук П.П. Энергетическая оценка теплонасосных установок в процессе рекуперативного использования теплоты барды и лютерной воды //Пищевая промышленность. Межведомственный тематический научный сборник. — 1993. — N539. — с.75-79.

4. Пр!оритетний напрямок /С.Ф.Гончар, П.Л.Шиян, В.О.Маринчен-ко.В.П.Яресько, В.В.Сосницький, П.П.Мельничук// Харчова I переробна промислов!сть. — 1995. — №8. — с.13-15.

5. Патент УкраТни N»907 в!д 30.04.93. Установка для одержання рек-тиф!кованого спирту /Шиян П.Л., Циганков П.С., Мельничук П.П.

6. Пр!оритетна дов!дка на видачу Патенту УкраТни №95041672 в!д 30.03.1995 р. Пристр!й для в!дбору та вид!лення сивушного масла в процес! ректиф1кац!Т / Циганков П.С., Шиян П.Л., Яресько В.П., Мельничук П.П.

7. Шиян П.Л., Цыганков П.С., Мельничук П.П. Использование эксергети-ческого анализа с целью термодинамического совершенствования браго-ректификационных установок // Тезисы докладов 3-й Всесоюзной научно-техн. конференции «Интенсивное энергосбережение в промышленной теп-лотехнологии». МЭИ. — М.: Изд-во МЭИ. 1991, с.129-130.

8. Шиян П.Л., Цыганков П.С., Мельничук П.П. Эксергетический анализ брагоректификационных установок. //Тезисы докладов VI Всесоюзной конференции по теории и практике ректификации. Северодонецк. 1991. с.112-113.

9. Циганков П.С., Шиян П.Л., Мельничук П.П. Енергозбер!гаюч1 брагорек-тиф|кац!йж установки з тепловими насосами. //Тези доповщей М!жнародноТ конференцн «Розробка \ впровадження нових технолопй I устаткування в харчову та переробну галуз1 АПК». КТ1ХП—КиТв: 1993 — с.446-447.

10.Циганков П.С., Шиян П.Л., Мельничук П.П. Утил1зафя концентрату головноТ фракцм етилового спирту //Там же.

АНОТАЩЯ

МЕЛЬНИЧУК П.П. «Удосконалення енерго- та ресурсозберкаючоТ технологи ректифкаци в спиртовт промисловост!»

Дисертафя на здобуття ученого ступеня кандидата техжчних наук за спефальжстю 05.18.07 — Технолопя продукта броджня, УкраТнський державний ужверситет харчових технолопй, КиТв, 1996.

Захищаеться 8 наукових праць, 1 патент Укражи \ 1 р1шення на видачу патенпв УкраТни, як1 вм|щують результати теоретичних та експеримен-тальних досл1Джень, спрямованих на удосконалення енерго- та ресур-созбер1гаючо7 технологи ректиф|кацм в спиртовш промисловосп. Установлено, що рекуперативне використання вторинноТ теплоти сивушноТ фракцм, догрш флегми колон до температури китння в|дходячою теплотою барди I лютерноТ води, а також двостутнчасте концентрування спирту дозволяе знизити витрати гр1ючо! пари в середньому на 3,5 кг/дал спирту. Запропоноваж прогресивж схеми БРУ з замкнутою системою рекуперацн теплоти вщходячих матер1альних потокш за допомо-гою теплових насосш. Удосконалено технолопю I техжку видобування етилового спирту з спиртомктких б1дход1В ректиф1кацн в умовах спиртозавод1в. Проведено промислове впровадження запропонова-них технолопй \ техжчних р1шень, наводяться даж про ефективжеть використання Тх у виробництвК

Ключов1 слова: брагоректифкафя, енерго- та ресурсозбереження, ексерпя, летк! дом1шки.

MELNICHUK P.P. «Improvements in energy — and recource-saving technology of rectification used in alcoholic beverage industry»

The thesisis is presented for doctors of sciencies thesis, speciality 05.18.07 — Technology of fermentation products, Ukraine State Univerity of Food Technologies, Kiev, 1996.

8 scitntific contributions, 1 patent of Ukraine and 1 decisions on issue of patents of Ukraine, which contain some results of theoretical and experimental investigations, aimed at impovements in energy — and recource-saving

technology of rectification used in alcoholic beverage industry are defended. It is determined that resuperative application of secondary heat of fusel fraction, additional heating of columns reflux up to doiling point by discharge heat starter distillation wastes and from dicharge water under output of rectified alcohol from crude alcohol, as well as double-stage concentration of alcohol makes it possible to reduce heating steam consumption by 3,5 kg/decalitres of alcohol. A modern schemes of alcoholic fermentation and rectification products plants having closed systems of heat recuperation of exit material streams by means of thermocompressors are suggested. A technology and practice for ethyl alcohol output from alcohol-containing rectification wastes under conditions of operating alcohol distilleries is improved. Industrial implementaton of proposed technical solutions and technologies Is realized, an information regarding efficiency of its application in production is given too.