Математическое описание процесса ректификации спирта с периодическим отбором сивушных масел Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

663.65.001.573

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ПРОЦЕССА РЕКТИФИКАЦИИ СПИРТА С ПЕРИОДИЧЕСКИМ ОТБОРОМ СИВУШНЫХ МАСЕЛ

Е.Н. КОНСТАНТИНОВ, Х.Р. СИЮХОВ, Р.Н. ПАНЕШ,

Т.Г. КОРОТКОВА

Кубанский государственный технологический университет Майкопский государственный технологический университет

Впервые идея об эффективности использования в технологических процессах нестационарных режимов взамен стационарных была высказана академиком П.Л. Капицей. В пищевой промышленности специальных исследований в этом направлении не проводило сь. Однако нестационарные режимы в спиртовой ректификационной колонне обсуждаются и принято использовать термин «насыщение» колонны, например, спиртом или сивушными спиртами [1]. На производстве используют это явление при регулировании величины отбора сивушных масел из паровых потоков на нижних тарелках колонны. Для насыщения колонны сивушными маслами почти полностью перекрывают кран на линии отбора паров. Насыщение проводят до тех пор, пока образующийся конденсат паров не начинает расслаиваться в фонаре. После этого резко открывают кран и осуществляют сброс до тех пор, пока конденсат не осветлится. Эту процедуру повторяют постоянно, и режим работы колонны является нестационарным. Но при длительном наблюдении он имеет признаки стационарного режима. Назовем его квазистационарным. Таким способом добиваются получения фракции, расслаивающейся на сивушное масло и подсивушную воду. Одновременно обеспечивают получение спирта высокого качества. Очевидно, что описанный способ с точки зрения регулирования проще и надежней, чем общепризнанный способ подбора и поддержания постоянного расхода отбираемых паров.

На вопрос о том, какой из указанных режимов эффективнее с технологической точки зрения, можно ответить с помощью методов математического моделирования.

В настоящем сообщении дано математическое описание квазистационарного процесса ректификации спирта с периодическим отбором сивушных масел.

Запишем уравнения для некоторой j-й тарелки. В связи с периодическим отбором паров изменение расхода пара определится из соотношения

dG,

G 1 =Gt+— J~' J dx

(1)

где О - расход паров, моль/ч; т - время, ч.

Постоянным принят объем жидкости на тарелке. Изменение мольного расхода жидкости вызвано изменением мольного количества жидкости на тарелке, которое зависит от состава и температуры.

Lj+1 -Li +

dVm

dt

(2)

dV” dLj dl dl

(3)

где Ь - расход жидкости, моль/ч; Ут - количество жидкости на тарелке, моль.

Покомпонентный баланс дает следующее уравнение, связывающее изменения во времени количеств и составов паровой и жидкой фаз:

LJ+ixJ+i,i+GJ_lyJ_li =LjXji +GJyJi +

, ■'(<' ' ) , <^Ч.)

(4)

dt

dt

где х, у — мольные доли компонентов в жидкой и паровой фазах, моль/моль.

Рассматривая теоретические тарелки, из уравнения парожидкостного равновесия найдем зависимость изменения состава паровой фазы от времени

dt

Р°. у..

Ч,'

Р,

dt

dt dx

{х»ъ.)+

(5)

+х,,р;.

■цду.,. dxjj | drjj . dtj

fridx.. d% dt. dl '-1 j>‘ j

где г - упругость паров чистого компонента, Па; Pj — давление на тарелке, Па; Ц — температура на тарелке, °С; коэффициент актив-

ности /'-го компонента нау'-й тарелке.

Для определения изменения температуры ИСПОЛУ зуем очевидное соотношение

« dy..

У—= 0,

7=i dx

(6)

где п - число компонентов.

По уравнению зависимости упругости паров от температуры, например, по уравнению Антуана

In р:,=а,—

T]+Ci

(7)

где Bi, Ci — коэффициенты уравнения Антуана,

находятся входящие в уравнение (5) производные

дР°.

____¿± — р 0

dt, J ■'

Bi

{T+Ci)2

(8)

Аналогично в зависимости от принятой модели равновесия находятся производные от коэффициентов активности по температуре и составу. Нами принята модель 1М1С>иАС.

Мольное количество жидкости на тарелке связано с ее объемом соотношением

ут =.

V,

(9)

с>3н

=Е

хіМі аРл

р2 д? ( и-1Б дР],»

і-XX, V /=1 М» ді

р2, »

- = Е

і р/

(12)

гдеМ- молекулярная масса компонента; р - плотность компонента; Уо - объем жидкости на тарелке, м3.

Обозначим

Зн =

їЦ х, ,М,

Е

М»

и вычислим изменение мольного количества жидкости на тарелке

ау™

ах

у

<ЭЗн ¿хи азн л,

Е

~і дх] і ах <9ґ сіх

Зн

<93н М . М

дхи Рі,< Рл»

(10)

(11)

Система уравнений может быть проинтегрирована численно для всех тарелок колонны, что позволяет определить технологические показатели квазистацио-нарного режима за достаточно большой промежуток времени при заданном законе изменения величин расходов боковых отборов или влияние времени насыщения колонны на среднее качество спирта и сивушного масла. На этой основе будет проведено сравнение со стационарным режимом.

ЛИТЕРАТУРА

1. Цыганков П.С. Ректификационные установки спиртовой промышленности: расчет, анализ работы, эксплуатация. - М.: Легкая и пищевая пром-сть, 1984. - 336 с.

Кафедра процессов и аппаратов пищевых производств

Поступила 11.03.08 г.

/ = 1

/=1

Р

Р

¡= 1

634.14:664.292

ФРАКЦИОННЫЙ СОСТАВ ПЕКТИНОВЫХ ВЕЩЕСТВ АЙВЫ И ДИКОРАСТУЩЕГО СЫРЬЯ

Л.В. ДОНЧЕНКО, С.Н. ЕДЫГОВА, Т.Б. КОЛОТИИ,

Г.Ю. АРУТЮНОВА

Кубанский государственный аграрный университет Майкопский государственный технологический университет

Проведены исследования некоторых видов дикорастущего сырья и айвы по определению в них содержания пектиновых веществ (ПВ) и их фракционного состава. Знание фракционного состава позволяет оценить технологическую значимость пекгиносодержа-щего сырья и перспективы его дальнейшей переработки [1].

В качестве объектов исследования были использованы сорта айвы Десертная, Муза и дикорастущее сырье, произрастающее в предгорной зоне Адыгеи: яблоня восточная, кизил обыкновенный, черника кавказская, ежевика сизая, слива колючая, калина обыкновенная, шиповник коричный, боярышник.

Из полученных данных (таблица) видно, что наибольшее количество ПВ содержит айва сорта Десертная -11,32%. В остальных видах сырья их содержание составляет 2,99-7,97%, минимальное наблюдается у сливы колючей -1,66%).

Содержание растворимого пектина в дикорастущем сырье колеблется в интервале от 1,29%о (калина) до 3,53%о (ежевика). Содержание протопектина (ПП)

Сыр ье

Сумма ПВ, %

Доля ПП от суммы ПВ, %

Яблоня восточная

Черника

Кизил

Ежевика

Слива колючая

Калина

Шиповник

Боярышник

Айва сорта Десертная

Айва сорта Муза

7,97 7,27 2,99 7, 53 1,66 5,22 7,90 5,40 11,32 4,72

80,18

55,00

98,30

53,12

95,10

75.29

63.29 52,04 91,87 80,50

варьирует от 1,58%о (слива колючая) до 6,39%о (яблоня). Содержание ПП в исследованных сортах айвы колеблется в пределах 3,8-10,4%о, а растворимого -0,45-0,92%). У всех исследованных видов сырья прото-пекгиновая фракция преобладает над растворимой, что очень существенно для переработки

Важным признаком пектиносодержащего сырья, обусловливающим различие в технологических параметрах извлечения пектина, и основным критерием его промышленной значимости является соотношение ПП