Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 Литературный обзор 8
1.1 Основные зерновые культуры, перерабатываемые на пищевой ректификованный спирт отечественной промышленностью 8
1.2 Технологические стадии водно-тепловой обработки зерна при производстве пищевого спирта 9
1.2.1 Измельчение зерна 9
1.2.2 Смешение зерновой крупки с водой 12
1.2.3 Разваривание зернового замеса 16
1.3 Коэффициенты диффузии влаги при сушке и увлажнении 25
1.4 Массообмен между дрожжевой клеткой и суслом 31
1.5 Теории измельчения зерна, и влияние степени измельчения на показатели производства пищевого ректификованного спирта 33
Цель и задачи исследований 36
ГЛАВА 2 Объекты и методы исследований 38
2.1 Объекты исследований 38
2.2 Методы исследований 42
ГЛАВА 3 Результаты исследований и их анализ 46
3.1 Сравнительный анализ известных экспериментальных данных по развариванию ячменной крупки при различных температурных режимах с использованием результатов численного решения уравнения нестационарной диффузии 46
3.2 Экспериментальное исследование разваривания пшеничной и кукурузной крупки и разработка модели разваривания крупки с учетом изменения температуры, явления набухания крахмальных гранул и их разрыва, сопровождающегося отрывом наружного слоя развариваемых частиц 57
3.3 Обследование технологии разваривания пшеничной и кукурузной крупки в производственных условиях спирт-заводов ООО «КХ Восход» (г. Майкоп) и ООО «Стандарт Спирт» (г. Нарткала) и в лабораторном эксперименте 64
3.4 Определение коэффициентов диффузии влаги при разваривании пшеничной и кукурузной крупки и их сравнение с результатами исследований диффузии при сушке и увлажнении целого и измельченного зерна 70
3.5 Совершенствование математической модели спиртового брожения на основе анализа сопротивлений переносу компонентов из цитоплазмы в наружную жидкость через 82 мембрану дрожжевой клетки
3.6 Определение оптимального режима разваривания крупки с учетом влияния ее размеров на время разваривания и суммарные затраты электроэнергии на измельчение зерна
и теплоты на разваривание 91
3.7 Обследование брагоректификационной установки (БРУ) производительностью 6000 дал ректификованного спирта в сутки на ООО «Стандарт Спирт» (Кабардино-Балкарская республика, г. Нарткала), разработка программы расчета шестиколонной БРУ в интегрированной среде HYSYS и ее апробация при оптимальном режиме разваривания крупки 101
3.8 Разработка и изготовление лабораторной ректификационной установки периодического действия, апробация результатов исследований по измельчению, развариванию кукурузной крупки, сбраживанию сусла и ректификации бражки 109
3.9 Технико-экономическое обоснование усовершенствованной технологии получения этилового спирта, расчет ожидаемого экономического эффекта от оптимизации процессов
4 измельчения зерна и разваривания зернового замеса и разработка технологической инструкции для производства ректификованного спирта 111
Выводы 123
Список сокращений и условных обозначений 125
Литература
- Смешение зерновой крупки с водой
- Экспериментальное исследование разваривания пшеничной и кукурузной крупки и разработка модели разваривания крупки с учетом изменения температуры, явления набухания крахмальных гранул и их разрыва, сопровождающегося отрывом наружного слоя развариваемых частиц
- Обследование брагоректификационной установки (БРУ) производительностью 6000 дал ректификованного спирта в сутки на ООО «Стандарт Спирт» (Кабардино-Балкарская республика, г. Нарткала), разработка программы расчета шестиколонной БРУ в интегрированной среде HYSYS и ее апробация при оптимальном режиме разваривания крупки
- Технико-экономическое обоснование усовершенствованной технологии получения этилового спирта, расчет ожидаемого экономического эффекта от оптимизации процессов
Смешение зерновой крупки с водой
Для производства спирта в России в качестве основных зерновых культур применяют пшеницу, кукурузу и ячмень. Вид зерна оказывает определенное влияние на показатели спиртового производства.
Рассмотрим характеристику этих зерновых культур. Зерно состоит из трех анатомических частей: зародыша, эндосперма и оболочки. Зерна пшеницы и кукурузы относят к голозерным культурам, а ячмень из-за наличия цветочных пленок – к пленчатым. По содержанию сорной примеси эти культуры относят к чистым (содержание сорной примеси 1-2 %). Химический состав зерна зависит от культуры, сорта, почвенно-климатических условий и многих других факторов. Усредненный химический состав зерна пшеницы, кукурузы и ячменя приведен в таблице 1.1 [57].
В зерне содержится в среднем 14-15 % влаги, остальное – сухие вещества, что подтверждается нашими исследованиями. В сухих веществах, кроме компонентов, приведенных в таблице 1.1, содержатся также витамины, минеральные вещества и ферменты. Последние имеют огромное значение, так как тех 9 нология этилового спирта из крахмалистого сырья основана на ферментативном гидролизе зернового крахмала. К ферментам зерна относятся: [3 -амилаза, а-амилаза, сахараза, мальтаза, протеазы, липазы и др. Из органических кислот в зерне содержатся щавелевая, яблочная и молочная [57].
Отечественными и зарубежными специалистами используются различные схемы водно-тепловой обработки зерна при производстве пищевого ректификованного спирта. Рассмотрим основные технологические стадии водно-тепловой обработки: измельчение зерна, смешение зерновой крупки с водой и разваривание зернового замеса.
Одной из задач водно-тепловой обработки зерна является перевод крахмала зерна в растворимое состояние. На первой стадии эта задача решается путем предварительного измельчения зерна. Наиболее распространены на отечественных спиртзаводах молотковые и вальцовые дробилки. Степень измельчения зерна характеризуется проходом 60-95 % через сито с диаметром отверстий 1 мм. На спиртзаводах зерно измельчают в одну или две стадии. При двухстадийном способе измельчения первая стадия проводится на молотковой дробилке. Полученный помол направляется на сита для разделения его на две фракции с различной крупностью частиц - более и менее 1 мм. При двухстадийном способе измельчения получается более тонкий и равномерный помол, уменьшается температура и продолжительность разваривания сырья, снижаются потери сбраживаемых веществ при разваривании [36].
У всех конструкций молотковых дробилок к основным рабочим органам относятся вращающийся ротор, набранный из стальных дисков, сквозь кото 10 рые проходят валики, на которых свободно подвешены молотки, сита и деки.
Сита и деки вместе с ротором создают рабочую зону машины. Сущность процесса дробления и измельчения состоит в том, что вследствие удара, излома и истирания рабочими органами молотковых дробилок, поступающее в дробилку сырье дробится на отдельные частицы (рисунок 1.1) [19].
Высокую эффективность вертикальные молотковые дробилки показывают при измельчении зерна на спиртзаводах. Измельченный в этой дробилке продукт имеет равномерную структуру с малым количеством мелкой фракции (рисунок 1.2) [7]. Классическая горизонтальная дробилка обеспечивает высокопроизводительное дробление в одну линию, а также измельчение продуктов с высоким содержанием клетчатки – шелухи, отрубей, оболочки и отходов крупяных цехов (рисунок 1.3) [63].
Валковые дробилки являются идеальными машинами для эффективного измельчения кукурузы и для создания однородной структуры материала. Через загрузочное окно материал подается в измельчитель и попадает между двумя роликами, которые его измельчают. Конечный материал после измельчения выходит через разгрузочное окно. Один из установленных роликов движимый, другой – недвижимый. Отсутствие пыления и аспирационных систем позволяет применять эти измельчители в действующих производствах.
Дробилки валковые классифицируются на двухроликовые, трехролико-вые и четырехроликовые, среднего и мелкого помола. Их достоинством являются надежность в эксплуатации, простота обслуживания, сравнительно низкое энергопотребление и возможность регулировки выходного размера фракции. Принцип действия валковой дробилки приведен на рисунке 1.4 [15], четырехвалковой дробилки – на рисунке 1.5 [10].
Смешение зерновой крупки с водой проводится в смесителе для обеспечения однородности замеса. В нем не должно быть комочков теста («галушек»), которые плохо развариваются и приводят к увеличению потерь сбраживаемых веществ с нерастворенным крахмалом. Процесс смешения определяется конструкцией смесителей, частотой вращения мешалки и температурой воды при смешении, которая не должна превышать 50 С, т.е. быть ниже температуры клейстеризации. В процессе разваривания подваренный замес смешивается с паром в контактных головках и выдерживается в непрерывном потоке при определенной температуре.
В настоящее время широко применяются ферменты на стадиях смешения и разваривания. В работе [49] приведена схема смесителя-предразварника с использованием вторичного пара из паросепаратора-выдерживателя. Измельченное зерно поступает в смеситель, куда одновременно подают воду и а -амилазу. Из смесителя насосом через контактную головку замес поступает в аппарат гидродинамической и ферментативной обработки первой ступени (ГДФО-1).
Экспериментальное исследование разваривания пшеничной и кукурузной крупки и разработка модели разваривания крупки с учетом изменения температуры, явления набухания крахмальных гранул и их разрыва, сопровождающегося отрывом наружного слоя развариваемых частиц
Ниже представлен алгоритм решения системы линейных уравнений с трехдиагональной матрицей, получаемых при использовании неявной схемы при разбиении пространственной координаты на п участков и числе шагов интегрирования по времени равном к.
Для начального временного слоя (у = 1) и второго слоя (у = 2) при п шагах интегрирования по координате уравнение (3.4) принимает вид системы уравнений с трехдиагональной матрицей Строго говоря, на соседних временных слоях величины температур различны, а поэтому различны и величины Fo = . Однако на соседних временных слоях температура отличается на 0,05 С, и этим различием можно пренебречь. При переходе же на последующий слой осуществляется пересчет температуры и величины Fo.
По вышеизложенной методике определяются концентрации влаги Q в узлах сетки по всем координатным и временным слоям. Программа расчета процесса разваривания на базе уравнения нестационарной диффузии, написанная на языке программирования Pascal [52], приведена в приложении А. Коэффициент диффузии D(t) рассчитывался в соответствии с температурным режимом, приведенным на рисунке 3.1: на участке I вычислялся от 0 до 30 мин при температуре 50 С; на участке II - от 30 до 50 мин возрастал на величину (75-50)/(50-30) С/мин; на участке III - от 50 до 140 мин принимался постоянным, вычисленным при температуре 75 С; на участке IV - от 140 до 180 мин возрастал на величину (90-75)/(180-140) С/мин; на участке V - от 180 до 225 мин принимался постоянным, вычисленным при температуре 90 С. Результаты вычислений представлены на рисунке 3.4. Как видно из рисунка 3.4, концентрация влаги изменяется в пространстве и во времени. Результаты отвечают следующему температурному режиму: первые 30 минут температура равна 50 С, от 30 до 50 минут температура изменялась от 50 до 70 С со скоростью 1 /мин и при времени, большем, чем 50 мин температура оставалась постоянной, равной 70 С.
Таким образом, чисто диффузионная модель, учитывающая изменение температуры, дает время разваривания крупки, имеющей толщину 1 мм, равное 32 ч, в то время как реальный процесс разваривания был завершен за 225 мин. крупки. Результаты представлены В связи с таким расхождением для проверки численного решения уравнения нестационарной диффузии методом сеток по неявной схеме проанализированы известные аналитические решения этой задачи, которые выражены в виде бесконечного ряда (уравнения (3.27) и (3.28)) [5, 6].
Известные аналитические решения относятся к случаю диффузии, не осложненной изменением температур, набуханием крахмальных гранул и от 55 рывом наружных слоев частиц. Поэтому для сравнения было выполнено численное решение уравнения (3.1) при D\t) = const для следующих краевых условий: начальные условия С x,0) = 0; (3.29) граничные условия С(0,т) = С(5,т) = С . (3.30)
Толщина частиц увлажняемого материала 8 принята равной 1 мм, что соответствует степени измельчения зерна при 90%-м проходе через сито диаметром 1 мм.
Графическое представление полученных решений приходится получать с помощью численного расчета. Число членов ряда в сумме уравнений (3.27) и (3.28) принято равным 1000, число шагов интегрирования равным 4500. Так как задача является симметричной, число шагов по координате в сеточном методе принято равным 50. Профиль изменения концентраций влаги в частице, толщиной 1 мм за время 225 мин приведен на рисунке 3.5, где кривые 1, 2 и 3 практически сливаются в одну линию.
Как видно из рисунка 3.6 за 225 мин не достигается разваривание частицы крупки, толщиной 1 мм. Это связано с не учетом изменения температуры, набухания крахмальных гранул и их отрыва. Точность численного решения является чрезвычайно высокой [69].
Экспериментальное исследование разваривания пшеничной и кукурузной крупки и разработка модели разваривания крупки с учетом изменения температуры, явления набухания крахмальных гранул и их разрыва, сопровождающегося отрывом наружного слоя развариваемых частиц
С целью выявления причин существенного отклонения теоретических данных от экспериментальных был проведен эксперимент по развариванию при температуре 90 С пшеничной крупки, полученной после дробилки и вальцов, размером порядка 1 мм. Частицы были замочены водой, температура которой 40 С, суспензия быстро разогрета до 90 С и выдержана при этой температуре в течение 1 часа. Под микроскопом были сфотографированы края сухой и разваренной частиц (рисунок 3.7). Съемка частицы пшеничной крупки осуществлялась таким образом, чтобы увидеть размеры крахмальных зерен. Средний размер гранул в сухой пшеничной крупке составил 2,5х2,5х4 мм, а в набухшей 5х5х7 мм при увеличении в 200 раз. Таким образом, размер гранул увеличивается в (557)/(2,52,54)=7 раз, после чего происходит их сухой и разваренной частиц (рисунок ?) послойный отрыв [66, 67, 104].
Из рисунка 3.7 видно, что сухая частица состоит из крахмальных гранул, размер которых в пересчете на эквивалентный диаметр составил 18 мкм. После разваривания размер гранул увеличился до 31,4-31,45 мкм. В среднем при размере 31,42 мкм гранулы разрывались и крайний крахмальный слой частицы отрывался и переходил в жидкую фазу.
В работе [105] приведены экспериментальные данные размеров крахмальных гранул в исходном и набухшем зерне кукурузы: для исходного крахмального зерна d = 15,5(+0,03) мкм, для набухшего d = 40,0(+0,07) мкм. Полученные нами данные находятся в согласии с известными экспериментальными данными. В соответствии с определенными выше размерами крахмальных гранул при численных расчетах крупка размером 1 мм разбита на 200 слоев, чтобы каждый слой соответствовал размеру крахмального зерна. Так как задача является симметричной, то будем проводить расчет для 100 слоев. Примем, что 1-й слой граничит с жидкостью, а последний находится в центре крупки. Насыщение влагой происходит от 1-го слоя к последнему.
Определим влажность набухшего крахмального зерна. Экспериментальные данные по плотность крупки рн показывают, что ее значение находится в интервале 1330.... 1480 кг/м3 [47]. Приняв рн = 1400 кг/м3, плотность воды рв = 1000 кг/м3, найдем плотность сухой крупки рк = 1323 кг/м3 при ее влажности 15 мас. %. При указанных показателях и, учитывая, что объем гранулы увеличивается при набухании, влажность набухшей гранулы составляет 80 мас. % - это та влажность, при которой гранула лопается.
Поскольку это задача Стефана с подвижной границей раздела фаз, то при ее решении следили за концентрацией в узлах сетки. При достижении концентрации значения 0,8 мас. дол. проводился отрыв слоя.
Для моделирования описанного процесса была рассмотрена теория набухания крахмальных гранул. По процессу набухания накоплен обширный экспериментальный материал, результаты которого обработаны с использованием модели химических реакций 1-го [102, 107, 112], 2-го [105, 85, 115] и 3-го [107] порядка. Экспериментальные результаты авторов вместе с собственными экспериментальными данными [105] обобщены в виде графика, представленного на рисунке 3.8.
Обследование брагоректификационной установки (БРУ) производительностью 6000 дал ректификованного спирта в сутки на ООО «Стандарт Спирт» (Кабардино-Балкарская республика, г. Нарткала), разработка программы расчета шестиколонной БРУ в интегрированной среде HYSYS и ее апробация при оптимальном режиме разваривания крупки
Учитывая, что сопротивление массопередаче складывается из трех сопротивлений, то поток вещества N составит = (с -с)=рц С-С (с/,2-С,1=ржС/,ж-Сж), (3.54) где Коб - общий коэффициент массопередачи, м/с; С - концентрация, равновесная с наружной жидкостью; С - концентрация извлекаемого вещества в цитоплазме клетки; р - коэффициент массоотдачи в цитоплазме, м/с; С f - концентрация извлекаемого вещества на границе раздела со стороны клетки; Сг 2 - равновесная концентрация на границе раздела со стороны клетки; Dм - коэффициент диффузии в клеточной мембране, м2/с; 5 - толщина клеточной мембраны, м; Су 2 - равновесная концентрация на границе раздела со стороны клетки; С г 1 - равновесная концентрация на границе раздела со стороны наружной жидкости; Рж - коэффициент массоотдачи в наружной жидкости, м/с; Сгж - концентрация извлекаемого вещества на границе раздела со стороны наружной жидкости; Сж - концентрация извлекаемого вещества в наружной жидкости.
Если равновесные концентрации подчиняются закону Генри в небольшом диапазоне изменения концентраций, то из уравнения (3.54) определяет-ся об где Гц, Гж - константа Генри в цитоплазме и наружной жидкости. Скорость массоотдачи от наружной жидкости к клетке в работе [24] оценена по критерию Шервуда для ламинарного режима, Sh = — « 2. Со D гласно рисунку 3.22 средний объем материнской клетки до отрыва от нее дочерней клетки составляет порядка 37 мкм3. Приняв тело клетки в форме ша 89 ра, получаем, что диаметр клетки составляет 4 мкм. Примем коэффициент диффузии этанола в воде D = 11,8-10"10 м2/с [120], тогда коэффициент мас-соотдачи в наружной жидкости составит рж=5,9-10 4 м/с. Коэффициент массоотдачи в цитоплазме р вычислим на основе теории абсорбции в газовом пузырьке, растущем в жидкости [76]
В выражении (3.56) время т примем, равным 600 с, в соответствии с рисунком 5, приведенным в [24]. Тогда рц = 1,21 -10"6 м/с. Так как рж » рц, то можно пренебречь массоотдачей в наружной жидкости, и уравнение (3.55) примет вид Запишем уравнение изменения концентрации спирта в клетке за счет массопередачи. За бесконечно малое время dx из наружной жидкости в клетку будет перенесено количество вещества KобSk\C -С). При этом концентрация в цитоплазме изменится на dC. где Уж - объем наружной жидкости; С0 - начальная концентрация этанола в дрожжах. Определим коэффициент диффузии в клеточной мембране Dм путем идентификации экспериментальных данных по экстракции, приведенных в [24] (таблица 3.6).
Вопрос о равновесии взаимодействующих сред с мембраной в литературе не рассматривался. Мы приняли равенство тангенсов угла наклона равновесных кривых «наружная жидкость - мембрана» и «клеточная жидкость -мембрана». Коэффициент диффузии в клеточной мембране составил
Dм = 1,75-10Г17м2/с. При этом сопротивление мембраны b/Dм = 4-108с/м, а величина Гц/$ц = 6,86-105 с/м, т.е. сопротивление мембраны намного больше, чем сопротивление массоотдачи в клетке.
Таким образом, на основании уравнений (3.54), (3.55), (3.58) доказано, что можно пренебречь сопротивлением массопередачи в клетке на базе эксперимента по экстракции спирта из дрожжевых клеток водой.
Определение оптимального режима разваривания крупки с учетом влияния её размеров на время разваривания и суммарные затраты электроэнергии на измельчение зерна и теплоты на разваривание
Степень измельчения зерна в технологии производства ректификованного спирта оказывает существенное влияние на последующие процессы: разваривание зернового замеса, осахаривание и брожение. Экспериментальное определение оптимальной степени измельчения на базе технико-экономических показателей производства спирта связано с очень большим объемом работ. В этой связи при решении указанной задачи целесообразно использовать методы математического моделирования.
Определение времени разваривания для частиц, размер которых отличен от 1 мм, требует большого объема вычислений. В связи с тем, что используемое на производстве время разваривания на каждой из ступеней най 92 дено в результате лабораторных испытаний и подтверждено в производственных условиях, то при поиске необходимого времени разваривания использовано то же соотношение времен для частиц других размеров. В связи с этим подбиралось такое суммарное время разваривания, при котором частицы крупки были полностью разварены. Этот итерационный процесс потребовал очень больших затрат машинного времени. Зависимость времени разваривания от размера частиц крупки приведена на рисунке 3.26. Результаты расчета времени разваривания кукурузной и пшеничной крупки для обеих ступеней приведены в таблицах 3.7 и 3.8. где X степень измельчения (отношение величины крупности исходного материала к крупности размолотого); Съ С2 - коэффициенты, зависящие от свойств измельчаемого материала, Дж/кг. В расчетах принято С 1 = 12 кДж/кг и где D , d эквивалентный диаметр частиц до и после измельчения, мм.
Эквивалентный диаметр частиц после измельчения принят равным размеру частиц крупки. Для определения эквивалентного диаметра зерна кукурузы и пшеницы необходимо определить объем зерновки. Для этого рассмотрим геометрическую форму зерна кукурузы и пшеницы, а также характеристики длины, ширины и толщины, приводимые в литературе.
Зарубежными авторами [117] предлагается рассматривать форму зерна кукурузы в виде параллелепипеда. На рисунке 1.15 приведены характерные размеры для зерна кукурузы, выращенной в Мексике. Вычисленный по этим размерам эквивалентный диаметр оказался равным 9,784 мм.
Рассмотрим отечественные зерна кукурузы и пшеницы, внешний вид которых приведен на рисунках 3.27 и 3.28. Геометрическая форма зерна кукурузы различна. Круглые зерна можно отнести к яйцеобразной форме (рисунок 3.27), а большие плоские - к неравностороннему эллипсоиду. Зерно пшеницы (рисунок 3.28) определим как неравносторонний эллипсоид.
Применяя принцип «золотого сечения» при расчете геометрических показателей авторами [41] изучена форма яиц, классифицированная на: а – моноасимметрическое; б – биоасимметрическое и в – симметрическое (рисунок 3.29gh).
Технико-экономическое обоснование усовершенствованной технологии получения этилового спирта, расчет ожидаемого экономического эффекта от оптимизации процессов
В соответствии с данными таблицы 3.21 на производство 6000 дал ректификованного спирта в сутки требуется 87,222=174,44 т зерна в сутки для крупки 1 мм, и 86,932=173,86 т зерна в сутки для крупки 0,5 мм, что составляет в тыс. руб./сут., соответственно 1744,4 и 1738,6 при стоимости зерна 10000 руб./т. С учетом затрат электроэнергии на измельчение зерна и пара на разваривание суммарные затраты для крупки 1 мм будут равны: 1744,4+6,85=1751,2 тыс. руб./сут; для крупки 0,5 мм 1738,6+8,152=1746,8 тыс. руб./сут. Годовая прибыль в расчете на 300 рабочих дней в году составит (1751,2-1746,8) 300=1320000 тыс. руб. или 1 млн 320 тыс. руб. в год.
Таким образом, определена оптимальная степень измельчения зерна с использованием в качестве функции цели суммарных энергозатрат на измельчение, расход теплоты на процесс разваривания и стоимости исходного зерна. Оптимальное значение степени измельчения зерна составляет 0,5 мм. Рекомендовано эквивалентный диаметр зерна пшеницы определять из объема зерновки, отнесенного к неравностороннему эллипсоиду; зерна кукурузы на основе известных оологических исследований.
Ожидаемый экономический эффект при производстве 6000 дал ректификованного спирта в сутки составляет 1 млн 320 тыс. руб. в год за счет совершенствования технологии этилового спирта путем снижения количества перерабатываемого зерна и затрат электроэнергии на измельчение зерна и теплоты на разваривание.
По результатам выполненных исследований разработана технологическая инструкция для производства ректификованного этилового спирта (приложение П).
Выполнено исследование по оптимизации процессов измельчения зерна, разваривания крупки и брагоректификации с целью совершенствования технологии получения этилового спирта.
1. Доказано, что при разваривании зернового замеса имеют место: нестационарная диффузия, набухание крахмальных гранул и их разрыв, сопровождающийся отрывом наружного слоя частиц развариваемой крупки. Разработана математическая модель разваривания зернового замеса, основанная на численном решении уравнения нестационарной диффузии.
2. Определено влияние размера частиц кукурузной крупки на суммарные энергозатраты при измельчении зерна и разваривании зернового замеса и выполнена оптимизация двухступенчатой схемы разваривания, принятой на спиртзаводе ООО «Стандарт Спирт» (г. Нарткала). Установлена оптимальная степень измельчения зерна, соответствующая размерам крупки, проходящей через сито с диаметром отверстий равным 1 мм, что подтверждено актом внедрения и используется в технологии производства пищевого этилового спирта.
3. Установлено, что величина коэффициента диффузии влаги в крупке при разваривании ниже, чем при сушке и увлажнении, что связано с изменением структуры материала. Коэффициенты диффузии влаги при разваривании составили: для пшеничной крупки 8,27310 12 м2/с при 138 С и 3,641 10"12 м2/с при 105 С, для кукурузной крупки 8,710 12 м2/с при 145 С и 4,4810-12 м2/с при 106 С.
4. Усовершенствована математическая модель спиртового брожения путем учета сопротивлений переносу компонентов между цитоплазмой и наружной жидкостью через клеточную мембрану. Коэффициент диффузии в клеточной мембране составил Dм = 1,7510"17 м2/с. Доказано, что сопротивление клеточной мембраны переносу вещества, равное ЫDм = 4108 с/м, намного больше, чем сопротивление массоотдачи в клетке и сусле, т.е. послед 124 ними можно пренебречь.
5. Разработана программа в интегрированной среде HYSYS и идентифицирована по результатам обследования действующей технологической схемы шестиколонной брагоректификационной установки. Программа апробирована в условиях оптимального режима разваривания зернового замеса на спир-тзаводе ООО «Стандарт Спирт» (г. Нарткала).
6. Определена оптимальная степень измельчения зерна с использованием в качестве функции цели суммарных энергозатрат на измельчение, расход теплоты на процесс разваривания и стоимости исходного зерна. Оптимальное значение степени измельчения зерна составляет 0,5 мм. Рекомендовано эквивалентный диаметр зерна пшеницы определять из объема зерновки, отнесенного к неравностороннему эллипсоиду; зерна кукурузы на основе известных оологических исследований.
7. Усовершенствована технология получения этилового спирта путем оптимизации процессов измельчения зерна и разваривания крупки. Ожидае мый экономический эффект при производстве 6000 дал ректификованного спирта в сутки составляет 1 млн 320 тыс. руб. в год.
По результатам выполненных исследований разработана технологическая инструкция для производства ректификованного этилового спирта. Разработанная программа расчета шестиколонной брагоректификационной установки в среде HYSYS принята к внедрению на спиртзаводе ООО «Стандарт Спирт».
