Інститут підвищення кваліфікації І переподготовки керівних працівників І спеціалістів харчової І переробної промисловості заходи для зменшення витрат паливно–енергетичних ресурсів у виробництві спирту

Методичні рекомендації

В методичних рекомендаціях розглянуто найбільш вагомі, прогресивні організаційно-технічні заходи щодо зменшення витрат паливно-енергетичних ресурсів у спиртовому виробництві.

Рекомендовані до друку кафедрою біотехнології і енергопостачання ІПК Держхарчопрому України.

Редактор Вишенська Л.М.

Рассмотрены весомые, прогрессивные организационно-технические мероприятия для уменьшения расхода ТЭР а производстве спирта.

Considered tangible, progressive organizational and technical measures to reduce the consumption of energy resources and the production of alcohol.
Ключові слова: cпиртова промисловість, паливно-енергетичні ресурси, зменшення витрат ПЕР.

Ключевые слова: cпиртовая промышленность, топливно-энергетические ресурсы, уменьшение расхода ТЭР.

Keywords: the alcohol industry, fuel and energy resources, decrease of fuel and energy resources.

ВСТУП
На сучасному етапі перед людством постали три найважливіші проблеми, образно названі вченими «трьома Е» – економіка, енергетика, екологія, без вирішення яких неможливий соціальний прогрес і взагалі існування суспільства. Ці проблеми взаємопов’язані, і тому їх вирішення повинно бути комплексним. Разом з тим, певним абстрагуванням кожну проблему можна розглядати окремо. В даній методичній розробці автори .роблять спробу узагальнити досягнення науки і передовий досвід роботи спиртових заводів у використанні теплової енергії і подати у вигляді рекомендацій матеріал для вивчення в системі підвищення кваліфікації та виробничо-економічного навчання.

Енергетична проблема в державі вирішується двома основними напрямками: збільшенням виробництва паливних ресурсів як традиційних, так і нетрадиційних видів, а також підвищенням ефективності використання енергоресурсів, зменшенням їх втрат. Для виробництв, які споживають паливо і теплову енергію для технологічних і допоміжних потреб, актуальним є другий, напрямок – зменшення втрат енергоресурсів, підвищення ефективності їх використання.

Виробництво спирту, навіть якщо враховувати лише прямі енерговитрати, є енергоємним: близько 96% загальних прямих енерговитрат становить теплова, решта – електрична енергія. Оскільки теплова енергія, як правило, виробляється заводськими котельними, то в галузі поширеною є оцінка енерговитрат на виробництво спирту в кг. умовного палива, які в даний час сягають 6,5 – 12,5 кг на один декалітр готової продукції. Величина цих витрат залежить від багатьох факторів і, перш за все, від рівня технічного і технологічного забезпечення; організації виробництва, кваліфікації, обслуговуючого персоналу. При огляді стану технології спирту з точки зору енерговикористання конкретно буде розглянуте виробництво спирту із зерна, як найбільш поширене і енергоємне.

Впровадження розглянутих в даній брошурі заходів дозволяє значно зменшити енергетичні витрати у виробництві спирту.

Нові розробки, підходи, організацію виробництва рекомендується розглядати в третьому питанні заняття. Так як поняття «Нові» відносне, слід обмежитися останніми 3-5 роками або станом впровадження розробок. Історично так склалось, що деякі нові позиції (технології, обладнання) в спиртовій промисловості впроваджуються повільно на протязі 8-10 років, що слід відмітити як. недолік в порівнянні із зарубіжними фірмами. Є дані, коли в ринкових умовах фірми проводять реконструкцію підприємств за 3-6 місяців з організацією випуску нової продукції.

Оцінка нових розробок подається з урахуванням практичного досвіду, якого на жаль не з усіх випадках достатньо. Таким чином, в певній мірі, відповідальний за рекламу, повинен особисто уяснити суть нового, можливо прийняти участь в експериментах при здачі відомчим комісіям нових розробок. Але можливе і «ноу-хау», де роль викладача буде зведена до посилення на автора розробки.

Заняття завершується загальними висновками і рекомендаціями для практичної діяльності, можливі обмін досвідом, розгляд виробничих ситуацій.

1. 
   Актуальність проблеми.
   
2. 
   Сучасний стан використання паливно-енергетичних ресурсів
   
3. 
   Нові розробки для зменшення витрат ПЕР у виробництві спирту із
   

зерна.

Для кращого засвоєння матеріалу викладач користується технічними засобами, наочними посібниками, а зі спеціалістами, які відповідають за використання ПЕР на заводі, проводяться практичні інженерні розрахунки з використанням обчислювальної техніки.

1. Актуальність даної теми полягає в тому, що, з одного боку, головні природні джерела енергії (вугілля, нафта, газ, сировина для ядерної енергії) є невідновлювані, а з другого – витрата енергії на отримання 1 Дж енергетичного запасу харчових продуктів безперервно зростає і на даний час становить близько 10 Дж. Крім того, в останні роки насамперед постала проблема захисту навколишнього середовища, зокрема від теплових та інших шкідливих забруднень, пов’язаних з енерговикористанням.

В Україні проблема раціонального використання енергетичних ресурсів ще більш гостра, оскільки паливні ресурси (зокрема, нафта і газ, за рахунок яких більш, ніж на 90% забезпечуються потреби в енергії підприємств харчової і переробної промисловості) вкрай обмежені, а існуюча система енергозабезпечення країни (майже 2/3 палива імпортується з однієї країни – Росії) є ненадійною і неприйнятною.

Крім того, слід відмітити, що енергоємність харчових продуктів. в Україні перевищує в 2,5 – 3,5 рази енергоємність аналогічної продукції, що випускається в розвинених країнах. Останнє зумовлює низьку конкурентоспроможність нашої продукції, що значно обмежує її ринок збуту. Вважаючи на вищесказане, перед теоретиками і практиками постають пошук нових технологій, розробки малоенергоємного обладнання, впровадження кращої організації виробництва. Ці завдання вирішує спиртова промисловість – важлива індустріальна галузь харчової промисловості.

2. За звітними даними минулих років фактичні витрати умовного палива на виробництво 1 дал ректифікованого спирту складають 6,5 ÷ 12,5 кг., витрати електроенергії – 1,80 ÷ 1,90 кВт·год. Проблема зменшення витрат палива і електроенергії в спиртовій промисловості, як видно з наведеного, залишається актуальною, тим більше, що зменшення витрат до мінімального рівня є невикористаним резервом галузі. На жаль, враховуючи фактичний рівень техніки, технології і організації виробництва, на окремих заводах ці витрати ще деякий час будуть значно вищими від мінімальних.

Великим резервом економії теплової енергії є повна і якісна теплоізоляція теплообмінної апаратури, трубопроводів, фланцьових з’єднань, арматури, утилізація вторинних енергетичних ресурсів (тепло барди, лютерної та дефлегматорної води), а також достатньо повний збір і повторне використання конденсату гріючої пари. Ці давно відомі заходи ще на багатьох заводах не впроваджені. Слід відмітити, що повна і якісна теплоізоляція, збір і використання конденсату гріючої пари, утилізація ВЕР дозволить зменшити, як мінімум на 30%, витрати палива по заводу.

Створення нових і вдосконалення діючих технологій в галузі передбачають скорочення витрат теплової і електричної енергії. Ефективним є зброджування висококонцентрованого сусла з одержанням при цьому бражки з вмістом спирту більше 10% об. Така технологія рекомендується заводам, що переробляють на спирт усі види сировини. Винятком можуть бути заводи, що переробляють мелясу на спирт і хлібопекарські дріжджі, а також зерно і картоплю з невеликим вмістом крохмалю. Для підвищення концентрації сухих речовин в суслі заводам, що одержують спирт із зерна з низьким вмістом крохмалю, рекомендується під час бродіння в сусло добавляти мелясу. Цей захід дозволяє підвищити міцність бражки, однак досвіду використання такої технології недостатньо і відгуки виробників про її ефективність неоднозначні, В зв’язку з тим, що більшість спиртових заводів працює за старими технологіями по класичних схемах, міцність бражки знаходиться в межах 7,5-8,5% об. Підвищення концентрації спирту в бражці, не дивлячись на об’єктивні труднощі, залишається однією із найважливіших задач спиртового заводу, так як збільшення на 20% міцності бражки зменшить, як мінімум, на 15% витрати пари на перегонку.

Часто спиртовий завод. виробляє ректифікований спирт, міцність якого перевищує встановлену стандартом і планом на 0,1-0,3% об. Відомо, що досягнення кожної десятої відсотка міцності вище 90% об. потребує значних теплових витрат, зростання яких поблизу азеотропної точки (97,2% об.) наближається до нескінченності. Чітка організація і стабілізація технологічних показників дозволить уникнути або зменшити непродуктивні витрати палива при ректифікації.

Наведені вище заходи для зменшення витрат паливно-енергетичних ресурсів не тільки давно відомі, але й дуже вагомі, і разом з тим, не потребують серйозних розробок. Їх впровадження залежить від організації матеріально-технічного забезпечення, простих інженерних розрахунків з виходом на кінцевий економічний результат, а також від організації і проведення робіт з ізоляції та монтажних робіт силами власних механічно-ремонтних служб.

Оцінюючи витрати енергоресурсів на технологічні потреби, слід назвати найбільш вагомі процеси, де ці витрати можна зменшити з урахуванням досягнень, науки і передового досвіду роботи; це теплова обробка сировини – розварювання і брагоректифікація. Менш енергоємними є інші ступені технології: охолодження, оцукрення, бродіння тощо. Якщо не враховувати їх, то витрати тепла на розварювання і брагоректифікацію знаходяться в приблизно такому співвідношенні – 40:60. В зв’язку з цим, розглянемо окремо дані процеси з позиції витрат тепла на сучасному рівні і ті напрямки вдосконалення, впровадження яких може зменшити ці витрати в недалекому майбутньому.

Відомо, що спиртова промисловість України перейшла на безперервний спосіб розварювання крохмалевмісної сировини, починаючи з 30-х років, коли були розроблені апаратно-технологічні схеми цього процесу. Безперервні способи виробництва вигідні з економічних міркувань дозволяють зменшити витрати сировини (підвищити вихід готової продукції), збільшити продуктивність праці (підвищити потужність заводу), зменшити питомі витрати паливно-енергетичних ресурсів за рахунок скорочення непродуктивних циклів – пуску, зупинки й інше.

Безперервні технології розварювання змусили ввести додаткову операцію подрібнення зерна, картоплі, де збільшились витрати електроенергії на експлуатацію додаткового обладнання, збільшились трудові витрати. Однак, економічна оцінка нововведення свідчить, не зважаючи на додаткові витрати, про їх доцільність, єфективність нової технології. І на сьогодні безперервні процеси розварювання з попереднім подрібненням крохмалевмісної сировини прийняті в галузі як типові і впроваджені на всіх спиртових заводах.

В свій час були запропоновані два варіанти безперервних схем розварювання: Мироцька – швидкісна і Мічурінська – «м’якого режиму». Вони найбільш поширені на заводах і експлуатуються з однаковим успіхом. Технологічна оцінка цих варіантів показує, що вихід продукції при роботі на цих схемах однаковий, наукові розробки підтверджують такі результати. Однак, в противагу науковому твердженню практика надає перевагу більш м’якому розварюванню як з точки зору, перш за все, виходу продукції, так і меншій питомій вазі палива в схемі Мічурінського варіанту.

• 
  обох типових установках недоліком є значні (в Міроцькій більші) втрати тепла
  
• 
  вторинною парою – екстрапарою. Ці втрати не вважались би великими, якби був знайдений ефективний спосіб її повторного використання. Нинішні існуючі способи: для підігріву замісу, опалення виробничих і житлових приміщень, .підігріву котлової води, обігріву колони брагоректифікаційної установки не забезпечують повної утилізації екстрапари і пов’язані з деякими труднощами як організаційного, так і технологічного плану. Екотрапара має невеликий потенціал (тиск Р = -0,15 МПа, t = І05°С), несе в собі леткі речовини, що небажано при безпосередньому її контакті з продуктами і напівпродуктами виробництва з точки зору погіршення їх якості. Рекомендується розглянути існуючі способи утилізації екстрапари.
  

Найбільш вагомими джерелами втрат тепла при брагоректифікації є відходи виробництва: барда, лютерна та охолоджуюча вода з дефлегматорів. Практики постійно займаються пошуками способів раціонального і ефективного використання тепла, що міститься в цих відходах, їх кількість в значній мірі залежить від міцності бражки (технології приготування замісу, охолодження, оцукрення, бродіння), способу обігріву колон (відкритий, безпосередній ввід пари, закритий, через поверхні теплообміну), сорту спирту, що виробляється. Співвідношення кількості барди до спирту за об’ємом складає 8:19:1 лютерної води до спирту 1,5:7,5:1. Температура барди і лютерної води в залежності від тиску в колонах знаходиться в межах І02-І07°С. Нескладні підрахунки показують, що втрати тепла з відходами значні і тим більші, чим більше цих відходів та їх температура.

Розглядаючи ці джерела втрат, викладач може з’ясувати у слухачів, які кількісні характеристики відходів на заводах, що вони представляють, і порівняти мінімально можливі з фактичними. Наголос потрібен з метою показати, що заводи мають резерви економії тепла, їм потрібно підвищувати міцність бражки, впроваджувати закритий обігрів колон, нарощувати, при можливості, кількість тарілок у колонах, вести процес у заданих інструкцією режимах. Цей захід рекомендується для осмислення напрямку зменшення кількості відходів. Висновок викладача повинен бути таким: чим менша кількість барди і лютерної води виходить за межі цеху та нижча їх температура, тим менші втрати тепла будуть при ректифікації.

Далі слід розглянути – для якої цілі і яким чином можна використати тепло барди і лютерної води? Для обігріву колон рекомендується здійснювати обігрів з допомогою кип'ятильників. Труднощі виникають при обігріві бражної колони, де барда значно забруднює теплообмінну поверхню. Механічна чистка її трудоємка, хімічна чистка малоефективна, тому обігрів бражної колони частіше відкритий, безпосередньо в колону підводиться гріюча пара. Зараз багато заводів за пропозицією УкрНДІСП користуються схемою обігріву бражної колони через кип’ятильник з використанням лютерної води як теплоносія. Ця рекомендація дозволяє економити, як мінімум, 3% тепла за рахунок повернення конденсату гріючої пари (20-25 кг/дал) в котельню і за рахунок, як правило, більш високої температури лютерної води (105-107 ^оС), ніж в нижній частині бражної колони (І02-І05 ºС).

Тепло барди може бути використане для підігріву бражки безпосередньо через поверхні теплообміну. Суть пропозиції заключається в передачі тепла барди проміжному агенту, що циркулює між двома трубчатими теплообмінниками в міжтрубному просторі. В трубчатій частині теплообмінників проходить бражка в одному, а барда – в другому.
Для теплообміну можна запропонувати і пластинчатий теплообмінник.

Для утилізації тепла барди і лютерної води запропонована УкрНДІСП пароінжекційна установка, що дозволяє знизити їх температуру до 80-85°С за рахунок зниження тиску в збірнику барди і відбору пари самовипарювання на .обігрів бражної колони. Пароінжекційна установка давно експлуатується на спиртових заводах, підтвердила свою ефективність за рахунок зниження на 4-6 кг/дал гріючої пари. Недоліком цієї установки є строго визначена продуктивність парових насосів, збільшення або зменшення якої знижує ефективність, втрата конденсату, шум.

Для більш ефективної утилізації тепла охолоджуючої води, яка відходить, з дефлегматорів БРУ, доцільно організувати її роздільне збирання в залежності від потенціалу: гарячу – вода > 65°С, теплу – вода < 65°С. Гарячу воду, в першу чергу, слід використовувати в котельні, як вхідну для ХВО ( при умові, що на ХВО використовується катіоніт КУ-2), та для опалення окремих, розташованих неподалік від БРУ, приміщень. Теплу воду слід використовувати (з урахуванням її якості) для опалення гарячого водопостачання, господарських потреб, агротеплофікації тощо.

Одним з можливих варіантів зменшення втрат тепла з охолоджуючою водою є використання окремих дефлегматорів для підігріву хімочищенної води, яка поступає, на дефлегматори з котельні (в кількості, необхідній для живлення котлів), а після нагрівання в дефлегматорі направляється в деаератор. За останні роки запропоновані і частково впроваджені деякі заходи щодо зменшення втрат тепла при брагоректифікації. Зокрема, впроваджені нові апаратурно-технологічні схеми, що суттєво (на 30-50% і більше) зменшують витрати тепла.

3. В цьому питанні «Методичних розробок...» слід розглянути нові розробки і передовий досвід роботи заводів. Поняття «нові» відносне і тому матеріал буде розглядатись від ступеня розповсюдження, його впровадження в практику. Потрібно відмітити, що період «боротьби» з п’янством загальмував мінімум на п’ять років наукові дослідження і тому розробки, про які піде мова, відносяться до 80-х років.

З точки зору ефективності найменших витрат тепла найбільш приваблює увагу технологічна схема брагоректифікації прямої дії. Вона давно відома, є декілька її варіантів, один з яких впроваджений проф. Цигейковим П.С. на Хоростківському заводі.

Практика підтвердила порівняно невеликі витрати – 35кг/дал пари на процес брагоректифікації. Однак, завдяки труднощам у регулюванні, зниженій якості готового продукту ця схема не набула широкого розповсюдження. Тому йшли пошуки таких технологій, які б при невеликих витратах тепла мали б кращі якісні показники. Були запропоновані схеми напівпрямої дії, вони менш економічні (витрати пари в межах 45 кг/дал), але дозволяли суттєво підвищити якість спирту. Розроблений в 70-х роках Всесоюзним НДІ продуктів бродіння варіант таких схем, названий посередньо прямоточним або напівпрямоточним, був досліджений, апробований і рекомендований для серійного впровадження. Апаратура запроектована і виготовляється Тамбовським машинобудівним заводом «Комсомолець».

Особливості таких схем в порівнянні з типовою схемою непрямої дії полягають в тому, що частина водно-спиртової пари або бражної перегонної колони не конденсується в її верхній частині – конденсаторі, а направляється для обігріву епюраційної колони безпосередньо під нижню тарілку або через кип'ятильник. Менша частина цієї пари, близько 20-25%, йде на конденсацію і в вигляді бражного дистилянту подається, як і в установці непрямої дії, на 24-36 тарілки епюраційної колони. Завдяки цьому тепло водно-спиртової пари не віддається охолоджуючій воді, а повторно використовується для епюрації.

Розроблена КТІХП і Вузловським спиртзаводом апаратурно-технологічна схема брагоректифікації використовує принцип напївпрямої дії - тепло водно-спиртової пари з бражної колони йде на обігрів епюраційної колони через кип’ятильник, надлишок направляється в конденсатори. Кількість тепла, яке передається охолоджуючій воді, не перевищує 10-15%. Відзначальною особливістю цього варіанту схеми є, крім того, використання тепла водно-спиртової пари епюраційної і спиртової колони для підігріву бражки. Цей захід дає можливість зменшити втрати тепла з охолоджуючою водою і використати його повторно. За даними Вузловського заводу, який експлуатує таку установку близько 10 років, витрати гріючої водяної пари не перевищують 40кг/дал.

Пошуки принципового, вдосконалення брагоректифікації схемою непрямої дії привели до процесу зі зміненими технологічними параметрами, другими умовами. Теоретично досліджено, що зміна тиску впливає на коефіцієнти випарювання компонентів суміші, а також залежить від природи речовин, які розділяються з допомогою ректифікації. Зміна коефіцієнту випаровування впливає на число флегми, яке безпосередньо визначає потреби тепла. Чим більше флегмове число, тим більше витрати тепла, менш ефективним є процес.

Позитивними характеристиками нових схем ректифікації зі зменшеним тиском є зменшення питомих витрат тепла, яке за розрахунками, що підтверджує практика, не перевищує 32-35 кг/дал. Крім позитивного впливу зміненого тиску на ефективність процесу, в запропонованих схемах максимально використовується тепло відходів, повторне використання тепла.

Узагальнюючи можливості практики, використавши всі наукові розробки і досвід роботи заводів, витрати тепла на брагоректифікацію, за словами проф. П.С. Циганкова, можна скоротити, як мінімум, вдвоє.

Закінчуючи викладання матеріалу, підводяться підсумки; висновки свідчать про наявний потенціал на підприємствах спиртової промисловості.

1. 
   Маринченко В.А., Циганков П.С., Швец В.Н., Тодосийчук С.Р., Кривун А.Н, Интенсификация спиртового производства. – К.: Техніка, – 1993.– с. 128.
   

2. 
   Разладин Ю.С., Сагань И.И., Стабников В.Н. Использование вторичннх энергоресурсов в пищевой промышленности. – М.: Легкая и пищевая промышленность. – 1984. – с. 232.
   

3. 
   Переработка мелассы на спирт и другие продукты по безотходной технологии / Артюхов В.Г., Гарбаренко В.Г., Гайворонский Я.С. и др. – М.: Агропромиздат,1985.– с. 28І.
   

4. 
   Технологический регламент на производство спирта,руктификованного из пищевых видов сырья /Часть П, Брагоректификация. – К.: ВНИИППД, І987. –
   

с.173.

Вступ

1. 
   Загальні методичні рекомендації
   

2. 
   Заходи для зменшення витрат паливно-енергетичнихресурсів у технології виробництва спирту із зерна
   

Література