Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Современное состояние техники и технологии получения ароматного спирта 12
1.1. Общая характеристика сырья, используемого для получения ароматного спирта 12
1.1.1. Характеристика растительного сырья 12
1.1.1.1. Классификация растительного сырья 12
1.1.1.2. Классификация эфиромасличного сырья 14
1.1.1.3. Состав растительного сырья 15
1.1.1.4. Характеристика и состав и эфирных масел... 16
1.1.2. Этиловый ректификованный спирт 26
1.1.3. Вода 28
1.2. Процесс получения ароматного спирта 31
1.2.1. Теоретические основы процесса 31
1.2.1.1. Экстракция 32
1.2.1.2. Перегонка 38
1.2.2. Способы и установки для получения ароматного спирта 45
1.3. Основные выводы, постановка цели и задач исследования . 64
Глава 2. Используемое сырье и методы химико-технологического контроля процесса 66
2.1. Эфиромасличное сырье 66
2.2. Используемые при исследовании процесса методы определения 71
2.2.1. Определение содержания эфирных масел в эфиромасличном сырье 71
2.2.2. Определение влажности эфиромасличного сырья... 72
2.2.3. Определение содержания этилового спирта 73
2.2.4. Определение содержания эфирных масел в ароматном спирте 75
Глава 3. Экспериментальные исследования процесса получения ароматного спирта 76
3.1. Описание экспериментальной установки и методика проведения эксперимента 76
3.2. Исследование возможности повышения степени извлечения эфирного масла и увеличения выхода ароматного спирта с единицы сырья 81
3.3. Изучение возможности снижения общей продолжительности основных стадий процесса получения ароматного спирта 96
3.4. Повышение стабильности качества ароматных спиртов и ликероводочных изделий, в рецептуре которых они предусмотрены 108
3.5. Исследование потерь эфирного масла сушеной апельсиновой корки в зависимости от степени измельчения и времени прошедшего с его момента 117
3.6. Определение зависимости степени извлечения эфирного масла от степени измельчения апельсиновой корки и продолжительности стадии сгонки 121
3.7. Экспериментальные данные для математического моделирования 124
3.7.1. Рассев частиц лимонной корки 124
3.7.2. Набухание частиц лимонной корки 126
3.7.3. Получение ароматного спирта 127
Глава 4. Математическое моделирование процесса получения ароматного спирта и использование нейронных сетей для обобщения влияющих на него факторов 130
4.1. Математическое моделирование процесса получения ароматного спирта 131
4.1.1. Математическое моделирование процесса перегонки 131
4.1.1.1. Постепенная дистилляция 132
4.1.1.2. Периодическая ректификация 136
4.1.2. Математическое описание процесса экстракции 148
4.1.2.1. Математическая модель процесса экстрагирования компонентов из частиц сырья 148
4.1.2.2. Обработка результатов опытов 152
4.2. Использование нейронных сетей для обобщения влияющих на процесс получения ароматного спирта факторов 156
Глава 5. Обобщение результатов исследования и пути его практического использования 166
5.1. Разработка способа получения ароматных спиртов и установки для его осуществления 165
5.2. Разработка способа получения ароматных спиртов повышающего стабильность их качества 171
5.3. Разработка способа автоматического управления процессом подвода теплоты и охлаждающей воды при получении ароматных спиртов 173
5.4 Экономический эффект от использования достигнутых результатов 178
5.4.1. Экономический эффект обусловленный повышением степени извлечения эфирного масла из эфиромасличного сырья 178
5.4.2. Экономический эффект обусловленный снижением общей продолжительности процесса 181
5.4.3. Экономический эффект обусловленный повышением числа теоретических тарелок в ректификационной колонне 182
5.4.4. Экономический эффект, обусловленный использованием ТЭНов 183
5.4.5. Общий экономический эффект, срок окупаемости и коэффициент эффективности внедрения результатов исследований 187
Основные выводы и результаты работы 188
Библиографический список 190
Приложения 204
- Основные выводы, постановка цели и задач исследования
- Определение содержания эфирных масел в эфиромасличном сырье
- Исследование возможности повышения степени извлечения эфирного масла и увеличения выхода ароматного спирта с единицы сырья
- Использование нейронных сетей для обобщения влияющих на процесс получения ароматного спирта факторов
Введение к работе
В последние годы увеличивается ассортимент особых водок и настоек, в купажи которых вносят ароматный спирт. Отечественные производители ликероводочной продукции отдают предпочтение именно ароматным спиртам, а не ароматизаторам, идентичным натуральным или синтетическим, импортируемым в значительном количестве [37].
Ароматные спирты представляют собой продукт отгонки с водноспирто-выми парами летучих веществ, содержащихся в эфиромасличном сырье. Следовательно, по своему составу они являются растворами ароматических веществ в водноспиртовой смеси. Ароматные спирты имеют крепость 75...80% об. и обладают тонким ароматом натурального происхождения [11... 15,25,26].
Летучие вещества (эфирные масла), извлеченные из эфиромасличного сырья, в дальнейшем формируют вкус и аромат ликероводочных изделий, в купаж которых вносятся ароматные спирты [25, 26].
В настоящее время в ликероводочной промышленности ароматные спирты получают по устаревшим технологиям (разработанным еще в 60...70- е годы XX века) на установках, которые принципиально не совершенствовались примерно с того же времени. Последняя диссертационная работа, направленная на совершенствование процесса получения ароматного спирта, была написана Суляевым Л.П. еще в 1968 году [109].
Такое положение дел в этой области ликероводочного производства объясняется, в основном, существовавшим до недавнего времени отсутствием необходимости в совершенствовании процесса получения ароматных спиртов. Поэтому совсем неудивительно, что с точки зрения современных технологий, здесь накопилось несколько довольно серьезных и требующих скорейшего решения проблем. Лишь войдя в рыночную экономику и увеличив ассортимент ликероводочной продукции, ее производители стали ощущать недостаток существующего уровня процесса.
В.И. Ярмош в [140, 141] пишет: «Ликероводочные предприятия первыми ощутили на себе требования рыночной экономики и за 10 лет проделали большую работу. И, тем не менее, для сохранения долгосрочной конкурентоспособности им необходимо ... осуществить ряд технико-организационных мероприятий, повышающих стабильность качества продукции, способствующих снижению ее себестоимости». Все вышесказанное в полной мере можно отнести к производству ароматных спиртов, без которых не обходится не один ликероводочный завод.
Проблемы в области получения ароматных спиртов выглядят еще более актуальными на фоне перспективы вступления России в ВТО.
Одной из таких проблем является довольно низкая степень извлечения эфирного масла из эфиромасличного сырья, которая на данный момент в лучшем случае находится в пределах 70...75 % [29, 30, 37, 92, 93, 99]. Это притом, что затраты на эфиромасличное сырье могут составлять до 50 % и более от общей себестоимости ароматного спирта. Поэтому повышение степени извлечения эфирного масла из эфиромасличного сырья является одним из необходимых шагов на пути совершенствования процесса получения ароматного спирта.
Так же важен вопрос о стабильности качества ароматных спиртов (постоянство содержания эфирного масла в каждом отдельном виде ароматного спирта). В рецептурах, по которым в настоящее время получают ароматный спирт, принято среднее для данного вида сырья содержание эфирного масла [91, 92]. Между тем, в получаемом заводами сырье содержание эфирных масел отличается (иногда значительно) от средней величины и зависит от многих факторов: местопроизрастания растений, погодных условий, вида и подвида, фазы развития растения, в которой оно убрано и т.д. Кроме того, в процессе хранения эфирные масла претерпевают качественные и количественные превращения, т.е. их содержание в сырье постоянно изменяется: сначала увеличиваясь до некоторого максимума, а затем уменьшаясь в одном виде
10 эфиромасличного сырья или сразу уменьшаясь в другом [9, 10, 17, 18, 23, 28, 31,39...45,70,74,76,89,97, 108, 110, 115,131].
В результате того, что не определяется истинное содержание эфирных масел в сырье при получении ароматных спиртов, происходят значительные колебания качества (колебания содержания эфирного масла) последних и, как результат, ликероводочных изделий, в рецептуре которых они предусмотрены. Т.е. одноименные изделия оказываются с разными органолептиче-скими показателями из-за различного содержания эфирного масла [94].
В [91, 92, 98] было предложено решение вопроса непостоянства содержания эфирного масла, но на ликероводочных заводах, в силу каких-то причин, данными рекомендациями не пользуются. Поэтому целесообразно проработать тему стабильности состава ароматных спиртов и ликероводочных изделий, в рецептуре которых они предусмотрены, и предложить другие пути решения этой задачи.
Очень актуален вопрос о снижении общей продолжительности процесса. Так, существующие в настоящее время установки для получения ароматных спиртов делают один полный оборот за 6...8 ч, т.е. за одну рабочую смену [77, 95, 100, 102, 113, 121]. На абсолютном большинстве ликероводочных заводов ароматные спирты получают в течение одной смены (когда работает начальник цеха ароматных спиртов), т.е. фактически установка делает один оборот в сутки. Поэтому производители алкогольной продукции, столкнувшись с проблемой увеличения мощности цеха ароматных спиртов, вынуждены покупать новые установки, так как действующие не обеспечивают данной возможности.
Следовательно, необходимость снижения общей продолжительности процесса получения ароматных спиртов очевидна. Достигнуть этого возможно за счет уменьшения длительности отдельных составляющих этот процесс стадий.
На данный момент процесс получения ароматного спирта является од-
ним из немногих в пищевой промышленности, для которого нет математической модели, кроме того, в научной литературе нет информации об обобщении основных факторов, влияющих на его протекание.
При получении ароматных спиртов используется очень много видов растительного сырья с различными физико-химическими свойствами, которые непрерывно изменяются по ходу процесса. Изменяются так же и свойства и водноспиртовой жидкости в кубе [90...92, 111, 114, 117]. Поэтому создание математической модели процесса и обобщение основных факторов, влияющих на его протекание, позволит перейти от эмпирических поисков оптимальных режимов проведения процесса к теоретическим. Это, во-первых, разрешит научно обосновать некоторые технологические приемы по совершенствованию процесса и существенно снизит продолжительность времени на их поиск, во-вторых, позволит значительно углубиться в понимание сущности процесса. Кроме того, этот шаг мог бы послужить основой для (отсутствующей пока в силу многих причин) автоматизации процесса [24].
Исходя из вышеизложенного, можно сделать вывод, что исследование процесса получения ароматных спиртов с целью его совершенствования является весьма актуальной задачей, решению которой и посвящена эта диссертационная работа.
Работа выполнялась на кафедре машин и аппаратов пищевых производств (МАПП) Воронежской государственной технологической академии. Выражаю признательность коллективу кафедры МАПП за доброжелательное отношение, пожелания и содействие при оформлении диссертации.
Особую благодарность выражаю научному руководителю доктору технических наук, заслуженному изобретателю РФ, профессору Антипову Сергею Тихоновичу за оказанную помощь, полезные советы и поддержку при выполнении диссертационной работы.
Основные выводы, постановка цели и задач исследования
Из представленного информационного материала видно, что научно-исследовательские работы в области получения ароматных спиртов не проводились уже около 40 лет и в настоящее время ароматные спирты получают по устаревшим технологиям, которые в условиях рыночной экономики имеют ряд недостатков, таких как: - низкая степень извлечения эфирного масла из эфиромасличного сырья, которая на данный момент находится в пределах 70...75 % и отсутствие возможности ее повысить, хотя при затратах на эфиромасличное сырье составляющих 50 % и более от общей себестоимости ароматного спирта это позволило бы значительно уменьшить себестоимость последнего; - большая общая продолжительность процесса (6...8 ч) и отсутствие возможности ее снизить, что ограничивает ассортимент ликероводочной продукции и не позволяет увеличить его в сторону особых водок и настоек, в рецептуре которых предусмотрены ароматные спирты; поэтому заводам для увеличения мощности цеха ароматных спиртов, приходится покупать новые установки, так как действующие не обеспечивают данной возможности; - нестабильность качества ароматных спиртов: одни и те же виды аро матных спиртов получаются с различным содержанием эфирных масел. Кроме того, нет математической модели процесса получения ароматного спирта и не обобщены основные факторы, влияющие на его протекание Исходя из вышеизложенного, сформулирована цель диссертационной работы: исследование процесса получения ароматного спирта из эфиромас-личного сырья, его совершенствование, а так же разработка новых способов и оборудования для его осуществления. В связи с этим задачи настоящей работы можно сформулировать следующим образом: - разработка новой установки для получения ароматного спирта; - исследование возможности повышения степени извлечения эфирного масла из эфиромасличного сырья при получении ароматного спирта на разработанной установке; - исследование возможности снижения продолжительности процесса получения ароматного спирта на разработанной установке; - исследование возможности повышения стабильности качества ароматных спиртов и ликероводочных изделий, в рецептуре которых предусмотрено их использование; - разработка способа автоматического управления процессом подвода теплоты и охлаждающей воды при получении ароматных спиртов; - разработка математической модели процесса получения ароматного спирта; - обобщение основных факторов, влияющих на процесс получения ароматного спирта; - определение эффективности предлагаемых разработок. Последующие главы данной диссертационной работы посвящены ре шению поставленных задач.
Для исследования процесса получения ароматного нами было выбрано определенное эфиромасличное сырье. В ходе проведения исследований возникала необходимость определения тех или иных свойств исходного сырья и конечного продукта. Поэтому в данной главе мы по возможности подробно описываем используемое эфиромасличное сырье и химико-технологические методы контроля процесса. В данной диссертационной работе процесс получения ароматного спирта исследовался на примере получения ароматного спирта горькой настойки «Охотничья» и 30 % - ной горькой настойки «Апельсиновая». В табл. 2.1 приведен состав смеси сырья (в кг) для получения ароматного спирта, требующегося на 1000 дал настойки «Охотничья». Для получения ароматного спирта, требующегося на 1000 дал настойки «Апельсиновая» необходимо 66 кг сушеной апельсиновой корки. Кроме того, для математического описания процесса (для построения математической модели) были проведены эксперименты по получению ароматного спирта из сушеной лимонной корки. Приведем краткую характеристику всего сырья. Имбирь - сушеные корневища многолетнего травянистого растения Zingiber officinalis Roscoe. Снаружи корневища покрыты светло-коричневой, тонкой морщинистой корой, внутри светло-желтые, матовые, в изломе - муч-нисто-волокнистые. Запах - сильный, характерный, ароматичный; вкус острожгучий, слегка мыльный. Содержание эфирного масла 1...3%. Масло состоит из цингеберена (основа), камфена, изоборнеола, фелландрена. Жгучий вкус имбирю придает 0,6...1,8 % маслянистого вещества гингерола. В России имбирь не произрастает. Вместо него в ликерно-наливочном производстве иногда используют калган. Калган (лапчатка прямостоящая) - сухое корневище (влажность не выше 13 %) многолетнего травянистого растения Alpinia officinarum Напсе, произрастающего почти во всех районах европейской части России, на Кавказе и в Западной Сибири. Форма корневища кольцеобразная, окраска коричнево-красная снаружи и красноватая внутри. Толщина корневища до 2 см, длина до 10 см. Запах - ароматический, вкус - жгучеперечный. Содержание эфирного масла 0,5...1 %; оно состоит из метилового эфира коричной кислоты (48 %), цинеола (25 %), камфоры, а-пинена. В корнях имеется 17...30 % дубильных веществ, флобафены, хинная и эллаговая кислоты, смола - галан-гол, воски, камеди.
Определение содержания эфирных масел в эфиромасличном сырье
Содержание эфирных масел мы определяли методом отгонки с водяным паром (метод Гинзберга). Принцип метода. Метод основан на отгонке эфирных масел водяным паром и количественном определении отогнанного эфирного масла по его объему. Ход определения. На технических весах взвешивают навеску тщательно измельченного сырья - 10... 100 г, в зависимости от предполагаемого содержания эфирных масел. Навеску во избежание испарения масел немедленно переносят в плоскодонную колбу на 500...2000 мл (в зависимости от величины навески) и приливают дистиллированную воду; для свежего сырья в пятикратном и для сушеного в десятикратном количестве от взятой навески. В колбу подвешивают приемник и соединяют ее с обратным холодильником (рис. 2.1) через корковую пробку. Подвешивание приемника регулируют проволокой, которая проходит через пробку так, что конденсат из холодильника поступает в широкое градуированное колено приемника. Колбу помещают на сетку и нагревают до кипения. Смесь паров эфирного масла и воды поступает в холодильник и конденсируется; конденсат стекает в воронку приемника. Внизу собирается вода, вверху - эфирное масло. Избыток воды стекает в перегонную колбу, увлекая за собой эфирное масло, растворившееся в воде, которое снова с отгоняемыми парами собирается в приемнике. Поэтому потери эфирного масла вследствие растворимости его в воде незначительны. По окончании отгонки прибор оставляют на 30 мин для охлаждения, затем колбу разъединяют, вынимают приемник и ставят его в стакан для дополнительного охлаждения.
После того как в приемнике установится температура, окружающего воздуха, отсчитывают объем выделенного эфирного масла. Содержание эфирных масел (в % масс.) рассчитывают по формуле: С = где V - объем эфирного масла, мл; d - относительная плотность эфирного масла; а - навеска сырья, г. За окончательный результат принимают среднее арифметическое двух параллельных определений. Допустимое отклонение при определении эфирного масла ±5 % отн. для параллельных анализов. На ликероводочных заводах при получении ароматных спиртов обычно не определяют влажность эфиромасличного сырья. Но в данной диссертационной работе для обсчета эксперимента с целью последующего построения математической модели процесса, определялась влажность лимонной корки. Для этого использовался метод высушивания до постоянной массы. Ход определения. Бюксу предварительно высушивают при температуре 100...105С до постоянной массы, охлаждают в эксикаторе и взвешивают с крышкой. Все взвешивания проводят на аналитических весах. В бюксу отвешивают навеску измельченного эфиромасличного сырья около 5 г (с точностью до 0,0002 г). Открытую бюксу с навеской ставят в сушильный шкаф, предварительно нагретый до 105С (рядом с бюксой помещают ее крышку). Загрузка шкафа сопровождается падением температуры. С момента восстановления температуры 105С высушивание ведут в течение 4 ч, потом бюксу охлаждают в эксикаторе и взвешивают; затем повторно высушивают и через 2 ч повторяют ту же операцию охлаждения и взвешивания. Так поступают до тех пор, пока разница между взвешиваниями будет не более 0,001 г. Полученную массу называют «постоянной» и по достижении ее определение считают законченным. Содержание влаги в эфиромасличном сырье рассчитывают по формуле: где w - содержание влаги, % мае; с - количество влаги в навеске, г; а - навеска эфиромасличного сырья, г. В данной диссертационной работе необходимо было определять содержание этилового спирта в самом спирте, взятом для эксперимента (его крепость), в водно-спиртовых растворах (приготовляемых для проведения процесса) и в полученном ароматном спирте. Во всех случаях содержание этилового спирта определяли непосредственно металлическим спиртомером. Ход определения. Стеклянный цилиндр емкостью 250...500 мл и диаметром не менее 60 мм без делений и термометр с ценой деления не более 0,5 град тщательно моют водой, насухо вытирают мягким, полотенцем, а за тем ополаскивают исследуемым водно-спиртовым раствором или спиртом. Спиртомер и гирьки обтирают, слегка касаясь позолоченной поверхности сначала мягким полотенцем или марлей, смоченными спиртом, а затем сухим мягким полотенцем. В стеклянный цилиндр наливают на 3/4 его объема исследуемый спирт (перед определением спирт тщательно перемешивают) и погружают в него термометр. Удаление пузырьков воздуха, образовавшихся при наполнении цилиндра, ускоряется перемешиванием, которое можно делать термометром до погружения в раствор спиртомера. До начала определения необходимо полностью удалить пузырьки воздуха, так как они при опускании спиртомера в цилиндр будут выталкивать его кверху и тем самым могут быть причиной неверных показаний спиртомера. После удаления всех пузырьков воздуха, не вынимая термометра, в цилиндр осторожно опускают спиртомер, держа его за узкие ребра верхнего стержня большим и указательным пальцами и не касаясь руками погружаемой части. Спиртомер, погруженный в исследуемый спирт (или водно-спиртовый раствор), должен свободно плавать в вертикальном положении, не касаясь ни опущенного в спирт термометра, ни стенок цилиндра. На поверхности спиртомера или около гирькой, подвешенной на нем, не должно быть пузырьков воздуха. Замеченные пузырьки удаляют осторожным встряхиванием спиртомера, не вынимая его из жидкости.
Исследование возможности повышения степени извлечения эфирного масла и увеличения выхода ароматного спирта с единицы сырья
Исследование возможности повышения степени извлечения эфирного масла и увеличения выхода ароматного спирта с единицы сырья за счет сильного измельчения сырья и его размещения в ячейке проводилось на примере получения ароматного спирта горькой настойки «Охотничья». В табл. 2.1 приведен состав смеси сырья, требующегося на 1000 дал настойки «Охотничья». По рецептуре на 151 кг сырья в куб загружают 200 дал водноспиртовой жидкости крепостью 50 % об. и получают 120 дал ароматного спирта крепостью 75 % об. (при этом извлекается 75 % эфирного масла от его содержания в сырье). Скорость сгонки не превышает 7...8 дал/ч. Учитывая размеры экспериментальной установки, рецептурные величины (по количеству эфиромасличного сырья и водноспиртовой жидкости) были уменьшены в 400 раз. В табл. 3.1 приведен состав смеси сырья (взятого для эксперимента) и содержание эфирного масла в нем. Эксперимент проводился следующим образом. При неизменной массе мелкоизмельченного (не менее 90 % массы частиц проходило через сито с диаметром 5 мм, остальная масса проходила через сито с диаметром 8 мм) эфиромасличного сырья (0,3775 кг) постепенно (на 0,25 дм ) увеличивалось количество водноспиртовой жидкости, загружаемой в куб с 5 дм3 до 6,5 дм3, и отгонялся ароматный спирт в объеме 60 % от загруженной в куб водноспиртовой жидкости. С целью определения динамики перехода эфирного масла в ароматный спирт, последний отбирался в виде шести равных по объему фракций, в которых определялось содержание эфирного масла. Таким образом, было проведено 7 опытов (экспериментов). Принимая во внимание невозможность полного воссоздания на экспе риментальной установке процесса, протекающего на промышленных установках (с реальными потоками и скоростями), при проведении экспериментальных исследований ориентировались на продолжительности основных стадий входящих в процесс получения ароматного спирта. Под основными понимаются стадии, от продолжительности которых напрямую зависит степень извлечения эфирно масла из сырья.
Исследования проводились в таком режиме, чтобы их продолжительность была одинаковой на экспериментальной и промышленной установках. Кроме того, продолжительность каждой из основных стадий во всех 7 опытах была одинаковой. В противном случае в результат (степень извлечения эфирного масла из эфиромасличного сырья) был бы внесен такой фактор, как разница во времени проведения основных стадий: чем дольше длится процесс, тем большее количество эфирного масла должно извлечься. Т.к. влияние данного фактора учесть затруднительно, полученные результаты были бы трудно сопоставимы. Стадия сборки и подготовки к процессу установки. В данную стадию также входит заполнение рабочей емкости куба эфиромасличным сырьем и водноспиртовым раствором. В среднем ее продолжительность равняется 20...30 мин (в нашем случае, это время т{ с момента контакта эфиромасличного сырья с водноспиртовой жидкостью до момента включения ТЭНов). Во всех 7 экспериментах продолжительность этой стадии составляла 25 мин. Стадия нагрева. Продолжительность данной стадии в производственных условиях составляет 40 мин. Мы проводили эксперименты таким образом, чтобы ее продолжительность была 30 мин (в нашем случае это время т," с момента включения ТЭНов до закипания водноспиртовой жидкости). Как указывалось выше, количество водноспиртовой жидкости, загружаемой в куб, увеличивается с первого по седьмой опыт. Для того, чтобы продолжительность стадии нагрева оставалась равной 30 мин, мы постепенно повышали количество тепловой нагрузки, подводимой в куб. Таким образом, на стадии работал один ТЭН, подключенный через ЛАТР, и мощность его увеличивалась с 0,675 кВт (в первом опыте) на 0,0375 кВт (в каждом последующем) до 0,9 кВт. Стадия отгона фракций ароматного спирта. Продолжительность данной стадии в производственных условиях колеблется в среднем от 60 мин до 90 мин. Данную стадию мы проводили таким образом, чтобы ее продолжительность была 70 мин. Как указывалось выше, количество водноспирто-вой жидкости, загружаемой в куб, увеличивается с первого по седьмой опыт, и, соответственно увеличивается количество отбираемого ароматного спирта. Для того чтобы продолжительность стадии отгона фракций ароматного спирта оставалась в районе 70 мин, постепенно повышалось количество тепловой нагрузки, подводимой в куб. На данной стадии работал один ТЭН, подключенный через ЛАТР, мощность его увеличивалась с 0,9 кВт (в первом опыте) на 0,0375 кВт (в каждом последующем) до 1,125 кВт. Результаты эксперимента представлены в табл. 3.2 и 3.3.
Использование нейронных сетей для обобщения влияющих на процесс получения ароматного спирта факторов
Как отмечалось выше, целью процесса получения ароматных спиртов является извлечение эфирного масла из эфиромасличного сырья. Степень извлечения эфирного масла зависит от длительности основных стадий данного процесса: со снижением их продолжительности она (степень извлечения) уменьшается. На примере получения ароматного спирта горькой настойки «Охотничья» с целью изучения возможности снижения продолжительности основных стадий процесса получения ароматного спирта (за счет измельчения эфиромасличного сырья и его размещения в ячейке) при приемлемой степени извлечения эфирного масла нами был проведен эксперимент. Следует отметить, что для каждого производителя ароматного спирта приемлемая степень извлечения эфирного масла (исходя из экономической целесообразности) будет различной. Эксперимент заключался в следующем. При неизменной массе мелкоизмельченного (не менее 90 % массы частиц проходило через сито с диаметром 5 мм, остальная масса проходила через сито с диаметром 8 мм) эфиромасличного сырья (0,3775 кг) и объема водноспиртовой жидкости, загружаемой в куб (5 дм ), уменьшалась продолжительность стадии отгона фракций ароматного спирта в каждом последующем опыте за счет непрерывного увеличения количества подводимой в куб тепловой нагрузки. Эксперимент проводился до тех пор, пока степень извлечения эфирного масла не составила менее 75 %. В результате было проведено 8 опытов. На данной стадии отгона фракций ароматного спирта работал один ТЭН, подключенный через ЛАТР, мощность его увеличивалась с 0,9 кВт в первом опыте на 0,075 кВт в каждом последующем до 1,425 кВт. Для опре деления динамики перехода эфирного масла в ароматный спирт последний отбирался в виде шести равных по объему фракций, в которых определялось содержание эфирного масла. В табл. 3.5 приведен состав смеси сырья (взятого для эксперимента) и содержание эфирного масла в нем.
Продолжительность стадии сбора и подготовки к процессу установки обусловлена, в основном, квалификацией и слаженностью действий обслуживающего установку персонала, и снизить ее довольно трудно. Поэтому мы уменьшили ее продолжительность (і,- ) по сравнению с предыдущим экспериментом на 5 мин. Таким образом, во всех 8 опытах она составила 20 мин. Стадия нагрева проводилась таким образом, чтобы ее продолжительность во всех 8 опытах была 15 мин. На данной стадии работал один ТЭН, подключенный через ЛАТР с мощность на 1,425 кВт. Результаты эксперимента представлены в таблицах 3.6 и 3.7. Температура закипания заливаемой в куб водноспиртовой жидкости во всех случаях была одинаковой и составила 82,7 С. Из табл. 3.6 видно, что (как и в предыдущем эксперименте) для соответствующих фракций (в разных опытах) температуры в кубе после отбора данной фракции одинаковы. Кроме того, одинаковы и концентрации спирта в соответствующих фракциях (при разных объемах заливаемой в куб водноспиртовой жидкости). Все это говорит о том, что во всех 8 экспериментах процесс получения ароматного спирта был организован и проведен правильно. Как следует из табл. 3.7, степень извлечения эфирного масла из эфиро-масличного сырья оставалась выше 75 % до седьмого опыта включительно. Так же содержание эфирного масла в ароматном спирте остается больше содержания эфирного масла, указанного в рецептуре (0,244 мл на 100 мл ароматного спирта) до седьмого опыта включительно. Продолжительность данного опыта (продолжительность основных стадий получения ароматного спирта) составила 81,2 мин. В восьмом опыте (продолжительность которого составила 78,9 мин) степень извлечения эфирного масла их эфиромасличного сырья стала ниже 75 % и, содержание эфирного масла стало меньше 0,244 мл на 100 мл ароматного спирта. В ароматный спирт в каждом опыте переходит различное количество эфирного масла. Поэтому, из данного ароматного спирта получится различное количество горькой настойки «Охотничья», потому, что содержание эфирного масла в последней не должно отличаться от рецептурной величины, равной 0,0293 мл на 100 мл настойки. Для нахождения искомого объема настойки проведем расчет аналогичный расчету, проведенному в разделе 3.2. В табл. 3.8 приведены результаты расчета. Для простоты сравнения с рецептурными величинами (как и в разделе 3.2.) цифры пересчитаны с учетом объема куба экспериментальной установки: увеличены в 400 раз. Как видно из табл. 3.8, наибольшая разница по продолжительности основных стадий процесса получения ароматного спирта составила 24,7 мин, а по объ ему настойки, для приготовления которой используется данный ароматный спирт - 208,06 дал. В настоящее время на ликероводочных заводах средняя продолжительность основных стадий процесса получении ароматного спирта составляет 140 мин (стадия сбора и подготовки к процессу установки - 25 мин; стадия нагрева - 40 мин; стадия отгона фракций ароматного спирта - 75 мин). Следовательно, проведя процесс при продолжительности основных стадий менее 80 мин, удалось снизить продолжительность основных стадий получения ароматного спирта практически на 1 час, а это более чем на 40 %. На рис. 3.6 представлен график, на котором показано изменение от опыта к опыту величины образующихся в кубе паров. Из графика видно, что, величина водноспиртовых паров увеличивается. Необходимо заметить, что данная зависимость носит линейный характер. Это объясняется тем, что снижение продолжительности стадии отгона фракций ароматного спирта, от опыта к опыту происходит так же линейно.
