Мембранна технологія спирту

Перед спиртовою промисловістю сьогодні, як ніколи, ставиться проблема одер­жання харчового та технічного спирту міцністю 96-100%, який відповідав би існую­чим стандартам, з найменшими витратами теплоти, електроенергії, сировини, робо­чої сили та металоконструкцій на обладнання.

Роботи в галузі виділення спирту з бражки і водно-спиртової суміші та його концентрації й очистки мембранними методами проводяться в багатьох країнах світу і мають позитивні результати.

Німецькі вчені успішно провели дослідження і промислові випробування по виділенню спирту з бражки під вакуумом через половолоконні мембрани із поліди-метилсилоксану. Але концентрація одержаного спирту складала біля 50% об,

Для виділення спирту з бражки на спиртовому заводі потужністю 50 тис.дал/ добу за допомогою мембран методом випарювання витрати енергії на 50% менші, ніж при традиційних методах перегонки і ректифікації.

Г.Д.Мехта узагальнив експериментальні дані про можливість використання мембран для виділення спирту з бражки, його концентрування і очистки. Автор відзначає, що зворотній осмос можливо застосовувати для концентрування спирту бражки тільки до 30%, а 95%-ного спирту - до 99,5%.

Обгрунтована ефективність комбінованого способу концентрування спирту, при якому процес проводять спочатку осмосом, потім перегонкою, а в кінці знову зво­ротним осмосом. Встановлено, що капіталовкладення на устаткування комбінова­ної установки складають 50...75% від вартості традиційних брагоректифікаційних установок при однакових експлуатаційних витратах і потужностях.

Якщо чистий етиловий спирт має нейтральну реакцію, то технічному спирту, який має різні домішки (кислоти, ефіри, альдегіди, вищі спирти та інші хімічні сполуки) властиві слабокислі реакції. Це має важливе значення для підбору мем­бран і розділення водно-спиртової рідини.

В'язкість водно-спиртових розчинів знижується при підвищенні їх темпера­тури, (при концентрації спирту 10% мас в'язкість при 0° С рівна 3,2 сантипуаз, а при 70° С - 0,5 сантипуаз). При підвищенні концентрації розчину при низьких тем­пературах до 45% в'язкість підвищується, в подальшому знижується, для темпера­тури розчину вище 30° С в'язкість при підвищенні концентрації не змінюється.

Доведено, що у водно-спиртових розчинах вода і спирт утворюють складні рівноважні системи, що складаються з водно-спиртових комплексів - гідратів, склад і асоціація яких залежить від кількісного співвідношення між компонентами у роз­чині, а також від температури і тиску.

У розчині вода і спирт перебувають у стані більш асоційованому (роз'єднано­му), ніж у чистому вигляді кожний компонент при тій же температурі. Але стан моле­кул води і спирту в їх розчинах інший, ніж у чистих компонентах, в розчині ці моле­кули перебувають у більш стиснутому стані, ніж у чистих компонентах. Молекули води і спирту, як відомо, є полярними і ці сили у водно-спиртових розчинах проявля­ють свою дію. Вони виникають в атомах і молекулах при обертанні їх електронів. Між молекулами діють І інші сили. У водно-спиртових розчинах можлива і поляри­заційна взаємодія, яка є результатом індуктивного впливу сусідніх молекул.

Для одержання абсолютного спирту на брагоректифікаційній установці ви­трачається 12 кг/дал, на такій же установці, але під вакуумом 7.,.8 кг/дал, а на моле­кулярних фільтрах (мембранах) 6...6,5кг/дал.

На технічний спирт у Франції переробляється як цукровий буряк, так І меляса та цукровий сироп. Для виробництва пари використовуються в основному елект-рокотли (до ЗО т пари за годину) Там успішно працюють установки з виробництва спирту- моторного палива на молекулярних ситах. Процес розділення водно-спирто­вої суміші здійснюється методом дегідратації, тобто методом відщеплення молекул води від молекул спирту, ефірів, альдегідів, кислот та сивушних масел, які предста­вляють собою технічний спирт високої (96-100%) концентрації.

Дегідраційна установка складається з двох адсорберів, які працюють попе­ремінне в процесах абсорбції і десорбції. Адсорбція води здійснюється в паровій фазі під тиском. Десорбція проходить під вакуумом як регенерація молекулярних сит, насичених водою. Процес адсорбції і десорбції повністю автоматизований за відповідною оптимальною програмою. Установка працює при низьких енергети­чних витратах.

Контрольні питання і завдання

1. Які фактори впливають на рівень розвитку спиртової промисловості?

2. В яких галузях слід збільшити використання етилового спирту?

3. Нові наукові розробки, які необхідно впроваджувати у виробництво з метою
зниження собівартості спирту та підвищення ефективності роботи спиртової галузі.

4. Основні актуальні проблеми енергозбереження в спиртовій промисловості.

5. Актуальні проблеми водопостачання в спиртовій промисловості.

6. Актуальні проблеми очистки стічних вод в спиртовій промисловості.

7. Принципова схема механо-біолого-хімічної очистки стічних вод.

8. Принципова схема мочар.

9. Мета дослідження процесів тепло-масообміну на мембранних фільтрах.

10. Фільтрування суміші в процесах зворотного осмосу.

11. Типи апаратів з мембранними фільтруючими елементами.

12. Апаратурно-технологічна схема апарата з трубчастими фільтруючими еле­
ментами.

13. Мембранне газорозділення в спиртовій промисловості та функціонально-
технологічна схема процесу збереження рослинної сировини в зоні азоту.

14. Концентрування ферментних препаратів за допомогою мембранних фільтрів.

15. Мембранна технологія води, мелясних розчинів та барди.

16. Мембранна технологія етилового спирту.

РОЗДІЛ 17