Разработка и эксплуатация коньячных перегонных установок модели “ВАНД”

Разработка и эксплуатация коньячных перегонных установок модели “ВАНД”

Научно-техническая фирма “ВАНД” (г. Краснодар)

Изменение структуры винодельческой отрасли привело к пересмотру специализации предприятий и ассортимента выпускаемой продукции. Первоначально в Российской Федерации произошло резкое сокращение производства коньячных спиртов и коньяков. Однако, в последнее время ввиду изменившейся конъюнктуры рынка, начали организовываться новые цеха и предприятия по производству коньячных и яблочных спиртов, коньяков, кальвадоса, бренди. Возникла необходимость изготовления и внедрения перегонных установок, обеспечивающих производство высококачественных спиртов заданного состава.

В СССР коньячные перегонные установки (различных моделей) изготавливали несколько машиностроительных заводов: “КУ-500” (“ПУ-500”) — Симферопольский завод винодельческого оборудования, Тбилисский машзавод им. 26 бакинских комиссаров; “К-5М” (“УК-1”), “ВАНД-01”, “ ВАНД-02” — Тираспольский машиностроительный завод “Точлитмаш”; “УПКС” — Московский машзавод “Продмаш”. В январе 1991 года к изготовлению вихревых коньячных установок модели “ ВАНД”, “ДА-01”, “ДА-02” приступил Тамбовский машиностроительный завод “Комсомолец”. В 1994 г. производство коньячных установок моделей “ПУ-2-500” и “ВАНД” начато на машиностроительном заводе ЗАО “Содружество-92” (г. Краснодар).

После распада СССР в Российской Федерации сохранили производство коньячных установок машиностроительные заводы: Тамбовский “Комсомолец” и Краснодарский ЗАО “Содружество-92”. Техническую документацию на изготовление установок для этих заводов разработали сотрудники научно-технической фирмы “ВАНД”. При разработке и эксплуатации установок накоплен практический опыт, который заставил определенным образом пересмотреть традиционные технологические приемы, используемые в технологических схемах и конструкции аппаратов установок непрерывного действия моделей
“К-5М” и “УК-1”.

Работы по созданию вихревых коньячных установок непрерывного действия начаты в 1969 г. на кафедре П и АПП Краснодарского политехнического института (КПИ) с разработки полупромышленного образца. Установка реализовала известную технологическую схему процесса, основанную на эпюрации крепкого продукта (спирта-сырца). Первоначально изучали возможность использования вихревого течения фаз для производства коньячного спирта с целью устранения в перегонной колонне зон концентрирования ценных компонентов, пригорания дисперсных частиц, увеличения производительности и возможности перегонки виноматериалов, содержащих дрожжи [1].

Полупромышленная установка была апробирована в лабораторных (КПИ) и производственных условиях на экспериментальном заводе ВНИИВ и В “Магарач” [2]. Она включала в себя две колонны: вихревую перегонную и колпачковую эпюрационную. Вихревая колонна имела диаметр корпуса 65 мм, внутри которого на центральной штанге на расстоянии h = 150 мм друг от друга поэтажно закреплены лопаточные завихрители с углом наклона лопаток a =15о, образующих с боковой поверхностью корпуса колонны сливной зазор d = 3 мм (авт. свид. СССР № 000).

Эпюрационная колонна имела диаметр 150 мм и была снабжена 6 одноколпачковыми тарелками (4 — в исчерпывающей части, 2 — в укрепляющей части). В отличие от известных коньячных установок вихревая перегонная колонна была снабжена укрепляющей частью (с двумя лопаточными завихрителями). Обе колонны снабжены кубами с электрообогревом, создающих длительную задержку жидкой фазы.

Производственные испытания вихревой установки в условиях ВНИИВ и В “Магарач” подтвердили целесообразность использования вихревого течения в коньячных перегонных установках. При производительности по виноматериалу 120-160 дм3/ч и среднерасходной скорости пара 1,8-3,0 м/с был получен высококачественный коньячный спирт, по дегустационным оценкам и химическому составу не уступающий коньячным спиртам периодического процесса [2]. Это позволило перейти к разработке и внедрению промышленного варианта вихревой установки, которая была названа “ВУНД” [3].

Установка “ВУНД” предусматривала эпюрацию спирта-сырца и снабжена вихревой перегонной колонной с диаметром корпуса 0,3 м и высотой 0,8 м, внутри которого на несущей штанге поэтажно закреплены 55 лопаточных завихрителей (a =20°, d= 10 мм, h » 150 мм), конструкция которых аналогична завихрителям полупромышленного образца установки. Эпюрационная колпачковая колонна имела диаметр 0,5 м и 12 многоколпачковых тарелок (8 — исчерпывающих, 4 — укрепляющих). В ней предусмотрены узел термообработки виноматериала и куб-испаритель для задержки барды. Все это позволяло проводить длительную термообработку сырья и барды с целью воспроизводства процессов новообразования ценных компонентов по аналогии с шарантским аппаратом.

В мае 1975 г. на винзаводе совхоз-завода “Тузорский” Каларашского ПО ведомственной комиссией “Молдвинпрома” проведены производственные испытания, которые показали, что установка работоспособна и отвечает целевому назначению. При перегонке виноматериалов “Алиготе”, “Рислинг”, смеси европейских сортов получены коньячные спирты, химические составы и дегустационные оценки которых соответствовали спиртам, выработанных на шарантских аппаратах, эксплуатируемых в том же цехе винзавода. Достигнута производительность установки по виноматериалу 350-400 дал/ч. Отбор головной фракции (ЭАФ) составил 1,5-2,0% от а. а. Расход пара изменялся в зависимости от производительности от 1200 до 1400 кг/ч.

Экспериментально установлено, что с увеличением скорости парового потока в коньячном спирте существенно увеличивается содержание высококипящих компонентов: этилкаприната, этилкаприлата, этилэнантата, фурфурола [4].

Особенностью установки “ВУНД” по сравнению с применяемыми в отрасли установками “К5-М” и “УК-1” (где предусмотрена эпюрация виноматериала) является возможность перегонки виноматериалов, содержащих до 8,0% дрожжевых осадков при больших скоростях движения фаз. Это позволяет обогатить коньячный спирт ценными высококипящими компонентами и увеличить выход коньячного спирта. Так, введение в виноматериал от 2,0 до 6,0% дрожжей приводит к увеличению содержания в коньячном спирте: энантовых эфиров — в 2,2-2,8 раза, фурфурола — в 2,6-3,4 раза. Однако, возрастает и содержание в спирте нежелательных компонентов: метанола — до 1,6 раза, высших спиртов сивушной группы — до 1,7 раза, ацетальдегида — до 1,4 раза. Необходимо направленно выбирать способ введения в процесс дрожжевых осадков, структурную схему и режимы работы перегонной установки.

Использование дрожжей сопряжено с рядом трудностей. Для обеспечения в виноматериале содержания более 2% дрожжей необходимо организовывать транспортировку и хранение дополнительного количества дрожжевой массы. При этом нельзя использовать SO2 и необходимо исключить доступ кислорода. Дрожжи должны быть выделены из коньячных виноматериалов. Использование прессованных дрожжевых осадков сухих или крепленных вин не дает желаемого улучшения качества коньячного спирта из-за наличия в них SO2 и, как правило, большого количества аминокислот, азотистых веществ и продуктов автолиза.

Наличие дрожжевых клеток в виноматериале в количестве от 4.0 до 8,0% мас. Снижает интенсивность взаимодействия паровой и жидкой фаз на контактных элементах в перегонной колонне, что вынуждает уменьшать производительность процесса на 15-20%. Целесообразно организовывать процесс перегонки дрожжевой массы отдельно от основного потока виноматериалов в дополнительной колонке. При этом надо предусмотреть смешение паровых спиртовых потоков перед конденсатором. Такое технологическое решение позволяет проводить отдельную эпюрацию и направленный перевод компонентов в каждый спиртовый поток.

Эксплуатация установки “ВУНД” в течение первых лет выявила определенные закономерности, которые заставили пересмотреть ряд положений, использованных в качестве основополагающих при ее разработке.

Наличие в схеме установки эпюрационной колонны приводит к дополниительному накоплению спирта-сырца как в самой эпюрационной колонне (на тарелках, в кубе-испарителе), так и в дополнительных гидрозатворах, трубах. Возникла значительная инерционность процесса. Дополнительные исследования показали, что в установке “ВУНД” время стекания спирта-сырца из дефлегматора перегонной колонны достигает 2,60 мин. В самой эпюрационной колонне спирт-сырец движется вниз по тарелкам и в кубе-испарителе в течение 23,0 минут. Общее время, за которое изменение режима работы перегонной колонны сказывается на концентрации коньячного спирта в спиртовом фонаре достигает 28-30 минут. Управлять режимом работы такой установки в условиях периодических колебаний подачи греющего пара и охлаждающей воды представлялось затруднительным. Возникла необходимость максимально уменьшить инерционность процесса, исключив из установки эпюрационную колонну.

Хотя и подтверждено, что эпюрация спирта-сырца обладает экономическими достоинствами по сравнению с эпюрацией виноматериала, однако она требует дополнительных затрат пара, воды и не является рациональным технологическим приемом при решении вопроса выделения ЭАФ в непрерывном потоке. Паровой поток, уходящий из дефлегматора перегонной колонны, содержит все головные компоненты в парообразном состоянии. Нет технологической необходимости переводить их в промежуточную жидкую фазу (спирт-сырец), чтобы затем затрачивать греющий пар и охлаждающую воду для извлечения из спирта-сырца головных компонентов в эпюрационной колонне. Целесообразно подвергать эпюрации непосредственно спиртовый паровой поток, уходящий из дефлегматора перегонной колонны [5].

Как показывает анализ данных равновесия в системе пар-жидкость коэффициенты испарения легколетучих компонентов при конденсации паровой фазы в 1,5-3,6 раза больше, чем при испарении жидкой фазы при той же концентрации. Разделить паровую систему на составляющие легколетучие компоненты легче, чем жидкую. Это позволяет при эпюрации водно-спиртовых паров уменьшить энергозатраты при одновременном уменьшении металлоемкости оборудования и увеличении концентрации ЭАФ [6].

Снабжать перегонную колонну непрерывного действия кубом аналогичным установки “КУ-500” нецелесообразно. Колонна работает при относительно большом массовом расходе пара, требующем соответствующей поверхности теплопередачи и интенсивного удельного подвода тепла к барде. В кубе наблюдается образование устойчивой пены и “захлебывание” низа колонны. На змеевике возникает пригорание взвесей (красящих веществ, дрожжевых клеток и т. п.). Затруднена чистка змеевика от пригаров.

Длительная термообработка виноматериалов и барды дает двоякий эффект. С одной стороны термообработка виноматериала приводит к увеличению содержания в коньячном спирте высококипящих компонентов, таких как энатовые эфиры, фурфурол, с другой стороны увеличивается и содержание метанола, ацетальдегида, изоамилола, бутанола, растут потери этанола.

Длительное кипячение барды (до 60 минут) при температуре 105-108°С позволяет увеличить в коньячном спирте содержание энантовых эфиров — до 1.8 раза, высших спиртов — до 1,5 раза, фурфурола — до 1,4 раза. Учитывая это, при дальнейшем совершенствовании установки было принято решение отказаться от термообработки виноматериала, сохранив задержку барды в кубе колонны от 30 до 60 минут. Проведенные позже обобщения составов –коньячных спиртов, выработанных на различных перегонных установках в различных регионах, показали, что шарантские аппараты позволяют производить коньячные спирты, содержащие меньше высших спиртов (в частности, сивушной группы), чем установки “КУ-500” и “К-5М”, меньшее содержание высших спиртов в значительной степени делает коньячный спирт более мягким во вкусе и гармоничным в аромате [7].

Сделанный вывод совпал с результатом работы [8], в которой установлено, что большое количество высших спиртов, и прежде всего изобутанола и изопентанола, придает коньяку резкий неприятный сивушный тон, не исчезающий даже при длительной выдержке коньяка. Это позволило отказаться от стремления любой ценой интенсифицировать процессы новообразования компонентов и перейти к выявлению способов направленного перевода заданных компонентов из винноматериала в коньячный спирт, обратив особое внимание на высококипящие компоненты.

Для решения этой задачи было проведено обобщение данных равновесия двух - и трехкомпонентных парожидкостных систем, разработаны математические модели процесса, позволившие провести численный эксперимент и сделать ряд общих выводов и рекомендаций к совершенствованию процесса [6].

Применительно к коньячной технологии считается, что коэффициенты испарения компонентов (коэффициент распределения равновесия — mi) не зависит от концентрации самого компонента в жидкости (xi), а определяются только содержанием в ней этилового спирта (xc) [9]. Использование такого подхода привело к появлению мнения, что наличие в перегонной колонне (непрерывного действия) укрепляющей части создает высокую концентрацию этилового спирта (16,0-23,0% об.) на верхних тарелках и снижает летучесть компонентов, затрудняя их перевод в коньячный спирт. Этим объясняется отсутствие укрепляющей части в перегонных колоннах установок К-5М (УК-1). Необходимая крепость коньячного спирта достигается за счет дефлегмации. Образующаяся флегма из трех дефлегматоров стекает на питательную тарелку колонны, смешивается с виноматериалом, увеличивая его крепость на 4-6% об.

Принятие условия независимости mi от xi и учет только влияния изменения xc на mi привели к разработке технологических приемов, направленных на увеличение перехода компонентов в коньячный спирт за счет разбавления сырья (бардой, водой) или отбора дополнительных материальных потоков из зон с низким содержанием этанола по высоте перегонной колонны. Подобные предложения не являются бесспорными, так как не учитывают изменения летучести большого количества компонентов от ряда факторов и не позволяют избирательно переводить их в коньячный спирт.

Анализ зависимости grad mi = f (xi) в диапазоне концентраций 0 £ xi £ xiаз
(xiаз — азеотропная концентрация компонента) совместно с законом Коновалова позволяет утверждать, что функция mi = j (xi) — монотонно убывающая и grad mi ® max при xi ® 0 [6]. В области 0 < xi < 1,0% мол. для всех компонентов коньячного спирта нельзя принимать условие mi = const.

В перегонной колонне непрерывного действия в нижнем сечении xc ® 0 и
mi ® max, то есть наблюдается максимальная летучесть компонентов. Так, при концентрациях xc= 0 и xi, равной содержанию рассматриваемого компонента в виноматериале, значения mi основных компонентов лежат в диапазоне: этилацетата — 135,0-155,0; ацетальдегида — 52,0-60,0; н-пропилового спирта — 14,0-16,5; изобутилового спирта — 36,0-39,0; изоамилового спирта — 33,0-40,0; b-фенилэтилового спирта — 2,1-2,5; фурфурола — 6,0-6,5; уксусной кислоты — 0,55-0,7; масляной кислоты — 2,0-2,2.

Большинство компонентов (за исключением некоторых летучих кислот, например, уксусной) вместе с парами в большом количестве поднимаются вверх по колонне. В барде, при правильной организации процесса, они обнаруживаются в следах. По мере движения пара вверх по колонне возрастает концентрация этанола и снижается летучесть компонентов. Однако уменьшение mi сопровождается увеличением концентраций компонента в жидкой фазе, т. е. на верхних тарелках колонны mi ® min при xi ® max. Количество же компонента переходящего в коньячный спирт зависит от его концентрации в парах (Yi), уходящих с верхней тарелки.

Yi = mi ·xi

При отсутствии укрепляющей части (установка К-5М) концентрация этанола на питательной верхней тарелке достигает от 12,0 до 18,0% об. (в зависимости от крепости виноматериала 8-12% об.). Коэффициенты испарения mi основных компонентов равны: этилацетата — 35,0-52,0; ацетальдегида — 18,0-22,0; н-пропилового спирта — 4,5-6,5; изобутилового спирта — 7,0-11,0; изоамилового спирта — 4,5-7,5; b-фенилэтилового спирта — 0,3-0,5; фурфурола — 1,5-2,5; уксусной кислоты — 0,3-0,4; масляной кислоты — 0,4-0,55.

При работе с укрепляющей частью и парциальным дефлегматором (установка ВУНД) на верхней тарелке колонны устанавливается концентрация этанола от 18,0 до 21,0% об. (в зависимости от режимов работы дефлегматора, колонны и крепости виноматериала). Коэффициенты испарения mi компонентов достигают следующих значений: этилацетата — 31,0-35,5; ацетальдегида — 16,0-17,5; н-пропилового спирта — 3,7-4,8; изобутилового спирта — 3,5-3,8; b-фенилэтилового спирта — 0,25-0,35; фурфурола — 1,4-1,6; уксусной кислоты — 0,30-0,33; масляной кислоты — 0,35-0,39. Концентрация же компонентов на xi на верхней тарелке в 1,8-4,5 раза выше, чем на питательной тарелке (как за счет укрепления флегмы, так и за счет отсутствия разбавления ее виноматериалом). Согласно уравнения (1) это обеспечивает сохранение концентрации компонентов в паре Yi на высоком уровне и перевод их в коньячный спирт.

Сопоставляя значения mi для низа и верха колонны легко установить, что если по высоте перегонной (коньячной) колонны нет отбора бокового продукта, то независимо от наличия укрепляющей части все компоненты будут одинаково (качественно) распределяться между бардой и уходящим из нее потоком пара.

В обоих случаях по высоте колонны в период пуска следует ожидать возникновение зон максимального концентрирования компонентов: b-фенил­эти­лового спирта — на тарелках с концентрацией xc = 4,0-6,0% об.; масляной кислоты — на тарелках с концентрацией xc = 1,5-3,0% об.. Уксусная кислота имеет максимальную концентрацию на нижних тарелках колонны. Наличие таких зон возможно и у других компонентов, для которых при xc = 0 mi > 1,0, а при xc = xcв (где xcв — концентрация этанола на верхней тарелке) mi < 1,0. Однако, накопление компонентов в зоне концентрирования не может длиться бесконечно. По истечению некоторого времени начинает увеличиваться концентрация xi по тарелкам, как вверх по колонне, так и вниз. Изменяется профиль концентрации xi по высоте. Компонент начинает “смещаться” к “выходам” из колонны. При работе без укрепляющей части “смещение” зоны концентрирования быстрее происходит в направлении питательной тарелки. Большее количество хвостовых компонентов, в том числе и летучие кислоты, удаляются из колонны с паром, в дефлегматор. Полученные таким образом коньячные спирты содержат повышенное количество изоамилола, изобутанола, 2-бутанола, летучих кислот и т. п. Они обладают более жгучим, грубым вкусом и резким запахом.

При работе с укрепляющей частью зона концентрирования может “сме­щаться” к низу колонны. В этом случае ряд компонентов, в частности, летучие кислоты, выводятся из процесса в большем количестве с бардой. При переводе дефлегматора в режим полной конденсации паров и соответствующем количестве тарелок в укрепляющей части, когда на верхней тарелке концентрация жидкости достигает 25,0-34,0% об., а уходящий пар содержит 62-70% об. этанола, в колонне создаются максимально возможные условия для ограничения перехода летучих компонентов хвостовой фракции, кислот в коньячный спирт. Несколько снижается переход и высококипящих компонентов (b-фенил­эти­лового спирта, фурфурола), но при этом перегонная колонна работает в экономичном режиме: при минимальном флегмовом числе и расходе пара.

Полученные данные позволяют рекомендовать изготавливать коньячные перегонные колонны с укрепляющей частью, а выбор количества контактных устройств в ней производить, исходя из достижения концентрации жидкой фазы на верхней тарелке в пределах 16,0-21,0% об. Этот диапазон концентраций совпадает со средней скоростью спирта-сырца при отборе коньячной фракции в процессе перегонки по шарантскому способу. Крепость жидкости в кубе в процессе работы шарантского аппарата уменьшается от 28-32% об. до 5-9% об. В этом диапазоне концентраций и работает укрепляющая часть колонной установки “ВУНД”.

Особое внимание было уделено режимам работы вихревых контактных устройств (ВКУ). Эксплуатация установки “ВУНД” показала, что они “чувствительны” к изменению нагрузок, особенно, по паровой фазе. В условиях большого количества потребителей пара, которое имеет место на вино-коньячных комбинатах и сопровождается систематическими изменениями давления в паропроводах, работа вихревой перегонной колонны сопровождалась периодическими “захлебываниями” или “провалами” жидкой фазы. Это заставило усовершенствовать вихревые контактные устройства.

Проведенные гидродинамические исследования используемых в установке “ВУНД” вихревых устройств позволили выявить причины повышенной их “чувствительности” к колебаниям расхода пара [10]. В пространстве между лопаточными завихрителями за счет сил трения образуется вращающее парожидкостное кольцо, внутренний край которого зависает над лопатками нижнего завихрителя. Он, перекрывая внутренне сечение корпуса колонны, сжимает паровой поток. Из парожидкостного кольца жидкость вытекает в сливной зазор (между завихрителем и корпусом колонны) в виде пленки и движется вниз к следующему лопаточному завихрителю. При вращении пара в центральной части потока образуется область пониженного давления, а на периферии — максимальные скорости осевого и тангенциального движения. Парожидкостное кольцо подвисает на струях пара, выходящих из каналов лопаточного завихрителя. При увеличении скорости пара уменьшается толщина пленка в сливном зазоре, растет высота и ширина газожидкостного кольца и, как следствие, возникает интенсивный унос жидкости, приводящий к “захлебыванию” колонны. При уменьшении скорости пара его динамическое давление уменьшается и становится недостаточным для поддержания парожидкостного кольца над завихрителем. Жидкость “проваливается” вниз.

Для устранения этих недостатков были разработаны две модификации вихревых контактных устройств. Первая из них (ВКУ-ДП) предусматривает установку между лопаточными завихрителями дополнительных вертикальных пластин. Пластины расположены тангенциально к боковой поверхности корпуса колонны и упорядочивают движение фаз во внутренней плоскости колонны, создавая устойчивое пленочное движение жидкости с развитой поверхностью тепломассообмена (авт. свид. СССР — патент РФ, № 000). Вторая модификация (ВКУ-К) предусматривает установку между лопаточными завихрителями переливных конусов, направляющих жидкость из сливного зазора вышележащего завихрителя в центр нижележащего завихрителя. При этом над завихрителями образуется устойчивый распыл жидкости и перетекание ее через сливной зазор не зависит от скорости пара (авт. свид. СССР — патент РФ, № 000).

По результатам испытаний устройства ВКУ-ДП рекомендованы к использованию в колоннах с диаметром корпуса от 100 до 350 мм. Они обеспечивают устойчивое взаимодействие фаз при расходе жидкости (L) от 50,0 до 650,0 дал/ч и среднерасходной скорости пара (Uср) — от 0,5 до 6,2 м/с. Устройства ВКУ-К рекомендованы для колонн с диаметром корпуса от 300 до 800 мм. Они обеспечивают устойчивый рабочий распыл жидкости при L равном от 100,0 до
1200,0 дал/ч и Uср — от 1,2 до 4,8 м/с.

Выявленные закономерности были использованы при модернизации установки “ВУНД”. Из технологической схемы исключена колонна для эпюрации спирта-сырца. Заменена конструкция ВКУ. В схему установки введена насадочная колонка (Æ 150мм, l = 1200 мм) для эпюрации спиртового парового потока (авт. свид. СССР — патент РФ, № 000). Модернизированная установка была названа “ВАНД-01”. Испытания и последующая эксплуатация (с 1981 г.) в условиях винзавода “Тузорский” показали соответствие установки целевому назначению. Оптимальная производительность по виноматериалу — 300-350 дал/ч при крепости 8-10% об. Дегустации спиртов, проведенные комиссией “Молдвинпрома” и комиссией “Росвинпрома”, показали высокие органолептические свойства коньячных спиртов, выработанных на установке “ВАНД-01”. Соответствующие им оценки были на 0,15-0,30 выше оценок спиртов, выработанных на установках “К-5М” и “КУ-500” [11].

За счет исключения из схемы эпюрации спирта-сырца и использование эпюрации спиртовых паровых потоков удалось уменьшить расход пара на 17,5-22,0%, воды — на 27,0-29,0%, металлоемкость оборудования — на 18,5%. Снижена инерционность процесса до 2,0-3,0 минут. Увеличилась крепость отбираемой головной фракции по основным легколетучим компонентам в 1,5-2,5 раза, за счет этого уменьшили отбор головной фракции до 0.5-1,0% а. а.

Выделение ЭАФ из спиртового парового потока, содержащего 70-71% об. этанола, в насадочной колонне обеспечивает получение более концентрированной головной фракции и, прежде всего, по эфирам, альдегидам, метанолу и SO2 (табл. 1). По сравнению с эпюрацией виноматериала отбор ЭАФ на установке “ВАНД-01” позволяет изменять состав коньячного спирта по всем компонентам в более широком интервале значений, чем установки “К-5М” и “УК-1”.

Конструктивные особенности установки “ВАНД-01” позволяют перегонять виноматериалы, содержащие до 8,0% об. дрожжевых осадков. При этом не наблюдается забивание ВКУ и отдельных ее аппаратов. Получаемый коньячный спирт обогащен высококипящими компонентами. На 2-5% увеличивается его выход из единицы сырья.

Сопоставление основных технических характеристик для различных промышленных перегонных установок (табл. 2) показало экономичность и рациональность заложенных в установку “ВАНД-01” решений и позволило перейти к разработке модели установки “ВАНД-02”, подготовке технической документации для серийного изготовления установок.

Технологическая схема установки “ВАНД-02” приведена на рис. 1. В установке изменена конструкция куба. Он выполнен из чередующихся теплообменников-испарителей 8, 10 и кубов-сепараторов 9, 11 (авт. свид. СССР, № 000). Для исключения пригорания взвесей и уменьшения давления пара в теплообменниках испарителях внутри теплопередающих трубок установлены ленточные винтовые турбулизаторы, создающие пульсирующее, вращательно-поступательное движение жидкости (авт. свид. СССР, № 000). В пределах каждой пары теплообменник-испаритель, куб-сепаратор предусмотрена рециркуляция жидкости, независимая от расхода сырья в колонне. Кубовая жидкость подвергается многократному испарению при непрерывной циркуляции по кубам-сепараторам и теплообменникам-испарителям. Это создает оптимальные условия для новообразования высококипящих компонентов и их перехода в паровой поток. Рабочее давление греющего пара в рубашках теплообменников-испарителей за счет интенсификации теплопередачи снижено до 0,08-0,12 МПа, что полностью исключило пригорание взвесей и дрожжевых клеток.

Дефлегматоры 14, 16 изготовлены вихревыми, предусматривающими тангенциальный ввод спиртовых паров и вывод оставшихся паров из центра пучка теплопередающих труб. Такие дефлегматоры обладают большей разделяющей способностью, высоким коэффициентом теплопередачи, меньшей теплоемкостью.

Перегонная колонна 5, 6 снабжена контактными устройствами ВКУ-К, установленными в корпусе с диаметром 500 мм. Ввод сырья в колонну 5 производят в зависимости от крепости виноматериала через верхний 21 или нижний 22 вентили, что позволяет изменить количество контактных устройств в укрепляющей части и направленно регулировать компонентный состав паров.

Колонка 15 для эпюрации спиртовых паров выполнена с диаметром корпуса 250 мм и высотой 1,5 м. Внутри нее установлена регулярная насадка из медных колец (авт. свид. СССР. № 000), обладающая минимальным гидравлическим сопротивлением.

Для увеличения разделяющей способности узла эпюрации флегма из дефлегматора 16 выведена двумя потоками, которые раздельно введены в колонку 15. Такой прием позволяет на 20-30% увеличить содержание легколетучих примесей в головной фракции, существенно снизить содержание диоксида серы в коньячном спирте и уменьшить количество отбираемой ЭАФ.

Техническая документация на изготовление оборудования установки “ВАНД-02” в 1987 г. была передана Тираспольскому машиностроительному заводу “Точмаш”. Изготовлены три комплекта оборудования. В сезон виноделия 1989 г. проведены ведомственные испытания установок на Тираспольском и Кишиневском виноконьячных комбинатах (ВКК). Методика, программа и результаты испытаний утверждены Республиканским государственным объединением “Молдвинпром”. Установки сданы в эксплуатацию. Достигнута производительность 1340 дал а. а./сутки. Производимый на них коньячный спирт имеет гармоничный, мягкий вкус, по химическому составу соответствует действующим ТУ. Дегустационная комиссия РГО “Молдвинпрома” признала, что выработанные на установке “ВАНД-02” коньячные спирты на 0,1-0,15 балла превосходят спирты, полученные на установках периодического действия
“КУ-500” [12].

Перегонная колонна ВКУ-К обладает значительным запасом производительности. Для максимального использования колонны в третьем комплекте оборудования изменена компоновка теплопередающей поверхности дефлегматоров и подогревателя сырья, увеличена высота укрепляющей части колонны на один контакт. Установка “ВАНД-02М” смонтирована и испытана в условиях Бельцкого ВКК в г. г. Достигнута производительность дал. а. а./сутки. Подтверждено ее соответствие целевому назначению. Увеличение производительности установки позволяет существенно сократить длительность сезона спиртокурения, а, следовательно, и время хранения коньячных виноматериалов. Последнее оказывает положительное влияние на качество коньячного спирта.

По результатам испытаний были внесены доработки в техническую документацию на изготовление оборудования установки модели “ВАНД-01” и “ВАНД-02”. Уточнены отдельные размеры вспомогательных аппаратов. Усовершенствована технология. В частности, корпус перегонной колонны снабжен рубашками для подвода “глухого” пара 7 (см. рис. 1), что в сочетании с контактными устройствами ВКУ-К позволило реализовать новый способ тепломассообменного взаимодействия фаз (патент РФ, № 000). По высоте колонны на каждой контактной ступени организованы зоны однократного интенсивного испарения виноматериала. Они с одной стороны увеличивают к. п.д. контактных устройств, с другой стороны — сдвигают равновесие в системе жидкость-пар в сторону повышения летучести высококипящих компонентов.

Предложено раздельное введение в процесс виноматериалов и дрожжевых осадков (авт. свид. СССР, № 000). Для упрощения хранения и транспортировки дрожжевой массы предусмотрена их перегонка на заводах первичного виноделия на коньячный спирт в режиме дополнительной десульфитации и удаления некоторой части высших спиртов сивушной группы. Такой спирт-сырец (крепостью 60-70% об.) вводят в виноматериал перед перегонкой или на стадии его хранения, обеспечивая крепость в пределах 12,0% об. (патент РФ, №1 авт. свид. СССР, № 000). При введении спирта-сырца в виноматериал непосредственно перед перегонкой целесообразно крепость купажа доводить до концентрации 25-30% об. и вводить его на верхнюю тарелку укрепляющей части. Такой технологический прием позволяет перегонной колонне работать при минимальном флегмовом числе и удельном расходе пара. В настоящий момент изучается возможность крепления виноматериалов до указанной крепости перед их хранением.

По уточненной технической документации Тамбовский машиностроительный завод “Комсомолец” изготовил пять комплектов оборудования установки “ВАНД-01” для: Каларашского ВКК (РМ), Саратенского винзавода (РМ), ПО “Виеру” (РМ), Алма-Атинского НПО “Напитки”.

В сезон виноделия 1994 г. проведены приемо-сдаточные испытания установки “ВАНД-01” на Саратенском винзаводе. Подтверждено соответствие установки целевому назначению. Выработанные спирты соответствуют требованиям ТУ и обладают высокими органолептическими качествами.

По заказу Тираспольского виноконьячного комбината машиностроительный завод ЗАО “Содружество-92” изготовил и отгрузил два комплекта оборудования установки “ВАНД-02”. Ведутся подготовительные работы по внедрению их в производство.

Разработанная технологическая схема коньячной установки использована при модернизации брагоперегонной установки “Комсомолец” с целью производства на ней коньячного спирта и спирта винно-дрожжевого для Brand-wine. Такая установка названа “ВАНД-КМ” и внедрена в производство в Молдове на винзаводах с. Бардер, п. Чимишлия, г. Комрат, а также на Окамском винзаводе (Грузия). Техническая характеристика установки приведена в табл. 2. Выработанные на установках “ВАНД-КМ” коньячные спирты комиссиями ГКО “Молдвинпрома” и управления “Самтрест” признаны высококачественными. Им присвоены дегустационные оценки от 7,2 до 7,4 баллов.

Таким образом разработанная технологическая схема и конструкция аппаратов коньячной перегонной установки “ВАНД” нашли широкое применение в коньячной технологии и могут быть использованы при внедрении и модернизации перегонных установок.

Подробную дополнительную информацию можно получить в г. Краснодаре по , ,

Литература

1.  Суручан процесса получения коньячного спирта в непрерывнодействующей установке вихревого типа / Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук.— Краснодар: КПИ, 1975.— с. 32.

2.  , , Любченков содержания дрожжевых осадков в виноматериале на состав коньячного спирта в условиях работы полупромышленной установки непрерывного действия на экспериментальном винзаводе ВНИИВ и В “Магарач” в
г. Ялта // Тезисы докладов восьмой конференции специалистов коньячной промышленности Грузии. — Тбилиси, 1975.— с. 12-13.

3.  , , Олару установка непрерывного действия вихревого типа // Садоводство, виноградарство и виноделие Молдавии — 1977. — № 4.— с. 32-34.

4.  , , Олару непрерывнодействующих аппаратов для получения коньячного спирта // ЦНИИТЭИПищепром, обзорная информация.— М., 1979, Серия 1, Выпуск 2.— 31 с.

5.  , , Н, Сенькин коньячного спирта-сырца отбором ЭАФ при дефлегмации паров в непрерывном потоке // Республиканский межвузовский сборник КПИ.— Краснодар, 1982.— с. 80-85

6.  Любченков разработки перегонного оборудования винодельческой промышленности // АгроНИИТЭИПП Пищевая промышленность. Обзорная информация,— Серия 15, Выпуск 4.— М., 1990.— 32 с.

7.  , Н, , Суручан перегонки виноматериалов на коньячный спирт // Пищевая промышленность, 1991.— № 5.— с. 51-53

8.  , , Беззубов мочевины для получения качественных коньячных спиртов / Виноделие и виноградарство СССР, 1965.— № 6.— с. 9-11

9.  Шейн установки коньячного производства.— М.: Легкая и пищевая промышленность, 1982.— с. 56.

10.  Любченков гидродинамических закономерностей закрученного течения фаз в целях разработки методики расчета и путей направленного конструирования высокоэффективной тепломассообменной аппаратуры / автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук.— Краснодар: КПИ, 1978.— 30 с.

11.  , , Олару вихревого перегонного аппарата для получения коньячного спирта // Тезисы докладов тринадцатой конференции специалистов коньячной промышленности Грузии.— Тбилиси, 1984.— с. 21-24.

12.  , , Олару испыта­ний коньячной вихревой установки ВАНД-02 // Садоводство, виногра­дарство и виноделие Молдавии, №4, 1990, с. 24-25.

Химический состав коньячного спирта и ЭАФ, выработанных на различных перегонных установках

Таблица 1

№ п/п	Модель установки	Процент отбора ЭАФ, % а. а.	Характеристика образца	Этанол, % об.	Содержание компонентов, мг/100 см3 а. а.	Метанол, % об.	SО2, мг/дм3
Высшие спирты	Средние эфиры	Альдегиды	Летучие кислоты	Фурфурол
1	“К-5М”, Дербентский ВКК	0	Коньячный спирт ЭАФ	68,3 —	480,0 —	175,0 —	38,0 —	61,0 —	0,30 —	0,11 —	35,0 —
1,0-1,5	Коньячный спирт ЭАФ	68,8 76,6	465,0 1120,0	170,0 245,0	33,0 310,0	58,0 25,0	0,20 0,30	0,10 0,66	30,0 410,0
2,5-3,0	Коньячный спирт ЭАФ	68,3 76,2	450,0 1070,0	168,0 220,0	30,0 285,0	60.0 23,0	0,15 0,35	0,085 0,80	27,0 260,0
2	“УК-1”, Кишиневский ВКК	0	Коньячный спирт ЭАФ	67,0 —	520,0 —	125,0 —	26,0 —	39,0 —	0,28 —	0,09 —	28,0 —
1,1-1,4	Коньячный спирт ЭАФ	67,3 74,8	495,0 1385,0	120,0 375,0	25,0 145,0	40,0 21,0	0,20 0,35	0,08 0,35	24,0 340,0
2,5-3,2	Коньячный спирт ЭАФ	67,5 73,4	482,0 1220,0	115,0 355,0	22,0 155,0	36,0 29,0	0,20 0,30	0,07 0,70	22,0 235,0
3	“ВАНД-01”, Каларашский ВКК	0	Коньячный спирт ЭАФ	69,5 —	380,0 —	188,0 —	34,0 —	32,0 —	0,45 —	0,10 —	34,0 —
0,24-0,30	Коньячный спирт ЭАФ	69,3 89,8	369,0 2460,0	173,0 3850,0	30,0 1330,0	30,0 15,0	0,4 0,05	0,09 3,3	28,0 1850,0
0,5-0,7	Коньячный спирт ЭАФ	69,5 88,9	364,0 2580,0	167,0 2900,0	28,0 980,0	31,0 14,0	0,35 0,02	0,08 3,05	18,4 2540,0
0,9-1,2	Коньячный спирт ЭАФ	69,2 87,4	338,0 2570,0	149,0 3210,0	24,0 990,0	32,0 13,0	0,35 0,03	0,06 3,25	12,0 1940,0
1,5-1,8	Коньячный спирт ЭАФ	69,4 87,1	330,0 2680,0	138,0 2730,0	18,0 910,0	29,0 15,0	0,40 0,05	0,045 2,90	8,0 1510,0
2,6-3,0	Коньячный спирт ЭАФ	69,4 86,5	293,0 2790,0	131,0 2100,0	13,0 780,0	28,0 14,0	0,40 0,03	0,02 2,65	3,5 1160,0

Сравнительная техническая характеристика коньячных перегонных установок

Таблица 2

Параметр сравнения	Размерность	Модель установки
УПКС	КУ-500	К-5М*	ВУНД**	ВАНД-01	ВАНД-02	ВАНД-КМ
Достигаемая производительность по коньячному спирту		10-12	70-80	300-400	500-600	600-700		600-800
Высота установки	м	5,0	6,5	12,1	14,5	14,5	14,5	11,0
Диаметр колонны	мм	—	630	650	300	300	500	800
Масса установки	кг	1500	6600	5880	5900	4800	5900	—
Тип контактных устройств	—	—	ОКТ	ОКТ	ВКУ	ВКУ-К, ВКУ-ДП	ВКУ-К	ТДК
Удельный расход пара		85-90	58-65	42-46	40-44	32-36	30-32	32-35
Удельный расход воды	.	2,2-2,5	0,42-0,45	0,3-0,4	0,35-0,42	0,25-0,3	0,25-0,3	0,24-0,28
Количество головной фракции	% а. а.	2,0-3,0	2,0-3,0	1,0-3,0	1,0-1,5	0,5-1,0	0,5-1,0	0,5-1,5
Количество хвостовой фракции	% а. а.	15,0-18,0	13,0-15,0	—	—	—	—	—
Выход коньячного спирта (один цикл перегонки)	% а. а.	76,0-80,0	80,5-83,5	95,5-97,5	96,0-97,5	97,0-98,0	97,0-98,0	97,0-98,0
Допускаемое содержание дрожжей в виноматериале	% об.	£ 2,0	£ 2,0	£ 2,0	£ 8,0	£ 8,0	£ 8,0	£ 8,0

Примечание:

ОКТ — одноколпачковые тарелки; * — технологическая схема — эпюрация вина;

ТДК — тарелки двойного действия; ** — технологическая схема — эпюрация спирта-сырца.