Введение к работе
1.1 Актуальность работы. Современным направлением повышения эффективности пищевых производств является совершенствование технологий с использованием новых идей и научных результатов. Одной из инновационных идей, направленных на улучшение показателей технологических процессов в пищевой промышленности, является использование импульсных возмущений и квазистационарного режима. В настоящее время проблема повышения эффективности производства в спиртовой промышленности остро стоит в связи со следующими причинами. Наблюдается рост объёмов производства этилового спирта из зернового сырья как для пищевой промышленности, так и для биоэтанола. Новый ГОСТ Р 51652-2000 на спирт этиловый ректификованный из пищевого сырья существенно повысил требования к содержанию в спирте сивушных масел. Спирт марки «Люкс» должен содержать не более 6 мг/дм3 сивушных масел, однако в настоящее время имеются затруднения в сбыте пищевого спирта даже такого высокого качества. Надежный сбыт имеет более высококачественный спирт с содержанием сивушных масел менее 2 мг/дм3. Повышение качества пищевого спирта обычно обеспечивается путем значительного увеличения отбора сивушной фракции. Следствием является снижение выхода спирта. Одновременно возникает проблема сбыта повышенных объемов сивушных спиртов и сивушных масел. На большинстве брагоректификационных установок (БРУ) косвенного действия, широко распространённых в России, не удаётся решить вышеизложенные проблемы в рамках стационарного технологического режима получения пищевого спирта и при практике отбора сивушных масел с тарелок, на которых их концентрация максимальна.
В связи с изложенным актуальным является научное обоснование и разработка квазистационарного технологического режима получения пищевого спирта при импульсном отборе сивушных масел и разработка новой методики определения оптимального места отбора сивушных спиртов и сивушных масел из спиртовой колонны, направленные на увеличение выхода спирта заданного качества и снижение величины отбора фракции сивушных масел (ФСМ), а также содержания этанола в ней.
Диссертационная работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований и региональных инвесторов в рамках ГРАНТа РФФИ «Обоснование термодинамических основ и разработка новых технологических способов переработки водно-спиртовых и углеводородных смесей с оптимальными параметрами получения биотоплива» (проект № 08.08.99134).
1.2 Цель исследования. Целью настоящей работы явилось научное обоснование и разработка квазистационарного технологического режима получения пищевого спирта при импульсном отборе сивушных масел и разработка методики определения оптимального места отбора сивушных масел.
1.3 Основные задачи исследования. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
научно обосновать и разработать квазистационарный режим работы спиртовой колонны получения пищевого спирта при импульсном отборе сивушных масел;
обосновать выбор сырья для производства бражки, выработанной из зерновой смеси;
развить физико-химические основы разделения смесей, содержащих преимущественно воду и высшие спирты, экспериментально выполнить разгонку сивушной фракции на колонне четкой ректификации после предварительной отгонки этанола. Разработать адекватную модель описания равновесия в системе жидкость-жидкость для изучаемых смесей и определить энергетические параметры бинарного взаимодействия;
оценить время насыщения колонны спиртовыми компонентами;
выполнить сравнение квазистационарного и стационарного режимов работы спиртовой колонны;
апробировать на производстве квазистационарный технологический режим получения пищевого спирта при импульсном отборе фракции сивушных масел;
разработать и обосновать методику определения оптимального места отбора сивушных спиртов и сивушных масел из спиртовой колонны;
разработать брагоректификационную установку непрерывного квазистационарного действия;
выполнить технико-экономическое обоснование использования технологического квазистационарного режима работы спиртовой колонны с импульсным отбором фракции сивушных масел.
1.4 Научная новизна. Научно обоснован и разработан квазистационарный технологический режим получения пищевого спирта при импульсном отборе сивушных масел.
Разработана адекватная модель фазового равновесия в системе жидкость-жидкость для смесей, содержащих преимущественно воду и высшие спирты.
Разработана новая методика определения оптимальных мест отбора сивушных спиртов и сивушных масел из спиртовой колонны.
Новизна технических решений подтверждена патентом РФ на полезную модель № 86110 «Брагоректификационная установка непрерывного квазистационарного действия».
1.5 Практическая значимость. При переходе на квазистационарный режим работы спиртовой колонны достигнуто увеличение выхода ректификованного спирта и улучшение качества сивушного масла. Определены энергетические параметры бинарного взаимодействия модели NRTL, обеспечивающие адекватное описание разделения жидких смесей, содержащих преимущественно воду и высшие спирты. Определены оптимальные места отбора сивушных спиртов и сивушных масел из спиртовой колонны.
Выполнена производственная проверка и установлена эффективность использования квазистационарного режима при импульсном отборе фракции сивушных масел. Разработана брагоректификационная установка непрерывного квазистационарного действия. Результаты работы внедрены на предприятии ООО «КХ Восход».
1.6 Реализация результатов исследования. Выполнена производственная проверка эффективности использования квазистационарного технологического режима при импульсном отборе ФСМ. Обеспечено снижение содержания этанола в ФСМ в 2,5 раза и увеличение содержания в ней изоамилола до 53 % об. На ООО «КХ Восход» получен пищевой ректификованный спирт по ГОСТ Р 51652-2000, соответствующий марке «Люкс», с характерным запахом без посторонних тонов и сивушное масло по ГОСТ 17071-91.
1.7 Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены, обсуждены и одобрены на Всероссийской научно-практической конференции, посвященной 10-ти летию кафедры «Технология и организация питания» (г. Челябинск, 2007 г.); на Всероссийской научно-практической конференции аспирантов, соискателей и докторантов (г. Майкоп, 2008 г.); на II Всероссийской научно-практической конференции, посвященной 65-летию Южно-Уральского государственного университета «Современное состояние и перспективы развития пищевой промышленности и общественного питания» (г. Челябинск, 2008 г.); на II Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых «Научное обеспечение агропромышленного комплекса» (г. Краснодар, 2008 г.); на одиннадцатой Международной научно-практической конференции «Современные проблемы техники и технологии пищевых производств» (г. Барнаул, 2008 г.); на XXXVI научной конференции студентов и молодых ученых вузов Южного федерального округа, посвященной 40-летнему юбилею Кубанского государственного университета физической культуры, спорта и туризма (г. Краснодар, 2009 г.); на I Всероссийской студенческой научной конференции «Молодежная наука пищевой промышленности России» (г. Ставрополь, 2009 г.); на X Международной конференции молодых ученых «Пищевые технологии и биотехнологии» (г. Казань, 2009 г.).
1.8 Публикация результатов исследования. По материалам диссертационной работы опубликовано 13 научных работ, в том числе 4 статьи в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК РФ, получен патент РФ на полезную модель.
1.9 Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, выводов, списка использованной литературы и приложения. Основной текст диссертации изложен на 178 страницах компьютерного текста, содержит 27 рисунков и 56 таблиц. Список использованной литературы включает 142 наименования, из них 23 - зарубежных авторов.
