CC BY
59
663.5.002.5
МОДЕЛИРОВАНИЕ УСТАНОВОК КОСВЕННОГО ДЕЙСТВИЯ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ФРАКЦИЙ КОНЬЯЧНОГО СПИРТА
О.В. ЗАРУБИНА, Т.Г. КОРОТКОВА
Кубанский государственный технологический университет
Известные способы получения коньячного спирта основываются на отгонке из виноматериала одной фракции. Ассортимент коньяков обеспечивается за счет использования различных сортов винограда, разного времени выдержки на дубовой клепке и компаундирования различных коньяков. В [1] был предложен принципиально новый путь увеличения ассортимента коньяков за счет разделения виноматериала на несколько фракций и их последующего смешения. Эта идея была реализована на основе процесса периодической ректификации [1, 2]. Из виноматериала, полученного из одного сорта винограда Уни Блан, было выработано шесть фракций. Путем их смешения получено шесть сортов коньячного спирта с высокими и удовлетворительными органолептическими показателями.
Для увеличения производительности фракционирующей установки необходимо применить вместо пе-
риодического непрерывный способ разделения. Такой переход осуществляется на основе известного принципа, что все стадии периодического процесса, протекающие в одной области пространства, но разнесенные по времени, должны осуществляться в непрерывном процессе одновременно. Для этого их надо разнести в пространстве. При таком стандартном подходе потребуется наряду с бражной еще шесть ректификационных колонн (учитывая необходимость эпюрации). Однако на основе анализа современных схем брагоректификационных установок (БРУ) косвенного действия для получения пищевого ректификованного спирта [3] можно разработать технологическую схему получения пяти фракций коньячного спирта в трех колоннах.
Установка непрерывного действия для получения коньячного спирта из виноматериала состоит из трех типовых колонн: бражной, эпюрационной и ректификационной, организованных по принципу БРУ косвенного действия. Предусмотрен отбор пяти различных по составу фракций коньячного спирта с последую-
Таблица 1
Компонент Концентрация компонента во фракциях, об. дол.
I II III IV V
Ацетальдегид 2,813 10-4/2,870 ■ 10-4 4,202 ■ 10-5/5,915 ■ 10-5 1,368 ■ 10-5/7,914 ■ 10-6 8,834 ■ 10-6/4,249 ■ 10-6 9,045 10-7/3,539 10-6
Метилацеталь 2,050 10-6/1,870 ■ 10-6 1,610 ■ 10-7/5,045 ■ 10-7 3,566 ■ 10-8/0 2,508 ■ 10-8/0 3,187 ■ 10-9/0
Ацетоин 4,296 ■ 10-14/5,349 10-7 1,904 ■ 10-32/4,076 10-7 2,366 ■ 10-27/5,093 ■ 10-7 5,987 ■ 10-18/2,854 10 -7 7,629 ■ 10-10/0
Фурфурол 3,631 ■ 10 11/0 4,450 ■ 10-24/0 1,23 8 ■ 10-20/0 3,006 ■ 10-14/2,868 10 -7 1,745 ■ 10-8/0
2,3- Бутиле нгликоль 9,743 10-17/2,249 10-7 6,064 ■ 10-39/0 4,232 ■ 10-32/5,230 ■ 10-7 4,758 ■ 10-21/0 1,529 ■ 10-11/0
Этилформиат 7,115 10-5/2,118 ■ 10-5 8,083 ■ 10-7/1,891 ■ 10-5 5,480 ■ 10-9/1, 124 ■ 10-5 5,911 ■ 10-9/8,197 ■ 10-6 6,206 10-10/5,711 10-6
Метилацетат 5,514 10-5/3,009 ■ 10-5 1,084 ■ 10-9/1,708 ■ 10-5 1,263 ■ 10-11/4,779 ■ 10-6 1,284 ■ 10-11/0 3,536 ■ 10-13/0
Этилацетат 2,176 10-3/1,899 ■ 10-3 6,680 ■ 10-7/2,963 ■ 10-4 1,406 ■ 10-8/3,266 ■ 10-5 1,403 ■ 10-8/2,852 ■ 10-6 5,381 10-10/1,554 10-6
Этилвалериат 3,834 ■ 10-10/0 3,780 ■ 10-22/0 5,844 ■ 10-19/0 7,087 ■ 10-13/0 2,868 10-7/2,283 10-7
Изоамилацетат 2,476 ■ 10-8/0 1,742 ■ 10-4/0 3,818 ■ 10-14/0 6,367 ■ 10-10/3,922 10 -7 5,560 10-6/4,143 ■ 10-6
Метилкаприлат 2,705 10 12/1,524 10-6 3,799 ■ 10-30/0 4,519 ■ 10-26/2,344 ■ 10-7 5,597 ■ 10-16/0 2,802 ■ 10 6/0
Этилкаприлат 3,572 ■ 10-14/0 5,427 ■ 10-34/1,015 10-7 1,067 ■ 10-27/4,027 ■ 10-7 7,187 ■ 10-17/0 6,197 10-6/4,455 10-6
Метанол 6,260 10-4/2,915 ■ 10-3 2,479 ■ 10-3/1,755 ■ 10-3 1,888 ■ 10-4/0 1,623 ■ 10-4/5,439 ■ 10-5 2,470 10-4/3,057 10-5
2-Пропанол 1,424 10-4/7,336 ■ 10-6 1,791 ■ 10-5/8,566 ■ 10-6 6,938 ■ 10-5/2,456 ■ 10-4 2,848 ■ 10-4/7,347 ■ 10-6 1,407 10-4/6,124 ■ 10-6
2-Бутанол 1,334 ■ 10-7/0 6,719 ■ 10-16/0 1,838 ■ 10-13/7,977 ■ 10-7 3,434 ■ 10-9/6,234 ■ 10-7 4,811 10-6/9,451 10-7
1-Пропанол 3,815 10 5/5,155 ■ 10-7 2,543 ■ 10-11/0 2,381 ■ 10-9/9,273 ■ 10-7 4,640 ■ 10-6/3,295 ■ 10-5 5,122 10-4/4,139 ■ 10-4
Изобутанол 3,493 ■ 10-5/0 8,418 ■ 10-14/6,060 10-7 3,025 ■ 10-11/1,319 ■ 10-6 8,428 ■ 10-7/1,653 ■ 10-5 6,681 10-4/5,458 10-4
Изоамиловый 2,253 10-9/4,099 ■ 10-7 4,003 ■ 10-26/1,850 10-6 2,404 ■ 10-21/9,151 ■ 10-7 1,622 ■ 10-12/5,236 10 -6 3,291 10-4/2,619 ■ 10-4
Этанол 0,9224/0,83502 0,9637/0,904 0,9618/0,97067 0,9427/0,90073 0,8092/0,81769
Кислоты:
уксусная 8,136 10-12/5,859 10-7 1,103 ■ 10-26/0 1,093 ■ 10-22/8,748 ■ 10-7 3,271 ■ 10-15/6,039 10 -7 6,557 10-9/2,174 ■ 10-6
изомасляная 3,067 10-15/3,534 10-7 6,362 ■ 10-36/0 6,034 ■ 10-30/0 1,825 ■ 10-19/0 1,620 ■ 10 10/0
масляная 8,635 10-14/2,290 10-6 1,734 ■ 10-30/1,513 10-7 1,406 ■ 10-28/0 4,441 ■ 10-18/5,304 10 -7 4,157 10-9/3,914 ■ 10-6
изовалериановая 8,749 ■ 10-15/0 2,180 ■ 10-30/7,202 10-7 6,217 ■ 10-30/0 3,670 ■ 10-19/0 8,437 10-10/3,870 10-7
валериановая 1,227 10-15/2,145 10-7 1,634 ■ 10-37/9,197 10-8 6,152 ■ 10-31/0 5,237 ■ 10-20/0 1,255 10-10/4,238 10-7
Вода 0,0742/0,15981 0,0337/0,09384 0,0380/0,02902 0,0568/0,09914 0,1888/0,18102
Примечание: числитель - расчетные составы фракций, знаменатель - экспериментальные.
щим компаундированием. Работает у становка следующим образом.
Исходный виноматериал крепостью 6-10% об. подается в подогреватель, где нагревается до температуры 85-90°С. Нагретый виноматериал поступает на верхнюю тарелку 25-тарельчатой бражной колонны. Снизу в бражную колонну подается острый пар. Бражная колонна предназначена для отделения спиртовых фракций от барды, которая представляет собой в основном смесь воды и твердых частиц. Этим обеспечивается возможность использования в последующих ректификационных колоннах многоколпачковых переливных тарелок. Барда выводится из нижней части бражной колонны, а пары, обогащенные этанолом и сопутствующими ему спиртовыми примесями, поступают в конденсатор бражной колонны. Бражной конденсат подается на питательную тарелку 40-тарельча-той эпюрационной колонны. Снизу в эпюрационную колонну вводится острый пар. По выходе из колонны 1 пары, пройдя дефлегматор и конденсатор, в виде эфироальдегидной фракции в небольшом количестве отводятся с верха колонны. Первая фракция готового продукта, обогащенная эфирами и альдегидами, выводится с 40-й тарелки эпюрационной колонны. Эпюрат, освобожденный от основной массы головных примесей, подается на питательную тарелку 80-тарельчатой ректификационной колонны, обогреваемой острым паром. Вторая фракция, также обогащенная легколетучими примесями, отбирается из конденсатора ректификационной колонны. Третья фракция (основная) является по существу спиртом с незначительным количеством всех примесей и отбирается с 69-й тарелки ректификационной колонны. Четвертая фракция отбирается с 41-й тарелки ректификационной колонны, в которой основными примесями являются 2-пропанол, 1-пропанол и изобутанол. Пятая фракция, обогащенная сивушными маслами, отбирается под тарелкой питания из паровой фазы с 12-й тарелки ректификационной колонны.
Путем математического моделирования найден покомпонентный состав пяти полученных фракций, который сравнили с результатами хроматографического анализа фракций, полученных на установке периодического действия (табл. 1). По своей характеристике во фракциях, полученных по периодическому и непрерывному способам, соблюдается подобное распределение компонентов, что позволяет путем смешения получать из них большой ассортимент коньячных спиртов.
Очевидно, что в обоих случаях все характерные для коньячного спирта компоненты, содержащиеся в вино-материале, перейдут во фракции Технологический режим установки, позволяющий в трехколонной БРУ получить приведенные выше результаты, представлен в табл. 2. Таким образом, фракционирование коньячного спирта можно проводить как периодическим, так и непрерывным способом.
Таблица 2
Параметры технологического режима Значение
Бражная колонна:
расход виноматериала, дал/сут 100
крепость виноматериала, % об. 8-10
температура низа, ОС (1 -я тарелка) 105
температура верха, ОС 96
Эпюрационная колонна:
расход бражного дистиллята, дал/сут 15,4
крепость бражного дистиллята, % об. 41,5
номер тарелки питания 25
температура на тарелке питания, ОС 80,0
давле ние низа, МПа 0,118
температура низа, ОС (1 -я тарелка) 87,16
температура верха, ОС 78,57
отбор I фракции из конденсатора, дал/сут 1
Ректификационная колонна:
номер тарелки питания 16
температура на тарелке питания, ОС 86,85
давле ние низа, МПа 0,128
температура низа, ОС (1-я тарелка) 106,6
температура верха, ОС 78,9
отбор II фракции из дефлегматора, дал/сут 1
крепость II фракции, % об. 96,6
номер тарелки отбора III фракции 69
отбор III фракции, дал/сут 3
крепость III фракции, % об. 96,2
номер тарелки отбора IV фракции 41
отбор IV фракции, дал/сут 1
крепость IV фракции, % об. 94,32
номер тарелки отбора V фракции 12
отбор V фракции, дал/сут 1
крепость V фракции, % об. 81,1
ЛИТЕРАТУРА
1. Зарубина О.В., Константинов Е.Н., Короткова Т.Г.
Повышение органолептических и качественных показателей конь -ячного спирта // Изв. вузов. Пищевая технология. - 2006. - № 2-3. -С. 93-94.
2. Зарубина О.В., Соболев Э.М., Короткова Т.Г. Техно -логия разделения коньячного спирта на фракции и их купажирование с целью повышения качества коньяков в установке непрерывно -го действия с одной ректификационной колонной // Материалы V Междунар. науч.-практ. конф. «Торгово-экономические проблемы регионального бизнес-пространства». Т. 2. - Челябинск: ЮУрГУ, 2007. - С. 26-28.
3. Короткова Т.Г., Шаззо О.В., Зарубина О.В., Константинов Е.Н. Анализ современных схем брагоректификационных установок косвенного действия для получения пищевого ректифико -ванного спирта // Изв. вузов. Пищевая технология. - 2007. - № 5-6. -С. 10-14.
Кафедра процессов и аппаратов пищевых производств
Поступила 22.05.08 г.
