Совершенствование процесса перегонки виноматериалов

Введение

Во многих странах мира производят спирт разных сортов. Спирт  используется как в пищевой промышленности (коньяк, ликер, крепкие вина и др.) так и для технических целей (производство каучука, ­для топлива и т. д.), а также в медицине и в фармакологии. Потребление спирта в мире приобрело большие масштабы [1, 2, 5, 6, 7, 14, 15, 17].

Стоит отметить, что в мировом производстве спирта почетное место занимает винный спирт — этиловый спирт. Его получают в основном путем перегонки виноматериалов и вторичных материальных ресурсов виноделия с добавками различных видов растительного сырья (1, 11, 12, 13, 16, 23].

Современная теория и практика производства спирта в настоящее время основаны на обобщении теории и научных исследований. На данном этапе созданы периодические и непрерывные перегоночные аппараты, фракционные перегоночные аппаратные системы, автоматизированные перегоночные линии и т. д., которые вместе с достоинствами имеют некоторые недостатки, например: продлено время перегонки (10-12 ч. и более), имеют место материальные и энергетические потери, машинно-аппаратные системы металлоемки и трудоемки, амортизированы и морально устарели [3, 4, 9, 10, 18, 19, 20, 21, 22, 24].

Целью да­н­ной работы являлось упрощение устройств, предназначенных для перегонки вина и виноматериалов, выявление  основных факторов, воздействующих на процесс и установление оптимальных режимных параметров, совершенствование и интенсификация тепловых и массообменных процессов, увеличение выхода и качества спирта, уменьшение материальных и энергетических затрат, увеличение экономической эффективности производства.

Методы и исследования

Эксперим­енты были провед­ены  по пред­ва­рит­ельно состав­лен­ной программе и метод­ике (на базе Государственного Университета Акакия Церетели – Аграрный факультет). Была создана экспериментальная упрощенная ректификационная установка (рис. 1), в которой в месте с основным источником тепла включены дополнительные источники — тены. С помощью тен осуществлялось регулирование температурных режимов процесса, совершенствование и интенсификация тепловых и массообменных процессов, что обеспечило увеличение выхода качественного спирта [4, 8]. 

рис 1. Схема экспериментальной установки для перегонки виноматериалов

Экспериментальная установка для перегонки вина и виноматериалов представляет собой изолированный металлический корпус (2), в котором установлены две типичные перегоночные тарелки (8). На каждой тарелке прикреплена паровая трубка (10) и колпак (9). Перегоночному корпусу (2) виноматериал подается с напорного бака (1). На первой тарелке сырье распределяется равномерно и, достигнув определенной высоты, с помощью трубки (11) сливается на нижнюю тарелку. Аналогично, излишний  виноматериал, покинув нижнюю тарелку, уже попадает в нижний отдел перегоночного аппарата (13). Регулирование подачи сырья осуществляется с помощью вентиля. 

Нагревание и кипение виноматериала осуществляется с помощью основного теплового источника (6). Пар винного спирта и воды,  полученный во время кипения сырья, проходит через парную трубку (10), пространство колпака (9) и слой виноматериала на тарелке (8). На каждой тарелке перегоночного устройства происходят сложные процессы массотеплопередачи. Проходя верхнюю тарелку, обогащенный и концентрированный  спиртовой пар подается для охлаждения в холодильник (3), конденсируется и собирается в сборник продукта (4). Остатки виноматериала, проходя нижнюю часть перегоночного корпуса, подаются в сборник осадков (15).

         Эксперименты проводились в двух вариантах, заранее по пред­ва­рит­ельно состав­лен­ной программе и метод­ике:

–                   Перегонка виноматериалов существующим методом (контрольная).

–                   Перегонка виноматериалов в комбинации с основным и  дополнительными источниками тепла (Эксперим­ентальная).

Результаты и обсуждение

Результаты перегонки виноматериалов традиционным методом таковы: вид виноматериала — Цоликоури;  крепость виноматериала — 10%; мощность установки — 2 квт; удельный расход энергии -100 квт/л; продолжительность перегонки – 3,5 ч; количество полученного сырого спирта – 5,54 л; крепость сырого спирта – 81,9%; остаточная крепость спирта в остатках виноматериала  — 5%.

Результаты первых опытных вариантов перегонки виноматериалов таковы: крепость виноматериала — 10%; мощность основного источника — 2 квт; удельный расход энергии -125 квт/л; продолжительность перегонки – 2,53 ч; количество полученного сырого спирта – 3,57 л; крепость сырого спирта – 84,4%; остаточная крепость спирта в остатках виноматериала — 3,9%.

Результаты вторых опытных вариантов перегонки виноматериалов таковы: крепость виноматериала — 10%; мощность основного источника — 2 квт; удельный расход энергии -150 квт/л; продолжительность перегонки — 2.3 ч; количество полученного сырого спирта – 3,7 л; крепость сырого спирта — 85%; остаточная крепость спирта в остатках виноматериала — 3,75%.

Несмотря на то, что в экспериментальной установке монтаж  дополнительных источников тепла частично увеличивает потребление энергии (25…50 ват/литр), этот метод имеет значительные преимущества перед традиционными методами. В частности: упрощены сложные перегоночные аппаратурные системы, что, в свою очередь, будет благоприятно влиять на экономический эффект производства [25, 26].

Выводы

1. Установление дополнительных источников тепла на перегоночные тарелки считаем целесообразным. Реализация этой меры обеспечивает регулирование температурного фактора на процесс  перегонки, что, в свою очередь, усиливает процессы интенсификации тепла и массообмена, снижение времени кипячения и перегонки виноматериала, увеличение выхода, крепости и качества сырого спирта;

2. Упрощены сложные перегоночные аппаратурные системы, что в свою очередь, будет благоприятно влиять на экономический эффект производства в целом;

3. Для дальнейшего улучшения процессов тепла и массообмена считаем целесообразным продолжение экспериментов, чтобы определить, изучить и установить (режимные параметры) различные активные факторы,  влияющие на  процесс перегонки виноматериалов.