Технологическая схема производства спирта

• Введение
• 1. Выбор, обоснование и описание технологической схемы производства
• 1.1 Способы осахаривания разваренной массы
• 1.1.1 Одноступенчатое осахаривание
• 1.1.2 Двухступенчатое осахаривание
• 1.1.3 Осахаривание с одноступенчатым вакуум-охлаждением
• 1.1.4 Осахаривание с двухступенчатым вакуум-охлаждением
• 1.1.5 Трехступенчатое вакуум-охлаждение
• 1.1.6 Двухпоточное осахаривание
• 1.1.7 Периодическое осахаривание
• 1.2 Способы сбраживания зерно-картофельного сусла
• 1.2.1 Непрерывно-поточное сбраживание
• 1.2.2 Проточно-рециркуляционное сбраживание
• 1.2.3 Циклическое сбраживание
• 1.2.4 Периодическое сбраживание
• 1.3 Описание технологической схемы производства
• 2. Расчет продуктов спиртового производства
• 3. Расчет и подбор технологического оборудования
• 4. Расчет расхода воды, пара и электроэнергии
• 4.1 Расчет расхода воды
• 4.2 Расчет расхода пара
• 4.3 Расчет потребляемой электроэнергии
• 5. Учет и контроль производства
• 6. Мероприятия по технике безопасности и охране окружающей среды
• Заключение
• Список использованных источников

Спиртовая промышленность Республики Беларусь является одной из крупнейших отраслей пищевой индустрии.

В спиртовой промышленности достигнуты значительные успехи в повышении всех технико-экономических показателей, расширении ассортимента вырабатываемых продуктов и улучшении качества спирта, в разработке и освоении рациональных методов комплексного использования сырья.

Технология получения спирта основана на ферментативном гидролизе крахмала, содержащегося в растительном сырье, и сбраживании образующихся сахаров дрожжами в спирт, т. е. является биохимической технологией. Она складывается из следующих главных процессов: разваривание растительного сырья с водой с целью нарушения его клеточной структуры и растворения крахмала, охлаждение разваренной массы и осахаривание крахмала ферментами солода или культур плесневых грибов, сбраживание сахаров дрожжами, отгонка спирта из бражки и его ректификация.

Особенностью современного этапа развития спиртовой отрасли страны является увеличение мощности действующих предприятий и повышение качества получаемого этилового спирта.

Постоянный поиск новых технологий, а также внедрение более совершенных технических средств позволяет добиться высоких органолептических характеристик этилового спирта, что способствует повышению конкурентоспособности белорусской алкогольной продукции на внутреннем и внешнем рынках.

Приоритетными направлениями развития спиртового производства на современном этапе являются интенсификация биохимических процессов при производстве этилового спирта и разработка на их основе новых биотехнологий, обусловливающих повышение и стабилизацию качества этилового спирта, снижение себестоимости и повышение рентабельности спиртового производства в целом.

1. Выбор, обоснование и описание технологической схемы производства

1.1 Способы осахаривания разваренной массы

Окончательная стадия приготовления сусла — осахаривание замеса — ферменативный гидролиз крахмала с образованием сбраживаемых дрожжевыми клетками углеводов (глюкозы, фруктозы, мальтозы, мальтотриозы). Основными факторами, обуславливающими полноту процесса осахаривания замеса, являются применяемые осахаривающие средства, технологические режимы ведения процесса, аппаратурное оформление. Осахаривание замеса после водно-тепловой обработки происходит в следующем порядке: охлаждение обработанной массы и смешивание ее с осахаривающими материалами.

Существует периодическое и непрерывное осахаривание замеса. Первый вид осахаривания применяют, в основном, на заводах малой мощности. Непрерывное осахаривание предусматривает несколько способов:

одноступенчатое;

двухступенчатое;

осахаривание с одноступенчатым вакуум-охлаждением;

осахаривание с двухступенчатым вакуум-охлаждением;

осахаривание с трехступенчатым вакуум-охлаждением;

двухпоточное осахаривание;

осахаривание с использованием пластинчатых теплообменников.

1.1.1 Одноступенчатое осахаривание

По этому способу охлаждение разваренной массы, смешивание с солодовым молоком (микробной культурой) и осахаривание ведут в одном аппарате — осахаривателе, а сусло охлаждают в теплообменнике.

Рисунок 1 — Осахариватель непрерывного действия

Осахариватель (рисунок 1) представляет собой цилиндрический котел 12 со сферическим или коническим днищем, снабженный пропеллерной мешалкой 11, приводимой во вращение от электродвигателя 8 через редуктор 7. Частота вращения мешалки 120−270 об/мин. Сверху аппарат закрыт крышкой с вытяжной трубой (не показанной на рисунке) для удаления выделяющихся паров. Для организованного движения массы при перемешивании внутри установлен диффузор 10 с раструбом внизу. Вверху диффузор переходит в улиткообразный патрубок, через который масса выбрасывается в пространство между диффузором и корпусом аппарата. Масса охлаждается водой, подаваемой в змеевик 7, составленный из труб диаметром 50−70 мм, площадью около 2 м² на 1 м³ вместимости аппарата.

Разваренная масса поступает в аппарат по трубе 3, имеющей кран 4, солодовое молоко — через штуцер 9, выводится сусло по трубе 13. Равномерное поступление разваренной массы и постоянство ее объема в аппарате обеспечиваются автоматически поплавковым регулятором уровня 6, соединенным рычагом 5 с краном подачи разваренной массы. Для контроля за температурой в гильзе 2 установлен манометрический дистанционный термометр.

Аппарат заполняют массой на 75−80% от общего его объема. Продолжительность пребывания сусла в аппарате 20−25 минут. Расход воды температурой 10−15°С — 0,8−1 м на 1 м³ сусла.

В начале производства в чистый и стерилизованный осахариватель подают часть осахаривающего средства и воду для покрытия лопасти мешалки. Приводят во вращение мешалку и из паросепаратора спускают разваренную массу до полного покрытия змеевика. В змеевик направляют холодную воду, которая затем продолжает поступать непрерывно. При снижении температуры массы до 65 °C вводят осахаривающее средство, что снижает температуру до 57−58°С. Когда масса в аппарате осахарится, начинают непрерывную подачу разваренной массы, осахаривающих средств и непрерывное выведение сусла из аппарата.

Поступление осахаривающих средств из расходного сборника регулируется дозатором, работающим синхронно с плунжером насоса, откачивающего сусло. Температура осахаривания поддерживается автоматически регулирующим клапаном на линии подачи воды в змеевик: 57−58°С при использовании солода, поверхностной культуры плесневых грибов, а также смеси солода и поверхностной культуры; 55−56°С при применении глубинной культуры плесневых грибов.

Сусло из осахаривателя плунжерным насосом перекачивают через теплообменник в бродильный чан.

Рисунок 2 — Теплообменник типа «труба в трубе»

В теплообменнике типа «труба в трубе» (рисунок 2) сусло движется по внутренней трубе сверху вниз, вода — по кольцевому каналу между внутренней и внешней трубами снизу вверх. Сусло охлаждается до начальной температуры брожения (складки): 25−26°С при двухсуточном и непрерывном брожении, 18−20°С — при трехсуточном брожении. Температура охлаждающего сусла поддерживается автоматически, для чего у выхода его из теплообменника находится гильза для установки манометрического дистанционного термометра, связанного с исполнительным механизмом на трубе, подающей воду в теплообменник.

В зависимости от времени года (начальной температуры воды) охлаждение продолжается 5−6 минутзимой и 15 минут летом. Вследствие противоточного движения в теплообменнике сусла и воды последнюю можно нагреть до температуры 43−48°С.

1.1.2 Двухступенчатое осахаривание

Этот вид осахаривания отличается от предыдущего варианта тем, что процесс ведут последовательно в двух аппаратах с различным количеством осахаривающих средств и при разных температурах.

Осахариватель первой ступени имеет такое же устройство, как и при одноступенчатом осахаривании. Осахариватель второй ступени выполнен в виде длинной трубы диаметром 100−150мм, отдельные отрезки которой на концах соединены «калачами». В верхней части осахаривателя расположены воздушный кран (для удаления воздуха) и трехходовой кран для отъема части сусла на приготовление засевных дрожжей.

С помощью специального дозатора-делителя 30% осахаривающих средств поступает в осахариватель первой ступени, 70% - в трубопровод перед насосом, перекачивающим сусло из осахаривателя первой ступени в осахариватель второй ступени. Температуру поддерживают в первом осахаривателе 60−61°С, во втором 57−58°С (температура снижается в связи с добавлением осахаривающего средства). Продолжительность осахаривания соответственно 10 минут и от 2 до 5 минут. В остальном, двухступенчатое осахаривание идентично одноступенчатому.

1.1.3 Осахаривание с одноступенчатым вакуум-охлаждением

При этом способе разваренную массу до поступления в одноступенчатый осахариватель охлаждают до 62−63°С в вакуум-испарительной камере, затем в осахаривателе смешивают с осахаривающим средством, в результате чего температура снижается до 57−58°С.

В осахаривателе отсутствуют теплообменная поверхность и диффузор, пропеллерная мешалка расположена сбоку, а на крышке установлен фильтр для сообщения верхней части аппарата с атмосферой и предотвращения попадания в сусло микрофлоры.

Из паросепаратора 1 (рисунок 3) разваренная масса по трубе 2 поступает в испарительную камеру 3, в которой поддерживается разрежение 0,08 МПа. Вследствие самоиспарения воды температура почти мгновенно понижается до соответствующей этому разряжению и равной 62 °C. Вакуум в камере создается в результате конденсации выделяющегося пара водой в конденсаторе 4. Смесь воды, конденсата и неконденсирующихся газов откачивается мокровоздушным насосом 5 типа РМК.

Охлажденная масса по барометрической трубке 6 стекает в осахариватель 7. Одновременно по трубе 8 в трубу 2 засасывается 10−15% сусла из осахаривателя, вследствие чего снижается вязкость массы, облегчается отделение пара и уменьшается унос с ним крахмала. После добавления к разжиженной массе осахаривающего средства из расходных бачков 9 с помощью дозатора 10 температура ее снижается до 57−58°С и сохраняется на этом уровне все время. Продолжительность осахаривания не менее 10 минут.

Уровень массы в осахаривателе поддерживается автоматически посредством поплавкового регулятора, связанного рычагом с заслонкой на продуктовой трубе. Солодовое молоко дозируется в зависимости от скорости откачивания сусла насосом 11 в теплообменник 12. Для задержания песка перед насосом установлена ловушка 13.

Рисунок 3 — Схема непрерывного осахаривания с одноступенчатым вакуум-охлаждением разваренной массы

1.1.4 Осахаривание с двухступенчатым вакуум-охлаждением

Сущность способа заключается в том, что не только разваренную массу перед осахариванием, но и сусло охлаждают до температуры брожения в результате создания вакуума в испарительных камерах первой и второй ступеней. Разрежение в испарительной камере второй ступени образуется пароэжекторным вакуум-насосом. При этом способе полностью исключаются громоздкие теплообменники и появляется возможность вторичного использования воды для охлаждения.

спирт биохимический осахаривание сусло Рисунок 4 — Схема непрерывного осахаривания с двухступенчатым вакуум-охлаждением Разваренная масса поступает из паросепаратора 1 (рисунок 4) в испарительную камеру 3, в которой постоянно поддерживается разрежение 0,08 МПа при помощи барометрического конденсатора 2 и суховоздушного вакуум-насоса 4. Барометрическая вода сливается в сборник 12, а охлажденная масса температурой 62−63°С по барометрической трубе 9 направляется в осахариватель 13, снабженный мешалкой. Одновременно из расходных бачков 10 через дозатор 11 поступает осахаривающее средство, и температура снижается до 57−58°С Продолжительность осахаривания не менее 10 минут.

Из осахаривателя сусло перетекает через ловушку 14 во вторую испарительную камеру 8, в которой поддерживается разрежение 0,098 МПа, создаваемое барометрическим конденсатором 7 и пароэжекторным вакуум-насосом 6. При этом сусло охлаждается до 20 °C и стекает в сборник 15. Барометрическая вода собирается в сборник 18 и частично направляется насосом 17 на пароэжекторную установку, работающую с использованием пара, поступающего из коллектора 5. Конденсат с водой из пароэжекторной установки собирается в том же барометрическом сборнике. Охлажденное сусло из сборника 15 насосом 16 перекачивается в бродильное отделение. Сусло для приготовления дрожжей отбирают непосредственно из осахаривателя при температуре 57−58°С. При температуре воды, охлаждающей конденсатор, около 10−12°С барометрическая вода из сборника 18 может быть использована также для охлаждения конденсатора 2.

1.1.5 Трехступенчатое вакуум-охлаждение

С целью сокращения расхода воды на охлаждение сусла с 57−58°С до 20 °C вакуум-испарительную камеру и соответственно конденсатор разделяют на три части (секции) и устанавливают четыре пароэжекторных вакуум-насоса.

Установка (рисунок 5) работает следующим образом: сусло из осахаривателя 4 через песколовушку 5 центробежным насосом 3 подают в верхнюю секцию вакуум-испарительной камеры 9. Затем посредством боковых отводов с гидрозатворами оно стекает в среднюю и, наконец, в нижнюю секцию камеры, по барометрической трубе поступает в сборник 6, а из него насосом 7 направляется в бродильное отделение. Разрежение в вакуум-испарительной камере создается в результате конденсации паров, выделяющихся при самоиспарении воды в трехсекционном конденсаторе 10. Из верхней и средней секций конденсатора неконденсирующиеся газы откачивают головными соответственно 12 и 11 пароэжекторными вакуум-насосами, неконденсирующиеся газы из нижней секции через концевой конденсатор 13 пароэжекторным насосом 15. Нормальное давление на выходе пароэжекторного насоса 15 создается с помощью дополнительных конденсатора 14 и выхлопного пароэжекторного насоса 16.

Барометрическая вода из конденсаторов 10, 13 и 14 стекает в барометрический сборник 1 и откачивается насосом 2. Расход сусла и воды поддерживается с помощью клапанов 8.

При вакуумном охлаждении разваренной массы вследствие его быстроты предотвращается ретроградация амилозы, затрудняющая осахаривание. В результате вакуумного охлаждения как разваренной массы, так и сусла концентрация его повышается примерно на 1% по сахарометру и содержание спирта в бражке на 0,5%, благодаря чему увеличивается съем спирта с единицы бродильной емкости на 5,8%. Кроме того, при этом охлаждении снижаются потери сбраживаемых углеводов в бражке в среднем на 0,3% и соответственно увеличивается выход спирта; уменьшается содержание метанола, фурфурола и других летучих примесей в сусле на 10−12%, что облегчает ректификацию и улучшает качество спирта; снижается обсемененность сусла посторонними микроорганизмами; расход осахаривающих материалов уменьшается на 10−15%, расход воды и электроэнергии — на 30−35%; улучшаются условия труда.

Рисунок 5 — Технологическая схема трехступенчатого вакуум-охлаждения

1.1.6 Двухпоточное осахаривание

Для непрерывно-поточного способа брожения можно проводить двухпоточное осахаривание. Сущность его заключается в том, что разваренную массу делят на два потока, в одном из них в осахаривателе гидролизуется 2/3 всего количества солодового молока (применяют культуры плесневых грибов), в другом — 1/3. Сусло из первого осахаривателя направляют в первый головной чан бродильной батареи, из второго — во второй головной чан батареи.

Непропорциональное распределение осахаривающего материала между потоками сусла приводит к тому, что в первом головном чане при увеличенной дозе солодового молока в единицу времени накапливается большее количество моно — и дисахаридов и дрожжи размножаются и бродят интенсивнее, что положительно сказывается на процессе во всех чанах бродильной батареи. При соединении первого и второго потоков сусла во втором головном чане батареи концентрация ферментов усредняется и становится равной той, которая получилась бы при добавлении всего количества солодового молока ко всему количеству разваренной массы.

Наряду со значительным сокращением продолжительности брожения в бражке уменьшается и содержание несброженных моно — и дисахаридов.

1.1.7 Периодическое осахаривание

Устройство заторного аппарата мало чем отличается от устройства осахаривателя первой ступени (рисунок 6). Аппарат имеет чашеобразную форму, снабжен змеевиковой поверхностью охлаждения и мешалкой. На крышке аппарата расположены привод мешалки, вытяжная труба, штуцер для подачи солодового молока и колпак, под который подведена выдувная труба разваренной массы. В нижней части имеются штуцер для выпуска сусла и канализационный штуцер. Разваренная масса, ударяясь о колпак, разбрызгивается и равномерно распределяется по поверхности. Это исключает местные перегревы и инактивацию амилазы.

Рисунок 6 — Заторный аппарат

Мешалка пропеллерная (частота вращения 80 — 100 об/мин), сообщает массе круговое и поступательное движение снизу вверх. Вода подается в нижнюю часть змеевиков и выводится сверху. Направление движения воды противоположно направлению движения мешалки. На 1 м³ полезного объема аппарата приходится около 3 м² теплообменной поверхности змеевиков. Летом, когда температура воды выше, к заторному аппарату подключают выносной холодильник типа «труба в трубе», через который сусло прокачивается центробежным насосом.

Периодическое осахаривание ведут в следующем порядке. В заторный аппарат набирают 5% общего количества осахаривающего материала и столько холодной воды, чтобы покрылись лопасти мешалки. Затем при работающей мешалке быстро выдувают массу из разварников. Когда температура выдуваемой массы достигнет 75−80°С, пускают в змеевики воду, продолжая выдувание и охлаждение. По окончании выдувания массу охлаждают до 62−63°С, добавляют остальное количество солодового молока или грибной культуры, перемешивают 5 минут и в течение 15−20 минут осахаривают массу без перемешивания.

Сусло охлаждают до 30 °C, пропуская через змеевики воду, при работающей мешалке. При этой температуре в сусло, которое первым подается в бродильный бак, вводят все дрожжи (6−8% по заливаемому объему бродильного чана) и сусло с дрожжами охлаждают до температуры складки. С такой температурой сусло сливают в бродильный чан и в том случае, когда дрожжи не добавляют в заторный аппарат. Концентрация сусла, как и при непрерывном осахаривании, должна находиться в пределах 16−18% по сахарометру.

1.2 Способы сбраживания зерно-картофельного сусла

Следующей за осахариванием операцией по приготовлению этилового спирта является брожение осахаренного и охлажденного сусла.

Все сусло кроме той части, что идет на приготовление дрожжей, направляют в бродильные аппараты, и содержащийся в нем сахар сбраживается дрожжами в спирт. При сбраживании зерно-картофельного сусла одновременно происходит доосахаривание декстринов. Бродящее сусло называют бражкой, или культуральной жидкостью.

1.2.1 Непрерывно-поточное сбраживание

На крупных спиртовых заводах применяют непрерывные способы сбраживания — непрерывно-поточный, поточно-рециркуляционный и циклический, а на малых заводах еще и периодический способы сбраживания сусла.

На рисунке 7 изображена схема непрерывно-поточного сбраживания сусла, предусматривающая установку следующего оборудования: двух механизированных дрожжанок 1, каждая емкостью 25−30% от емкости возбраживателя; возбраживателя 2емкостью 80% от емкости головного чана; двух головных бродильных чанов 3 и восьми-десяти бродильных чанов 4.

Рисунок 7 — Схема непрерывно-проточного сбраживания сусла

Для спуска засевных дрожжей самотеком механизированные дрожжанки располагают над возбраживателем, который в свою очередь установлен выше бродильных чанов. Цилиндрическая часть головных чанов должна быть на 1 м выше остальных бродильных чанов. Для ускорения перетекания бродящей массы из чана в чан переточные трубы в обоих головных чанах устанавливают на расстоянии 1 мот верхнего края цилиндрической части, в третьем — на 0,1 мниже верхнего края цилиндрической части, в последующих — на 0,1 мниже каждого предыдущего и в последних двух чанах — на 0,5 мот верхнего края. Переточные трубы снабжены дисковыми затворами для отключения каждого чана на стерилизацию. Перед стерилизацией головные чаны освобождают от бражки посредством центробежного насоса 5 по коммуникации а, остальные чаны — посредством насоса 6 и коммуникации б. Углекислый газ из всех бродильных чанов проходит спиртоловушку 7.

Непрерывно-поточное сбраживание ведется следующим образом. В начале производства в двух дрожжанках приготовляют 50 — 60% зрелых дрожжей. Зрелые дрожжи из одной дрожжанки переводят во возбраживатель, дрожжанку промывают, пропаривают и после охлаждения заполняют суслом. Сусло пастеризуют при температуре 75 °C, охлаждают и задают 25−30% маточных дрожжей из другой дрожжанки. При охлаждении сусло подкисляют серной кислотой до 0,7−1,0° и сбраживают до 5−6% по сахарометру.

После отъема маточной культуры в первую дрожжанку зрелые дрожжи из второй дрожжанки также спускают во возбраживатель. Дрожжанку промывают, пропаривают и повторяют вышеописанные операции по приготовлению дрожжей.

Во возбраживатель одновременно со зрелыми дрожжами подают охлажденное сусло. По заполнении возбраживателя всю массу подкисляют серной кислотой до 0,4−0,5°. При переработке дефектного сырья сусло, поступающее во возбраживатель, предварительно пастеризуют при такой же температуре, как и сусло в дрожжанках, а затем охлаждают.

Массу во возбраживателе оставляют на брожение и по достижении отброда 5−6° полностью передают в один из головных бродильных чанов.

Одновременно со спуском засевных дрожжей и после него в головной чан непрерывно подают основное сусло. При этом бродящая масса последовательно заполняет один чан за другим и зрелая бражка из последнего чана направляется на перегонку. Как видно из рисунка 7, переточные трубы соединяют верхнюю часть каждого предшествующего чана с нижней частью каждого последующего.

В головном чане происходит главное брожение, в остальных чанах — дображивание. Одним из основных условий успешного проведения непрерывного брожения является поддержание в головном чане батареи в активном состоянии большого числа дрожжевых клеток (100−120 млн/мл).

В том случае, когда скорость притока сусла в головной чан велика и дрожжей из него выносится бражкой больше, чем образуется вновь, в работу включают оба головных чана.

Для ликвидации задержек и предупреждения развития бактериальной флоры головные чаны через каждые 24−30 чпо очереди полностью освобождают от бражки, перекачивая ее насосом, например, из первого чана во второй. После освобождения первого чана его вновь заполняют засевными дрожжами из возбраживателя и открывают приток затора, а бражку из второго головного чана перекачивают в третий по порядку. Затем второй головной чан заполняют так же, как и первый, и возобновляют приток затора.

С той же целью головные чаны промывают и стерилизуют паром через каждые 48−60 ч, а остальные чаны — по очереди через каждые 65−75 ч. При отключении на стерилизацию первого или второго головного чана приток сусла временно переводят на один из этих чанов. Из подлежащего стерилизации бродильного чана бражку перекачивают насосом в последующий чан.

Установка специальной запорной аппаратуры (дисковых задвижек) на переточных коммуникациях сводит к минимуму задержки частиц старой бражки в этих местах бродильной батареи.

Для того чтобы иметь возможность регулярно дезинфицировать и стерилизовать линии подачи осахаривающих материалов, осахаривания и охлаждения сусла, не нарушая непрерывности работы бродильной батареи, устанавливают две таких линии.

При кислотности засевных дрожжей 0,4−0,5° и непрерывном притоке свежего затора с кислотностью 0,15−0,2° как в головных, так и в других чанах батареи в течение 24−30 ч устанавливается постоянная кислотность, равная около 0,45° (рН 4,4). Замена бражки в головном чане новыми засевными дрожжами с такой же кислотностью (0,4−0,5°) сохраняет кислотность на прежнем уровне. Таким образом, кислотность бражки остается неизменной в течение 48−60 ч, что способствует чистоте спиртового брожения и активности амилазы (лучшему осахариванию декстринов и крахмала).

В бродильных чанах поддерживают температуру: в головных 25−27°С, в третьем чане 27−30°С, в остальных чанах 27−28°С. Брожение заканчивается через 60−62 ч, вместо 72 ч при периодическом способе сбраживания.

1.2.2 Проточно-рециркуляционное сбраживание

При рециркуляции отсепарированной биомассы дрожжей без ее антисептирования возможно инфицирование продуктов брожения. Поэтому был разработан способ рециркуляции сбраживаемой среды из 2, 3 и 4-го аппаратов в 1-й аппарат батареи. Таким способом из аппаратов 1, 2, 3 и 4 образуется рециркуляционный контур, в котором можно создать нужную скорость разбавленияи этим воздействовать на повышение удельной скорости роста микроорганизмов при стабилизации этих показателей в остальной части (5, 6, 7, 8, 9, 10 аппаратах) батареи. Объем рециркулируемой сбраживаемой среды составляет 100% от исходного притока сусла в батарею, что позволяет включить дополнительный приток этого сусла в количестве около 40% от основного. Технологические показатели зрелой бражки, полученной при этом, приведены в таблице 1.

Таблица 1 — Характеристика зрелой бражки

Благодаря меньшему нарастанию кислотности в процессе брожения межстерилизационный период удлиняется с двух до трех суток, производительность бродильной батареи повышается на 40%, выход спирта увеличивается при продолжительности брожения 60 ч на 0,8 дал/т крахмала, а при 48 ч — на 1,2 дал/т.

В результате рециркуляции снижается унос дрожжей, происходящий при непрерывно-поточном брожении, обеспечивается повторное использование дрожжей, а следовательно, уменьшается расход сахара на синтез их биомассы, что сопровождается повышением выхода спирта на 0,1 дал/т крахмала.

При дальнейшем совершенствовании непрерывно-проточного брожения может быть использован способ обработки сбраживаемого сусла в головной части батареи действием вакуума для удаления ингибиторов брожения — спирта и промежуточных продуктов. Снижением концентрации спирта до 2%, дополнительным вводом ферментов достигается интенсификация доосахаривания и брожения, а в конечном результате — сокращение процесса до одних суток.

1.2.3 Циклическое сбраживание

Циклический способ, предложенный В. Л. Яровенко и Е. П. Скалкиной, представляет собой разновидность полунепрерывных методов брожения, в которых возбраживание и главное брожение протекают непрерывно, а дображивание — периодически. Для осуществления способа необходимы 2−3 механизированных дрожжевых аппарата, один взбраживатель и 6−7 бродильных аппаратов, соединенных между собой переточными трубами (с запирающими дисками для их изоляции во время стерилизации).

Порядок соединения, например, семи бродильных аппаратов в батарею для последовательного перемещения и сбраживания в ней протекающего сусла представлен на рисунке 8.

В возбраживатель 9 сусло подается из ответвления от суслового трубопровода, через который наполняется бродильная батарея, а чистая культура дрожжей поступает в него из дрожжевых аппаратов 8.

1,7 — головные аппараты; 2 — 4 — рядовые аппараты (5,6 — не показаны); 8 — дрожжевые аппараты; 9-возбраживатель; 10 — спиртоловушка; 11 — насос

Рисунок 8 — Аппаратурно-технологическая схема циклического способа брожения

Насос 11 предназначен для оперативного поднятия (накопления) необходимого объема чистой молодой бражки, подкисления ее до 0,7° и накопления биомассы дрожжей во возбраживателе, когда возникает в этом необходимость.

Работа батареи по циклическому способу начинается с периодического или полунепрерывного размножения дрожжей в двух дрожжевых аппаратах 8 и дальнейшего их накопления во взбраживателе 9 до 25−30% от вместимости головного бродильного аппарата батареи. Размножение дрожжей в дрожжевых аппаратах и во возбраживателе продолжается по 14−16 ч. Кислотность сусла в дрожжевых аппаратах 0,9−1,2° и в возбраживателе 0,5−0,7° устанавливается добавлением раствора серной кислоты, редко — в результате молочнокислого брожения. Концентрация дрожжевых клеток за весь период размножения в дрожжевых аппаратах возрастает от 20−25 млн/мл до 80−100 млн/мл.

В дрожжевых аппаратах дрожжи размножаются на сусле, дополнительно осахаренном в течение 40−60 минут, пастеризованном при 75−78°С в течение 20−30 минут и охлажденном; во возбраживатель сусло из нормального сырья поступает из общей магистрали без пастеризации, но подкисленное.

В начале работы батареи головной аппарат одновременно наполняют дрожжами и суслом. Бродящее сусло с дрожжами из него непрерывно последовательно заполняет 2, 3, 4, 5 и 6-й бродильные аппараты примерно за 25−30 ч, после чего приток сусла прекращают и переводят на другую параллельную батарею, а здесь проводят периодическое дображивание сусла при температуре не выше 30єС в течение 32−38 ч. Рекомендуется иметь 2−3 параллельные батареи из 6−7 аппаратов каждая. Сразу после заполнения первой батареи сусло и дрожжи переводят на наполнение второй батареи, пока ее наполняют, заканчивается дображивание сусла в первой батарее. Батарею освобождают от бражки, начиная с концевого аппарата последовательно по направлению к головному. Новый цикл брожения в первой батарее начинают с 7-го аппарата. Вслед за его заполнением сусло с дрожжами перетекает в 6, 5, 4, 3 и 2-й бродильные аппараты после их освобождения, стерилизации и охлаждения. Сусло, загруженное в батарею в обратном направлении, оставляют на дображивание, а приток свежего сусла переводят в такой же концевой аппарат второй батареи и т. д.

В циклическом способе по окончании брожения первая стерилизация осуществляется от головного к концевому, во второй — от концевого к головному аппарату.

При переработке нормального сырья разрешается в качестве производственных маточных дрожжей использовать объемы бродящего сусла (бражки) из первого по потоку бродильного аппарата при концентрации сухих веществ 8−10%. С помощью отдельного насоса 11из 1-го аппарата отбирают во возбраживатель 25−30% молодой бражки, подкисляют его раствором серной кислоты до 0,7 — 0,8° при температуре 23−27єС, сбраживают 6 ч и сливают в головной бродильный аппарат в качестве маточных дрожжей.

Недостаток циклического способа — неодинаковая продолжительность пребывания бражки в отдельных аппаратах батареи: наибольшая — в головных, наименьшая — в концевых, средняя — в остальных сосудах. Эта неоднородность ведет к инфицированию и закисанию бражки, что сопровождается потерями сахаров и снижением выхода спирта.

Для предупреждения инфицирования целесообразно создать две параллельные линии подготовки полупродуктов, в которые входят дробилки солода, баки солодового молока, осахариватель и теплообменник. Обе линии работают одновременно и при отключении одной из них на стерилизацию непрерывность притока сусла в батарею не нарушается. Стерилизацию каждой линии проводят через 24 ч, а линии солодового молока — через 8 ч.

При правильной организации циклического брожения сокращается общая продолжительность процесса на 12−15%, увеличивается съем спирта с 1 м³ бродильных аппаратов до 2,3 дал/сут вместо 2,0 дал/сут при периодическом брожении, сахар выбраживается полнее, несколько улучшаются технологические показатели зрелой бражки, они лучше, чем при периодическом способе, но всегда хуже, чем при непрерывном способе брожения.

1.2.4 Периодическое сбраживание

При периодическом способе брожения все операции от начала до конца проводят в одном аппарате. Приготовленное в осахаривателе сусло охлаждают до 30єС, добавляют засевные дрожжи и выкачивают сусло насосом в каждый бродильный аппарат. При непрерывном способе осахаривания зрелые дрожжи сливают непосредственно в бродильный аппарат. В этом случае в стерилизованный и охлажденный бродильный аппарат сначала вводят 1−2 м³ сусла, затем 6−8% засевных дрожжей от объема аппарата и дополняют его тем же суслом. Сусло с дрожжами оставляют на брожение в течение 72 ч.

Начальная температура сусла («складка») зависит от продолжительности брожения: чем больше продолжительность, тем ниже температура (18−20єС при 72 ч). При недостаточной общей вместимости бродильных аппаратов на отдельных заводах опускают продолжительность брожения 48 ч с начальной температурой 24єС. Во время главного брожения поддерживается температура 29−30єС, в процессе дображивания — 27−28°С. Снижая температуру дображивания, предотвращают нарастание кислотности бражки. При этом нельзя тормозить нуждающееся в повышенных температурах превращение декстринов в моносахара и далее в спирт.

Брожение считают законченным, когда содержание несброженных сахаров (редуцирующих веществ — РВ) в бражке достигает 0,2−0,3 г/100 см³, а видимое и истинное содержание сухих веществ не изменится в течение последних 2−3 ч. Если отсутствует окраска зрелой бражки в йодной пробе, значит, произошло осахаривание растворимого крахмала.

Для мойки бродильных аппаратов удобно пользоваться специальным механическим приспособлением, которое приводится в движение рабочей жидкостью, нагнетаемой в него насосом под давлением до 0,4 МПа. Рабочая жидкость — смешанная с антисептиком перегретая вода — разбрызгивается внутри бродильного аппарата.

В производственном процессе спирта образуется большое количество отходов — послеспиртовой жидкой барды. При её сбросе окружающая среда подвергается загрязнению. Но барда является и ценным питательным продуктом, т.к. именно в ней содержится белок зерна.

Она представляет собою жидкость светло-коричневого цвета, имеет характерный «хлебный» запах, содержит 5−10% сухих веществ. Но в таком виде она не может долго храниться, поэтому используется сушка барды, в результате которой получают сухой кормопродукт (DDGS), широко использующийся в сельском хозяйстве.

Сушка барды осуществляется при помощи выпарных станций. Выпарные станции и производство сухой барды являются неотъемлемой частью биоэтанольного производства (если используется зерновое сырьё), они могут устанавливаться и на территории спиртового завода, который работает на зерне.

В процессе производства барда из станции ректификации (разделения компонентов жидких смесей) поступает на станцию декантации (на основе пресс-фильтров), после чего сухой осадок поступает на станцию, предназначенную для сушки барды, грануляции и упаковки, фильтрат барды поступает на станцию выпаривания. А конденсат из выпарной станции и концентрированный фильтрат барды поступают на поля фильтрации или очистные сооружения.

Для сушки барды вместо выпаривания можно использовать и технологию аэробной микробиологической переработки жидкой фазы, в результате которой получают концентрированные кормовые дрожжи. Такая технология позволяет существенно снизить эксплуатационные затраты за счёт низкой стоимости оборудования.

Полученные в результате сушки барды кормовые дрожжи представляют собой высокоэффективные белковые добавки к кормам, которые используются на многих комбикормовых заводах и сельхозпредприятиях. В кормовых дрожжах содержание белка превышает 42−44%.

Существует и современный, новый способ, позволяющий комплексно решить проблемы переработки барды. Этот способ подразумевает использование известных и уже успешно зарекомендовавших себя технологических приёмов — это разделение твердой и жидкой фазы на центрифугах, на фугате выращивание кормовых дрожжей, сушка продукции при помощи камерных контактных сушилок.

В процессе разработки данной технологии были решены все основные технологические и технические проблемы. В ней оптимизирован состав оборудования, выбраны расы микроорганизмов и подобраны оптимальные технологические режимы.

Разработанная технология подразумевает переработку жидкой барды в ДКК — сухой дрожжевой кормоконцентрат, который представляет собою смесь барды твёрдой фазы с кормовыми дрожжами, выращёнными на основе фугата. Дрожжи в качестве биологически активной добавки вводятся в «кек», это позволяет получать такой готовый кормопродукт, который по усвояемости и биологической ценности значительно превосходит «DDGS», а по питательной ценности и своим свойствам соответствуют кормовым дрожжам 1-ой категории.

Современное биоэтанольное производство предусматривает и одновременное создание комплектных заводов для получения гранулированных сухих кормов на основе спиртовой барды. Такое решение является наиболее выгодным, так как оно основано на использовании высокоэффективного оборудования сушки биомассы.

Анализируя вышеприведенныеданные, вкурсовом проекте выбираем осахаривание с одноступенчатым вакуум-охлаждением, непрерывно-поточный способсбраживания, а также предусматриваем переработку барды в сухой кормопродукт типа DDGS.

1.3 Описание технологической схемы производства

Разваренная масса поступает в паросеператор-выдерживатель (поз.1) отделяется от вторичного пара и охлаждается. Далее масса через плунжерный насос (поз.2) поступает в вакуум-осахариватель (поз.3), куда одновременно насосом (поз.4) из емкости для ферментов (поз.5) поступает Глюкаваморин Г3х. Антисептирование сусла осуществляется за счет поступления формалина из сборника для антисептика (поз.6) и который так же присутствует в ферментных препаратах. Пар, выделившийся в вакуум-осахаривателе, поступает в барометрический конденсатор (поз.7), конденсируется холодной водой. Вакуум создается при помощи водокольцевых насосов (поз.8). Конденсат пара с водой сливается в барометрический сборник (поз.9). Готовое осахаренное сусло через ловушку (поз.10) насосами (поз.11), поступает в теплообменник типа «труба в трубе» (поз.12) для охлаждения. Охлажденное сусло насосами (поз.11) подается на брожение.

Для приготовления дрожжей используется сусло с большим количеством осахаривающего материала, которое периодически откачивается из осахаривателя и по отводной коммуникации поступает в дрожжанки (поз.16). Для приготовления дрожжевого сусла предусмотрена подача в дрожжанки серной кислоты (поз.14), питательных солей (поз.15) и чистой культуры дрожжей из маточника (поз.13).

В процессе производства приготовление дрожжей в дрожжанке ведется на пастеризованном, подкисленном сусле по методу естественно чистой культуры.

Дрожжи, созревшие в первой дрожжанке (поз.16), используются в качестве засевных для других дрожжанок (поз.16), которые должны быть заполнены на85% предварительно пастеризованным, подкисленным и охлажденным суслом. Зрелые дрожжи с помощью насоса (поз.17) поступают в возбраживатель (поз.18), а далее в бродильные чаны (поз. 19, поз. 20), где осуществляется непрерывно-поточный способ сбраживания.

Для осуществления непрерывно-поточного метода брожения с одноступенчатым осахариванием в бродильном отделении необходимо иметь 8 бродильных чанов.

Все бродильные чаны через верхнюю коммуникацию, отводящую диоксид углерода, присоединяются к спиртоловушке (поз.23).

Зрелая бражка из последнего бродильного чана насосом (поз.22) перекачивается в передаточную емкость (поз.21), откуда также насосом (поз.22) подается на брагоректификацию.

Утилизация послеспиртовой барды

Первая стадия. Разделение барды на жидкую и дисперсную фазы (декантерная станция, включающая в себя две декантерные центрифуги).

Барда из брагоректификационного отделения поступает в пескоуловитель (поз.31) для отделения посторонних примесей, после чего подается в емкость с мешалкой (поз.32) для жидкой барды, далее центробежным насосом (поз.33) перекачивается в емкость для усреднения барды (поз.34). После усреднения барда поступает в две декантерных центрифуги (поз.35) для разделения послеспиртовой барды на жидкую (фильтрат) и дисперсную (влажный кэк) фазы. Фильтрат барды поступает в емкость для фильтрата барды (поз.36), из которой насосом для перекачки (поз.37) часть фильтрата барды до 40% возвращается на приготовление замеса варочного отделения спиртового производства, а остальная часть закачивается в теплообменник (поз.38) выпарной линии.

Вторая стадия. Упаривание фильтрата барды до содержания сухих веществ 40% (выпарная линия).

В начале процесса фильтрат влажностью 95,5% насосом (поз.37) подается в пластинчатый теплообменник (поз.38) и подогревается паром до температуры кипения. Далее в выпарном аппарате (поз.39), где теплоносителем является пар из котельной, фильтрат сгущается до влажности 93%, а пар отводится, конденсируется и поступает в котельную. При конденсации пара в выпарном аппарате обеспечивается сгущение фильтрата с дальнейшим отделением паровой фазы в циклоне (поз.40).

Частично обезвоженный фильтрат поступает в выпарной аппарат (поз.30), где обезвоживается вторичным паром из циклона (поз.46) до содержания влаги 88%. Далее фильтрат подается в теплообменник (поз.29) и в процессе циркуляции сгущается до требуемой концентрации (40% по а. с. в.). Затем продукт перекачивается насосом (поз.47) в шнековый транспортер (поз.48), где смешивается с влажным кэком, подаваемым с помощью шнека (поз.49) и подается в роторно-дисковую сушилку (поз.50).

Сепаратор (поз.46) отделяет паровую фазу от фильтрата для дальнейшего ее использования в качестве теплоносителя в выпарном аппарате (поз.29), после чего вторичный пар отводится и конденсируется. Фильтрат барды насосом (поз.41) из циклонного сепаратора поступает в теплообменник (поз.38). Сепаратор (поз.42) отделяет паровую фазу от фильтрата, поступающего из выпарного аппарата (поз.30), отводит на теплообменники (поз.27, 28), где она конденсируется и поступает в емкость (поз.54) для использования в процессе. Из сепаратора (поз.42) фильтрат барды насосом (поз.44) перекачивается в теплообменник (поз.29). Насос (поз.43) отводит конденсат фильтрата на градирню. Из сепаратора (поз.46) фильтрат барды отводится насосом (поз.45) на шнек (поз.48). Вода из емкости для воды охлаждения (поз.53) поступает в теплообменники (поз.27 и 28).

Третья стадия. Сушка барды (роторно-дисковая сушилка).

В роторно-дисковой сушилке (поз.50) продукты первой и второй стадий смешиваются и окончательно сушатся до влажности 10%. Процесс сушки продукта составляет 30 минут. Высушенный продукт поступает в емкость для сухой барды (поз.51) с помощью насоса (поз.52), где охлаждается до температуры окружающей среды, подсушивается, становится твердым и далее поступает на упаковку и в склад готовой продукции.

2. Расчет продуктов спиртового производства

Исходные данные:

1) производительность завода — 3500 дал ректификованного безводного спирта в сутки;

2) очищенное от примесей сырье — рожь (крахмалистость 53%, влажность 14,5%) и тритикале (крахмалистость 52,7%, влажность 14,5%), принимаем переработку зерна в соотношении 1: 1, т. е.50% ржи и 50% тритикале;

3) используемые ферментные препараты — Амилосубтилин Г3х (массовая доля сухих веществ 92%, амилолитическая активность АС 1000 ед/г, расход по АС — 2ед/г условного крахмала) и Глюковамарин Г3х (массовая доля сухих веществ 92%, глюкоамилазная активность ГлС 330ед/г, расход по ГлС — 6,2 ед/г условного крахмала).

Плановый выход спирта из 1 т условного крахмала с учетом технических усовершенствований составит

64,8•0,5+65,5•0,5+0,7=65,85 дал,

где

64,8 — нормативный выход спирта из 1 т условного крахмала ржи по непрерывной схеме, дал;

65,5 — нормативный выход спирта из 1 т условного крахмала тритикале по непрерывной схеме, дал;

0,7 — надбавка к выходу спирта из 1 т переработанного крахмала при замене солода глубинной культурой микроорганизмов, дал.

Крахмал

Определяем общий расход крахмала для получения 100 дал спирта

кг,

где 65,85 — выход спирта из 1 т условного крахмала ржи и тритикале, дал.

Зерно

Определяем расход ржи и тритикале для получения 100 дал спирта

кг,

где 52,85 — условная крахмалистость ржи и тритикале,%.

Замес

Принимаем гидромодуль смеси равный 3.

Определяем расход теплой воды, поступающей на приготовление замеса в смеситель

2873,4•3=8620,2 кг

На приготовление замеса используется отработанная теплая вода от дефлегматора, температура замеса 50−55єС.

Определяем расход ферментного препарата Амилосубтилин Г3х для разжижения замеса в смесителе

кг,

где 2 — единицы АС, требующиеся для разжижения 1 т условного крахмала;

1518,6 — количество условного крахмала, кг;

1000 — амилолитическая активность препарата Амилосубтилин ГЗх, ед/г.

При дозировании препарат разбавляется питьевой водой в соотношении 1: 10, т. е. до 35 л.

Общее количество замеса в смесителе составляет

2873,4+8620,2+35=11 528,68 кг

Содержание сухих веществ в замесе составляет

%,

где 0,92 — содержание сухих веществ в Амилосубтилин ГЗх, в долях единицы.

Теплоемкость замеса, кДж/кг· град, находим по формуле

(1)

где

— удельная теплоемкость сухого вещества зерна (для крахмала равна 1,5 кДж/кг· град);

— удельная теплоемкость воды, которая равна 4,2 кДж/кг· град.

кДж/кг· град

Ферментативная обработка (I-я ступень)

Определяем расход греющего пара давлением 0,6 МПа для нагрева замеса в контактной головке перед аппаратом ферментативной обработкиI ступени от температуры 51до 70,5єС

кг,

где — теплосодержание пара при давлении 0,6 МПа, кДж/кг;

— теплосодержание конденсата пара при температуре 70,5єС, кДж/кг.

Определяем количество массы, выходящей из аппарата ферментативной обработки I ступени

кг

Ферментативно-тепловая обработка (II-ая ступень)

Определяем расход греющего пара давлением 0,6 МПа на нагрев крахмалистой массы в аппарате ферментативной обработкиII ступени от температуры 70,5 до 93єС

кг,

где — теплосодержание конденсата пара при температуре 93єС.

Находим количество крахмалистой массы, выходящей из аппарата ферментативной обработки IIступени

кг

Определяем расход острого греющего пара давлением 0,6 МПа, поступающего в контактную головку, для стерилизации массы при температуре 105єС

кг

Определяем количество стерилизованной массы, выходящей из трубчатого стерилизатора и поступающей в паросепаратор

кг

Находим удельный расход острого греющего пара на ферментативно — тепловую обработку крахмалистой массы (по массе зерна)

%

Вакуум — охлаждение крахмалистой массы до температуры осахаривания

Определяем количество вторичного пара, образующегося в испарителе-осахаривателе при перепаде температуры со 105 до 58єС

кг,

где

— теплота парообразования при 58єС, кДж/кг.

Определяем объем выделяющегося пара в испарителе

м^3,

где — объем 1 кг вторичного пара при температуре 58єС, м³.

Определяем расход воды на конденсатор

кг,

где — теплосодержание пара при 58єС, кДж/кг;

итемпература отходящей и поступающей воды на конденсатор соответственно, єС.

Определяем количество массы в испарителе-осахаривателе

кг

Осахаривание крахмалистой массы

Определяем расход ферментного препарата Глюкаваморин ГЗх для осахаривания крахмалистой массы в испарителе-осахаривателе

кг,

где — единицы глюкоамилазной активности, требующиеся для осахаривания 1 т условного крахмала;

— количество условного крахмала, кг;

— глюкоамилазная активность препарата Глюкаваморин ГЗх, ед/г.

Ферментный препарат Глюкаваморин ГЗх перед применением разводится питьевой водой до объема 300 л.

Всего в испаритель-осахариватель поступает крахмалистой массы и суспензии Глюкаваморина ГЗх

кг

На приготовление производственных дрожжей из испарителя-осахаривателя отбирается 8% сусла, что составляет

кг

Количество сусла с температурой 58єС, поступающего в теплообменник на охлаждение до температуры складки, составляет

кг

Сбраживание сусла

В бродильное отделение поступает:

сусло, охлажденное до температуры складки (24єС) — 10 893,76 кг;

производственные дрожжи — 947,3 кг.

Всего в бродильное отделение поступит (с учетом производственных вод)

кг,

где

— коэффициент, учитывающий объем промывных вод (расход 2,5% по массе продукта).

Выход диоксида углерода (теоретически) составит

кг/100 дал,

где — масса 100 дал безводного спирта, кг;

— выход диоксида углерода по отношению к безводному спирту, кг.

Зрелая бражка

Выход зрелой бражки составит

кг

С учетом водно-спиртовой жидкости из спиртоловушкиколичество зрелой бражки составит

кг

Объем зрелой бражки при плотности 1,012 составит

дм³

Потери спирта с бардой составляют0,015% или 0,2% по спирту. Всего спирта в бражке с учетом потерь будет 100,2 дал или

кг

Концентрация спирта в зрелой бражке с учетом максимальных потерь

%об.

Всего бражки поступит на брагоректификацию с учетом разбавления ее водой при ополаскивании бродильных аппаратов

дм³

Расчет расхода формалина

Норма расхода формалина составляет 25 л на 1000 дал спирта или 2,5 л на 100 дал спирта.

Определяем количество формалина в ферментном препарате Амилосубтилин ГЗх

где 0,1 — концентрация формалина в суспензии Амилосубтилина ГЗх,%.

Определяем количество формалина в ферментном препарате Глюкаваморин ГЗх

где

0,5 — концентрация формалина в суспензии Глюкаваморин ГЗх,%.

Определяем общее количество формалина, вносимого с ферментными препаратами

0,035+1,5=1,535л

При плотности формалина 1,0865кг/дм³ его масса составит

1,535· 1,0865=1,66 кг

Недостающее количество формалина, которое дополнительно должно вноситься в сусло через отдельный сборник формалина

2,5−1,66=0,84 кг

Выход барды

На перегонку поступает 11 667,88 кг бражки крепостью 8,69%об. или 6,78% масс.

Расход пара в бражной колонне принимается 20% по массе бражки, что составит 11 667,88•0,2=2333,58 кг.

Для определения массы водно-спиртовых паров, выходящих из бражной колонны, необходимо учитывать их крепость. Теоретически пары, выходящие из бражной колонны, должны быть равновесны с бражкой, кипящей на верхней тарелке колонны, крепость которой на 1,5−2% выше крепости поступающей бражки. При кипении бражки крепостью 8,69%об. поднимаются пары крепостью 47,15% массовых.

Масса водно-спиртовых паров, выходящих из колонны составит

кг.

Объем барды V_бар, дм³, находим по формуле

V_бар=V_бр+P — V_с/с, (2)

где V_бр — объем бражки, дм³;

Р — расход пара на перегонку;

V_с/с — объем спирта-сырца, дм³.

Объем спирта-сырца составит

V_с/с=1000•100/88=1136,3 дм^3,V_бар=11 530+2333,58 — 1136,3=12 727,28 дм³

Выход барды на 1 дал безводного спирта

дм³

Все полученные данные заносим в таблицу 2.

Таблица 2 — Сводная таблица продуктов спиртового производства

Предлагаемая технология переработки барды в сухой кормопродукт включает три основные стадии:

1) Разделение барды на жидкую и дисперсную фазы (декантерная станция, включающая в себя две декантерные центрифуги);

2) Упаривание фильтрата барды до содержания сухих веществ 40% (выпарная линия);

3) Сушка продуктов 1 и 2 стадий (система сушки барды).

Полученная сухая барда (белково-углеводная кормовая добавка в рационы сельскохозяйственных животных и птицы) охлаждается и в сыпучем состоянии отправляется потребителям (при необходимости упаковывается).

1 стадия Разделение барды на жидкую и дисперсную фазы (декантерная станция, включающая в себя две декантерные центрифуги).

Основные показатели Исходное сырье:

послеспиртовая барда (7,65% по а. с. в.) — 8000 кг в час.

Выход продукта:

фильтрат (4,5% по а. с. в.) — 7040 кг в час;

влажный кэк (32−35% по а. с. в.) — 960 кг в час.

Часть фильтрата барды до 40% (2816 кг) возвращается на приготовление замеса варочного отделения спиртового производства.

2 стадия Упаривание фильтрата барды до содержания сухих веществ 40% (выпарная линия).

Основные показатели Исходное сырье:

фильтрат (4,5% по а. с. в.) — 4224 кг в час;

Выход продукта:

концентрированный фильтрат (35−40% по а. с. в.) — 485 кг в час;

влажный кэк (32−35% по а. с. в.) — 870 кг в час.

Соотношение растворённых и нерастворённых веществ в фильтрате на выпарку должно быть около 0,33.

3 стадия Сушка барды (используется роторно-дисковая сушилка).

Продукты 1 и 2 стадий смешиваются и окончательно сушатся.

Основные показатели Исходное сырье:

усредненная смесь концентрированного фильтрата и влажного кэка (33,6% а. с. в) — 3193 кг в час.

Выход продукта:

сухая барда (не менее 90% по а. с. в.) — 495 кг в час;

влажный кэк (32−35% по а. с. в.) — 870 кг в час.

3. Расчет и подбор технологического оборудования

Паросепаратор — выдерживатель (поз.1) предназначен для отделения пара при выдувании, конструктивно представляет собой выдерживатель уменьшенного объема для выдерживания разваренной массы. Объем рассчитан на выдержку массы в течение 15−20 минут с целью равномерного разваривания сырья.

Объем аппарата, м³, определяем по формуле

V =G· ф/с · 24·ц, (3)

где G — количество разваренной массы, кг;

ф — время пребывания, 20−60 минут;

с — плотность разваренной массы, кг/м³;

ц — коэффициент заполнения, ц = 0,3 — 0,4.

V=17 504· 30/1028·0,4·24=53,2 мі

При круглом сечении аппарата его сечение, м², определяем по формуле

F =р· DІ/4, (4)

где F — сечение аппарата, м²;

D — диаметр паросепаратора-выдерживателя (принимается по технической характеристике), м.

F=3,14· 2,5І/4=5 м²

Принимаем паросепаратор-выдерживатель с техническими характеристиками, указанными в таблице 3.

Таблица 3 — Техническая характеристика паросепаратора-выдерживателя

Насос плунжерный (поз.2, поз.11)

Производительность насоса рассчитываем, исходя из производительности вакуум-осахаривателя по формуле

G=4,0· 0,8·60/30=6,4 мі/ч =106,7 дм³/мин Принимаем насос с техническими характеристиками, указанными в таблице 4.

Таблица 4 — Техническая характеристика вертикального двухплунжерного насоса АНВ-125

Вакуум-осахариватель (поз.3)

Охлаждение разваренной массы с целью интенсификации этого процесса производят под вакуумом. При этом из массы благодаря самоиспарению выделяется пар, на образование которого затрачивается тепло разваренной массы, в результате чего масса охлаждается. Охлаждение массы происходит практически мгновенно, что создает оптимальные и стабильные условия для осахаривания.

Объем осахаривателей при вакуум-охлаждении рассчитывается исходя из времени пребывания в нем массы 5 минут. Отношение высоты к диаметру 1,2−1,25.

Объем осахаривателей первой ступени определяется из расчета пребывания в нем массы 30−60 минут; коэффициент заполнения равен 0,8. Минимальный объем осахаривателя первой ступени 3 м³. Поверхность теплообмена змеевика может быть определена из условия 4 м² на 1 м³ разваренной массы, проходящей за 1 час через осахариватель. Скорость воды в змеевике 0,8 — 1 м/с.

Высота цилиндрической части аппарата принимается равной 0,5 диаметра осахаривателя.

Объем осахаривателя определяем по формуле

V=G· ф/с·ц, (5)

где G — количество разваренной массы, кг;

t — время пребывания массы, ч;

с — плотность массы, кг/мі;

ц — коэффициент заполнения, ц=0,8.

V=17 504· 0,5/1028·0,8 = 10,6 мі,

V_массы = 0,1166· 3500/24= 17 мі/ч Определяем поверхность теплообменника змеевика

F=17· 4/1=68 мІ

Техническая характеристика вакуум-осахаривателя представлена ниже, в таблице 5.

Таблица 5 — Техническая характеристика вакуум-осахаривателя

Насос (поз.4)

Выбираем насос, исходя из объема сборника для ферментных препаратов. Техническая характеристика представлена в таблице 6.

G = 1,6/24=0,067 м³/ч Таблица 6 — Техническая характеристика насоса ОНВ-1

Емкость для ферментов (поз.5)

Принимаем емкость со следующими техническими характеристиками, приведенными в таблице 7.

Таблица 7 — Техническая характеристика емкости для ферментов

Сборник для антисептика (поз.6)

Принимаем емкость для антисептика с учетом суточной потребности в формалине (таблица 8).

Таблица 8 — Техническая характеристика сборника для антисептика

Барометрический конденсатор (поз.7)

При расчете конденсатора определяют его размеры и расход воды. В испарительной камере за счет разряжения, создаваемого конденсатором и вакуум-насосом, разваренная масса мгновенно охлаждается. При этом из массы испаряется некоторое количество воды, которая в виде вторичного пара направляется в конденсатор.

Количество вторичного пара, выделяющегося в испарительной камере, рассчитывается по уравнениям Д = G_м· c · (t_к — t_н) /r — c· t_н, (6)

где

t_к и t_н — начальная и конечная температура среды, ?С;

с — удельная теплоемкость продукта, кДж/кг· ?С;

G_м — количество продукта, кг;

R — скрытая теплота парообразования, кДж/кг.

Д= 17 504· 3,63· (102 — 58) / (2255,2 — 3,63· 58) =1367,3 кг/ч Определяем расход воды на конденсацию пара в конденсаторе, кг, по формуле

W =Д · (i - с_в· t_б) / c_в· (t_б — t₁), (7)

где Д — количество пара, поступающего в конденсатор, кг/ч;

i — теплосодержание пара, кДж/кг;

t₁ — температура поступающей воды,°С;

с_в — удельная теплоемкость воды; с_в = 4,1868 кДж/кг· град;

t_б — температура уходящей из конденсатора воды,°С.

Температуру t_б принимаем ниже температуры поступающего пара в состоянии насыщения на 2−3 град.

W=1367,3· (2604,46 — 4,1868· 55) /4,1868· (55 — 20) = 22 153 кг Удельный расход воды, кг/кг, определяем по формуле

g =W/Д, (8)

g=22 153/1367,3=16,2 кг/кг Количество несконденсировавшихся газов, кг/ч, определяем по эмпирической формуле ДТ = 0,25· W + 0,8 025· Д (9)

ДТ =0,25· 22 153+0,8 025·1367,3=11,5 кг/ч Температуру несконденсировавшихся газов, єС, определяем по эмпирической формуле

t₂ = 0,9 · t₁ + 0,1· t_б + 4 (10)

t₂=0,9· 20+0,1·55+4=27,5 ?С Диаметр конденсатора, м, определяем из уравнения расхода пара Д · V_п= р· dІ/4· W_п· ц; (11)

где Д — расход пара через сечение конденсатора, кг/с;

V_п — удельный объем сухого насыщенного пара, м³/кг при температуре насыщения, соответствующей разрежению 80−81кг/м²;

W_п — допустимая скорость пара в конденсаторе, принимается равной 35−55м/с;

ц — коэффициент, учитывающий свободное сечение конденсатора для прохода пара, принимается 0,3−0,33.

==0,92 м Количество полок в конденсаторе принимаем равным 6, расстояние между полками определяем как 0,4, тогда общая высота конденсатора составит по формуле Н = 0,4 · d · (n — 1) + h1 + h2, (12)

где n — число полокконденсатора, шт.;

h1 — расстояние от верхней полки до верхнего днища, м (h1 = 0,7м);

h2 — расстояние от нижнего днища до нижней полки, м (h2 = 0,4м).

Н=0,4· 0,92 (6−1) +0,7+0,4=2,94 м Диаметр барометрической трубы определяем исходя из скорости движения в ней воды W_б =1м/с по формуле

Dв= (13)

Dв =2,88 м Общую высоту барометрической трубы, м, определяем по формуле Н_б = Н₀ + Н₁, (14)

где Н₀ — высота столба воды, соответствующая создаваемому в конденсаторе разряжению, м;

Н1 — часть высоты барометрической трубы, складывающаяся из высоты на возможные колебания уровня, высоты напора для преодоления гидравлических сопротивлений, высоты трубы, погруженной под уровень в сборнике воды, м; Н₁ = 1,7 — 1,9 м.

Н₀ = 10,33· b/760, (15)

где b — разряжение в конденсаторе, Па;

H₀ =10,33· 735,9/760=10 м,

H_б =10+1,8=11,8 м Техническая характеристика барометрического конденсатора указана в таблице 9.

Таблица 9 — Техническая характеристика конденсатора IиII ступеней

Насос водокольцевой (поз.8)

Принимаем водокольцевой насос, исходя из количества воды, требуемой для конденсации пара в конденсаторе, и который обладает положительными качествами поршневых и центробежных насосов, отличается компактностью, простотой конструкции.

G = 22 153/1000· 60= 0,369 м³/мин Техническая характеристика водокольцевого насоса ВВН-2 представлена в таблице 10.

Таблица 10 — Техническая характеристика насоса водокольцевого марки ВВН-2

Сборник для барометрической воды (поз.9) рассчитывается на такой объем, который вмещал бы двойное количество воды, находящейся в барометрической трубе.

Принимаем сборник с техническими характеристиками, указанными в таблице 11.

Таблица 11 — Техническая характеристика сборника барометрической воды

Ловушка (поз.10)

Принимаем ловушку с техническими характеристиками, указанными в таблице 12.

Таблица 12 — Техническая характеристика ловушки

Теплообменник типа «труба в трубе» (поз.12)

Осахаренная масса охлаждается в теплообменнике типа «труба в трубе». По внутренней трубе движется масса по кольцевому сечению, между внутренней и наружной трубами движется вода. Движение массы и воды противоточные. Задачей расчета является определение охлаждающей воды и поверхности охлаждения.

Количество тепла, отводимого от охлаждаемой массы, Вт, определяем по формуле

Q = G_м· c_м· (t₁ — t₂) /3600, (16)

где

G_м — количество массы, кг/ч;

с_м — удельная теплоемкость массы, кДж/кг· град;

t₁ и t₂ — начальная и конечная температура массы, єС.

Q=16 522,2· 3,63· (58−30) /3600=466,5 Вт Расход охлаждающей воды определяем по формуле

W =Q/ (t'₂ — t'₁) · c', (17)

где t'₂ — температура воды, уходящей из теплообменника, єС; принимается температура на 10−15єС ниже температуры массы, поступающей на охлаждение;

t'₁ — температура воды, поступающей на охлаждение, єС; принимается температура на 5 єС ниже температуры, с которой масса уходит из теплообменника, температура массы после охлаждения равна температуре «складки»;

с' - удельная теплоемкость воды, с'= 4,1868 кДж/кг· град;

W=466,5/4,1868 (48−25) =4,85 кг/с Поверхность охлаждения теплообменника, м², определяем по формуле

F = Q/ к· Дt, (18)

где Q — тепловая нагрузка на теплообменник, Вт;

к — коэффициент теплопередачи, Вт/м²· град;

Дt — средняя разность температур при противоточном движении массы и охлаждающей воды, єС.

Дt = (Дt_{н -} Дt_к) /2,3 lg,

Дt= (28−23) /2,3lg28/23=5/0, 196=25,5 єС Коэффициент теплопередачи от массы к воде, Вт/мІ· град, определяем по формуле к =, (19)

где б1 — коэффициент теплоотдачи от массы к стенке внутренней трубы, Вт/м² · град;

б2 — коэффициент теплоотдачи от стенки внутренней трубы к охлаждающей воде, Вт/м²· град;

л — коэффициент теплопроводности материала труб теплообменника (для стали 58), Вт/м²· град;

д — толщина стенки трубы, м (д = 0,004м).

Критерий Рейнольдса для массы, протекающей по внутренней трубе, определяем по формуле

Re =w· d /н, (20)

где d — внутренний диаметр трубы, по которой течет масса, м;

w — скорость течения массы по трубе, м/с;

н — коэффициент кинематической вязкости массы, м· с/м².

Re =0,081· 0,18/0,7·=20 828,6

W=4· V_м/3600·1024·2р·dІ=4·6931,2/3600·1024·2·3,14·0,081І=0,18 м/с Критерий Нуссельта определяем по формуле

Nu==0,008· =3,16,где Pr=м· l/л=0,7·/2,4=0,001 Вт/м· К, л=0,3· =0,3·=2,4 Вт/м· К, М=1/ (0, 19/М1+0,81/М2) =1/ (0, 19/342+0,81/18) =21,9

где С_{м -} теплоемкость массы, равная 3,64 кДж/кг· К;

с — плотность, кг/мі,

М — средняя молекулярная масса жидкости, М1 и М2 — молекулярные массы мальтозы и воды.

= 410,32

Re=w· dэ·с/м=72 411,4

dэ== (0,18І - 0,089І) /0,089=0,275 м, где dн — наружный диаметр внутренней трубы, м;

D — внутренний диаметр наружной трубы, м;

Dэ — эквивалентный диаметр кольцевого сечения трубы теплообменника, м.

Тогда К= Вт/мІ· град Техническая характеристика теплообменника (при одноступенчатом вакуум-охлаждении) указана в таблице 13.

Таблица 13 — Техническая характеристика теплообменника «труба в трубе»

Маточник для размножения посевной культуры дрожжей (поз.13)

Маточник предназначен для выращивания чистой культуры дрожжей, применяемых при сбраживании сусла. Объем маточника принимают равным 20% от объема дрожжанки. Устанавливают в дрожжевом отделении.

Аппарат цилиндрической формы со съемной эллиптической крышкой и приваренным эллиптическим днищем. Снабжен рубашкой, в которую подается пар при стерилизации сусла и вода для последующего охлаждения сусла. В верхней крышке предусмотрен люк диаметром 500 мм. Снабжен патрубками и гильзами, необходимыми для ввода и отвода сред, участвующих в процессе, и установки приборов контроля за параметрами.

Маточник изготавливается в виде цилиндра с соотношением диаметра к высоте 1:

1. Рабочий объем при коэффициенте заполнения 0,7 должен составлять1−1,5% от объема среды в головном бродильном аппарате.

Таблица 14 — Техническая характеристика маточника для размножения дрожжей

Принимаем диаметр маточника 600 мм, тогда высота цилиндрической части маточника будет равна

1,4· D=600·1,4=840мм высота конусной крышки

0,1· D=0,1·600=60мм высота конусного днища

0,14· D=0,14·600=84 мм Общая высота маточника равна

840+60+84=984мм Сборник серной кислоты (поз.14)

Сборник серной кислоты, используемой для подкисления сред в бродильном отделении, имеет цилиндроконическую форму и снабжен плоской крышкой. Для замера дозируемой среды установлен указатель уровня, к которому при монтаже аппарата крепится рейка с делениями. Аппарат снабжен патрубками для ввода кислоты и отвода воздуха из нее.

Таблица 15 — Техническая характеристика сборника серной кислоты

Сборник питательных солей (поз.15)

Принимаем сборник с техническими характеристиками, указанными в таблице 16.

Таблица 16 — Техническая характеристика сборника питательных солей

Дрожжанка (поз.16)

Предназначена для размножения дрожжей, передаваемых затем в возбраживатель. Рабочая часть аппарата имеет змеевик, который используется для подачи в него греющего пара при стерилизации среды с последующей подачей воды для охлаждения стерилизованного сусла. Аппарат снабжен штуцерами для подвода и отвода сред, участвующих в процессе работы.

Общий объем аппарата принимается равным 25−30% объема дрожжегенератора. Конструктивные решения дрожжевого аппарата рассчитываются, исходя из соотношения диаметра к высоте 1: 1,25. Степень заполнения аппарата — 0,65.

Таблица 17 — Техническая характеристика дрожжанки

Насос для перекачивания дрожжей (поз.17)

Принимаем к установке насос с техническими характеристиками, указанными в таблице 18.

Таблица 18 — Техническая характеристика насоса для дрожжей

Возбраживатель (поз.18)

В возбраживателе протекает накопление большой массы производственных дрожжей до 50% объема бродильного чана.

Аппарат должен иметь объем, равный 40% от объема головного бродильного аппарата. Высота цилиндрической части дрожжегенератора принимается в 1,2 раза больше его диаметра, степень заполнения аппарата — 0,8.

Таблица 19 — Техническая характеристика возбраживателя

Высота цилиндрической части возбраживателя

1,4· D=3700·1,4=5180мм Высота конусной крышки

0,1· D=0,1·3700=370мм Высота конусного днища

0,14· D = 0,14· 3700 = 518 мм Общая высота возбраживателя равна

5180+370+518 = 6068 мм Расчет бродильных чанов (поз. 19, поз. 20)

Из расчета продуктов следует, что в сутки на сбраживание поступает осахаренной массы 396 532,8 кг или 387,3 м³_.

Определяем количество сусла, м^3, проходящего через бродильные чаны за 1 цикл брожения (62 часа) Находим потребный объем чана, м³

где 0,85 — коэффициент заполнения чана.

Геометрический объем бродильного чана цилиндрической формы с конической крышкой и днищем, м³, определяем по формуле

(21)

где Н — высота цилиндрической части чана, м;

h_{1 -} высота конусной крышки, м;

h₂ — высота конусного днища, м;

D — диаметр чана, м.

;

Определяем высоту цилиндрической части чана Общая высота чана составляет Высота головных бродильных чанов на 1 м выше остальных.

Площадь поверхности чана определяем по формуле

(22)

где — площадь поверхностных фасонных частей на чане, м².

Тепло, которое нужно отвести в 1 секунду через поверхность охлаждения, Дж, определяем по формуле

(23)

где — тепло выделяемое в период интенсивного брожения (1 час), Вт;

— потери тепла в окружающую среду стенками чана, Вт;

— потери тепла за счет испарения и уноса СО₂ и парами спирта, Вт, составляют 6−8% от общего количества тепла, выделяющегося при брожении.

где х — количество сахара, сбраживаемого при интенсивном брожении, % (х=1);

170,5 — тепло, выделяющееся при сбраживании 1 кг мальтозы, Вт.

— количество бродящей массы, кг.

где — количество осахаренной массы, м³;

— продолжительность брожения, ч (=62 ч);

— плотность сусла, кг/м³ (=1024 кг/м³);

— число чанов в батарее; =10.

кг, Вт Потери тепла в окружающую среду через стенки чана определяем по формуле

(24)

где — температура наружной поверхности стенки чана,° С,=27° С;

— температура воздуха в бродильном отделении,° С, =15° С;

— суммарный коэффициент теплопередачи, Вт/ (м²· К).

Вт/ (м²· К),

Вт Потери тепла за счет испарения определяем по формуле

(25)

Вт Тогда Вт Принимаем, что в период интенсивного брожения температура бражки равна 29 °C. Температура холодной воды t₁=10°С, температура выходящей воды из холодильника на 8 °C ниже температуры бражки, т. е. t₂ = 29−8=21°С.

В этих условиях наибольшую и наименьшую разности температур найдем по схеме 29° С бражка 29° С 21° С вода 10° С? t_м=8° С? t_б=19° С Так как? t_б/?t_м=19/8=2,38>2° С, определяем? tпо формуле

?t =?t_б — ?t_м/ (2,31lg· ?t_б/?t_м), (26)

?t =19 — 8/ (2,31lg· 19/8) =12,8° С Коэффициент теплопередачи К для змеевиков бродильных чанов принимается равным 470−500 Вт/ (м²· К).

Тогда площадь поверхности охлаждения змеевика, м², определяем по формуле м² (27)

Следует учитывать, что площадь поверхности охлаждения змеевика на 1 м³ вместимости чана должна быть не менее 0,25 м².

Общую длину труб змеевика, мм, определяем по формуле

(28)

где — средний диаметр стальных труб, м.

Он равен половине суммы их внутреннего и наружного диаметров

м

м Определяем длину одного витка змеевика, м, по формуле

=м, (29)

где — внутренний диаметр витка змеевика, м; =3,1 м;

— шаг витка, м; =0,25 м.

Число витков в змеевике определяем по формуле

(30)

Расход охлаждающей воды, кг/с, определяем по формуле

(31)

где — удельная теплоемкость воды, Дж/ (кг· К); =4187 Дж/ (кг· К).

кг/с Таблица 20 — Техническая характеристика бродильного чана

Передаточная емкость (поз.21)

К установке принимаем передаточную емкость согласно позиции 20.

Насос для бражки (поз.22)

Выбираем насос для бражки, исходя из объема зрелой бражки, выходящей из бродильных чанов.

Техническая характеристика насоса для бражки указана в таблице 21.

Таблица 21 — Техническая характеристика насоса для бражки 5Ф12

Спиртоловушка (поз.23)

Для улавливания паров и капель спирта, уносимых из бродильных чанов диоксидом углерода, используют спиртоловушки.

Более эффективна спиртоловушка пленочно-конденсационного типа, она работает по принципу двухфазной абсорбции паров спирта:

1) абсорбцией тонкой пленкой воды из охлаждаемого газа, движущегося навстречу стекающей пленке,

2) окончательной абсорбции капельной жидкостью, протекающей через ситчатые тарелки, а также вспененной водой на этих тарелках.

При таком режиме практически улавливается весь спирт из газов брожения и удается получить крепость выходящей из ловушки водно — спиртовой смеси до 5−7% об.

Таблица 22 — Техническая характеристика спиртоловушки

Установка для механизированной мойки и дезинфекции (поз.24,25,26)

Техническая характеристика установки механизированной мойки и дезинфекции РЗ-ВМТ указана в таблице 23.

Таблица 23 — Техническая характеристика установки для механизированной мойки и дезинфекции

Производительность пескоуловителя (поз.31) находим по формуле л/с Таблица 24 — Техническая характеристика тангенсальной песколовки

Емкость для жидкой барды (поз.32) рассчитываем исходя из максимального суточного расхода. Вместимость данной емкости будет равна

м³

Радиус емкости для жидкой барды рассчитываем по формуле

м Следовательно, диаметр емкости равен 2,4 метра.

Принимаем насос центробежный (поз.33) для перекачки жидкой барды марки SBL 80−50−250A.

Усредняющую емкость (поз.34) рассчитываем исходя из максимального суточного расхода. Вместимость данной емкости будет равна

м³

Радиус емкости для жидкой барды рассчитываем по формуле

м Следовательно, диаметр емкости равен 2,4 метра.

Декантер (поз.35)

Принимаем к установке две декантерных центрифуги маркиD4LС.

Таблица 25 — Техническая характеристика декантерной центрифуги D4LC

Объем емкости для фильтрата барды (поз.36) рассчитываем аналогичным образом

м³

м Диаметр емкости равен 1,7 метров.

Насос питающий (поз.37, поз.52)

Таблица 26 — Техническая характеристика насоса питающего центробежного марки SBL 80−50−250A

Теплообменник (поз.38)

К установке принимаем теплообменник марки М10МFМ.

Таблица 27 — Техническая характеристика теплообменника M10MFM

Испаритель первой ступени (поз.39)

К установке принимаем испаритель марки ЕС350 площадью 145 м².

Циклонный сепаратор (поз.40)

Таблица 28 — Техническая характеристика сепаратора

Насос (поз.41)

К установке принимаем центробежный насос первой ступени марки SBL 80−50−200.

Таблица 29 — Техническая характеристика насоса центробежного первой ступени марки SBL 80−50−200

Циклонный сепаратор (поз.42)

Таблица 30 — Техническая характеристика сепаратора

Принимаем к установке насос центробежный марки SBЕ 65−40−315 (поз.43) с техническими характеристиками, указанными в таблице 31.

Таблица 31 — Техническая характеристика насоса центробежного марки SBЕ 65−40−315

Таблица 32 — Техническая характеристика центробежного насоса циркуляции марки SBХ6−25 (поз.44)

Таблица 33 — Техническая характеристика центробежного насоса питающего марки SBL 50−32−250A (поз.45)

Таблица 34 — Техническая характеристика циклонного сепаратора (поз.46)

Таблица 35 — Техническая характеристика насоса центробежного марки SBL 150−125−315A (поз.47)

Таблица 36 — Техническая характеристика шнека (транспортер для влажного кэка) (поз.48)

Таблица 37 — Техническая характеристика шнека (поз.49)

Таблица 38 — Технические данные паровой роторно-дисковой сушилки PGJ — 300B (поз.50)

Объем емкости для сухой барды (поз.51) рассчитываем по формуле

(32)

где — часовая потребность в определенном сырье, кг;

с — плотность соответствующего продукта, кг/м³.

м³

Зная объем емкости, можно найти ее радиус по формуле

(33)

где r — радиус емкости, м;

V — объем емкости, м³;

h — высота емкости, м. Принимаем высоту емкости 1 метр.

=0,5 м Диаметр емкости равен 1 м.

Емкость для воды охлаждения (поз.53) рассчитываем по формуле

м^3, м Диаметр емкости равен 1,1 метра.

Емкость для конденсата фильтрата (поз.54) рассчитываем по формуле м³

м Диаметр емкости равен 1,8 метра.

Выбираем теплообменник — конденсатор марки АК20-FM (поз.27), площадью 59 м². Теплообменник — конденсатор марки М6-МFM (поз.28), площадью 6 м².

Для охлаждения барды до температуры окружающей среды используем охладитель барды (поз.29).

Таблица 39 — Техническая характеристика охладителя

Выбираем испаритель третьей ступени марки ЕС500 (поз.30), площадью 277 м².

4. Расчет расхода воды, пара и электроэнергии

4.1 Расчет расхода воды

Таблица 40 — Количество потребляемой воды

Вода потребляется на охлаждение пастеризованного сусла, сбраживаемой среды в бродильных аппаратах, на мойку бродильных аппаратов и абсорбцию паров спирта из газов брожения.

Расход воды на охлаждение сусла от 85 °C до 30 °C (при начальной температуре воды 10°С) в дрожжанке по нормам технических характеристик равен 9,5 м³/ч. Следовательно расход воды для трех дрожжанок составляет — 9,5· 3 = 28,5 м³/ч.

Расход воды на охлаждение сусла от 85 °C до 30 °C при начальной температуре воды 10 °C в маточнике по нормам технических характеристик — 1,9 м³/ч.

Расход охлаждающей воды в возбраживателе при начальной температуре воды 10 °C по нормам технических характеристик — 9,3 м³/ч.

Расход воды на охлаждение бродильного чана равен 1,52кг/с, для батареи бродильных чанов — 1,52· 8 = 12,16 кг/с. Головные чаны промывают и стерилизуют паром через каждые 48−60 ч, а остальные чаны по очереди через каждые 65−75ч.

Расход воды для абсорбции паров спирта из газов брожения в спиртоловушке составляет от 10 до 50 л/ч. Расход воды на мойку оборудования 2,5 м³/ч (t=60° С). Расход воды на мойку полов составляет 2 л на 1 м² (t=60°С).

Для укрупненных расчетов при системе с последовательным водоиспользованием может быть принят следующий расход воды на 1000 дал спирта, определенный по среднегодовым нормам (м³): при переработке зернового сырья — 1462, в том числе питьевой — 442.

Коэффициент среднегодовой нормы составляет для зернового сырья 1,39 летом и 0,77 зимой.

4.2 Расчет расхода пара

Таблица 41 — Количество потребляемого пара

В дрожжебродильном отделении пар расходуется на пастеризацию сусла в аппаратах для размножения посевных дрожжей и профилактическую стерилизацию бродильной аппаратуры.

Расход пара при стерилизации сусла от 30 °C до 85 °C в маточнике по нормам технических характеристик составляет 82,4 кг. Допустимое давление пара при стерилизации в аппарате составляет 0, 196 МПа.

Расход пара на стерилизацию дрожжанок по нормам технических характеристик составляет 488 кг. Следовательно, при стерилизации трех дрожжанок — 1464 кг. Допустимое давление пара при стерилизации массы 0,25 МПа.

Обычно расход пара при пропаривании бродильных чанов в течение 30 минут составляет 10−12 кг на 1 м³объема чана. Следовательно, расход пара на стерилизацию бродильного чана равен: 10· 140=1400 кг, а на 8 бродильных чанов — 11 200 кг. Общий расход пара на стерилизацию бродильной батареи увеличивают на 20% с учетом расхода пара на стерилизацию трубопроводов и насосов.

4.3 Расчет потребляемой электроэнергии

Для укрупненных расчетов можно пользоваться следующими ориентировочными показателями расхода энергоресурсов на 1000 дал спирта-ректификата высшей очистки:

электрическая энергия — 1700−1900 кВт•ч;

тепловая энергия — 2,7−2,9 кДж.

Рассчитаем энергетическую и силовую нагрузку. Результаты оформлены в таблице 42.

Таблица 42 — Энергетическая и силовая нагрузка

5. Учет и контроль производства

При брожении имеют место потери как сбраживаемых углеводов, так и образовавшегося спирта.

Потери углеводов складываются из:

а) неизбежных потерь — расхода сахара на синтез биомассы дрожжей и образование побочных продуктов;

б) потерь с несброженными углеводами (нерастворимым крахмалом, декстринами, олигосахаридами);

в) потерь от нарастания кислотности при брожении.

Потери спирта происходят при удалении из бродильного чана диоксида углерода, образующегося в процессе брожения.

Расход сбраживаемых углеводов на синтез биомассы дрожжей принимают равным 1,5%, на образование побочных продуктов брожения — 2,5%, т. е.4% от всех сбраживаемых углеводов, введенных в процесс производства спирта.

Потери с несброженными углеводами вследствие наброда велики. Объясняется это тем, что все отклонения от нормального режима на предыдущих стадиях технологического процесса сказываются именно на этом виде потерь.

Содержание несброженных углеводов в зрелой бражке при переработке крахмалосодержащего сырья не должно превышать 0,45 г/100 см³, что составляет 3,46% по отношению к введенному количеству сбраживаемых углеводов.

При нормальном технологическом процессе нарастание кислотности в бражке не должно превышать 0,2° при производстве спирта из крахмалосодержащего сырья. Нарастание кислотности определяется как разность между величинами градусов кислотности бражки и смеси сусла с производственными дрожжами.

Кислотность смеси сусла с дрожжами подсчитывается как средневзвешенная величина кислотности сусла и дрожжей.

Один градус кислотности соответствует расходу 1 см³ нормального раствора гидроксида натрия, который идет на нейтрализацию кислот, содержащихся в 20 см³ фильтрата бражки.

Если считать, что нарастание кислотности обуславливается образованием молочной кислоты, то при повышении кислотности на один градус в 100 см³ бражки образуется 0,45 г молочной кислоты. На образование 0,45 г молочной кислоты затрачивается 0,45 г глюкозы. При нарастании кислотности на 0,2° расход сахара составит 0,09 г и тогда потери всех введенных с суслом углеводов будут равны 0,623%.

В процессе брожения с диоксидом углерода из бродильного чана уносится 0,6% спирта от всего его количества, образующегося в бражке.93% этого количества улавливается в спиртоловушках и утилизируется, а 7% теряется безвозвратно.

От всего количества спирта потери составляют 0,042% или в пересчете на углеводы сырья 0,039%.

С диоксидом углерода из бродильного чана уносится до 0,6% спирта от всего количества, образовавшегося в бражке. На это количество затрачивается 0,55% сбраживаемых углеводов от всего их количества, введенного в производство (92,35 — количества углеводов в % от введенных в производство, которое превращается в спирт).

Если весь диоксид углерода из герметизированных бродильных чанов отправлять в спиртоловушки, то с водно-спиртовой жидкостью будет возвращено примерно 93% об. спирта от общего количества, уходящего с газами. При 7% потерь неуловленного с газами брожения спирта будет потеряно 0,037% сбраживаемых углеводов сырья.

Таблица 43 — Потери при нарушении технологического режима

Промежуточными продуктами являются осахаренная масса и бражка.

Пробы полупродуктов отбирают специальными пробоотборниками или через краники. Порядок отбора проб полупродуктов устанавливается в соответствии с требованиями технологической инструкции.

На стадии осахаривания сусло спиртового производства анализируют через каждый час непрерывной работы. Пробы отбирают через специальный кран на суслопроводе после осахаривателя. Отобранное сусло фильтруют через мешочный фильтр из плотной бумажной материи. В фильтрате определяют концентрацию сухих веществ сахаромером или рефрактометром, кислотность (титрованием 20 мл фильтрата 1,0 или 0,1 н раствором гидроксида натрия), полноту осахаривания (визуально после смешивания 1−2 капель сусла на стекле с 1 каплей 0,5% -ного раствора йода).

Таблица 44 — Показатели работы завода

В дрожжевом сусле (сусле с содержанием СВ 17−18% и рН 3,8−4,0, предназначенном для размножения дрожжей) определяются концентрация сухих веществ и кислотность.

В производственных дрожжах (отбродившем дрожжевом сусле, содержание сухих веществ в котором снизилось до 1/3 от первоначального) определяются видимая плотность бражки (по показаниям сахаромера), кислотность и рН, а также количество дрожжевых клеток в 1 мл путем их подсчета под микроскопом в камере Горяева.

Производственные дрожжи контролируют на отсутствие инфекции под микроскопом в одной капле нефильтрованных дрожжей, а также методом счета определяют в них количество мертвых клеток, окрашенных в синий цвет раствором метиленовой сини.

Производственные дрожжи контролируют на содержание в них гликогена, количество которого меняется в зависимости от их возраста и условий питания. Гликоген обнаруживается в клетках на стадии главного брожения. Когда 2/3 сахаров дрожжевого сусла сброжены, гликоген занимает от 1/3 до 2/3 клетки — такие дрожжи считаются зрелыми.

Зрелая бражка является конечным продуктом спиртового производства, показатели которой строго контролируются. По показателям бражки определяют эффективность процесса получения спирта, а также нарушения технологических норм на отдельных стадиях процесса. В зрелой бражке определяют несброженные растворимые углеводы, нерастворенный крахмал, содержание спирта, видимая плотность, кислотность.

Количество спирта в бражке устанавливают по содержанию его в отгонке (8−9% об.) погружным рефрактометром или стеклянным спиртомером, содержание несброженных растворимых углеводов и нерастворенного крахмала определяется колориметрическим антроновым методом.

Схема технохимического контроля представлена в таблице 45.

Таблица 45 — Рациональная схема технохимического контроля спиртового производства

6. Мероприятия по технике безопасности и охране окружающей среды

На спиртовом заводе существует ряд потенциальных опасностей, действие которых при определенных условиях приводит к профессиональным заболеваниям и производственному травматизму. Основные производственные опасности связаны с обслуживанием производственного оборудования.

К оборудованию для осахаривания крахмалосодержащего сырья предъявляются повышенные требования техники безопасности, так как эти процессы протекают при повышенной температуре и давлении, а применение антисептиков для дезинфекции аппаратов и трубопроводов накладывает дополнительные требования.

Необходимо следить за исправностью арматуры предохранительных и обратных клапанов, паровых вентилей и задвижек, контрольно — измерительных приборов и прокладок. Горячие поверхности паросепаратора, паропроводов покрывают теплоизолирующим материалом из расчета, чтобы температура наружной поверхности не превышала 45−50 єС.

Выдерживатель и паросеператор должны быть оборудованы гидравлическим затвором, предохранительным клапаном и манометром; бак-аккумулятор горячей воды — переполнительной и вытяжной трубой для отвода водяных паров из помещения. Бак также целесообразно покрывать термоизоляционным материалом.

Осахариватель, расходные чанки, ловушки, насосы, теплообменники периодически подвергаются дезинфекции паром с применением антисептиков, поэтому необходимо строго следить за состоянием арматуры, своевременно и правильно перекрывать задвижки, отключать пар, воду и электропривод во время мойки и дезинфекции аппаратов.

Все вращающиеся детали насосов и аппаратов должны быть надежно закрыты защитными кожухами, а обслуживающие площадки оборудованы ограждением. Полы должны иметь уклоны к водосточным трапам, а последние закрыты решетками. На рабочих местах должны быть вывешены инструкции по эксплуатации оборудования, инструкции по технике безопасности, а также схема рабочих трубопроводов.

В бродильном и дрожжевом отделениях обслуживающие площадки должны быть металлическими. Они должны располагаться на 1,0−1,15 м ниже верхней отметки цилиндрической части бродильного чана или дрожжегенератора. Площадки и лестничные клетки должны ограждаться перилами высотой не менее 1 м со сплошной обшивкой снизу на высоту не менее 0,15 м. Металлические полы площадок и переходов во избежание скольжения выполняются из рифленой или просечно-вытяжной стали. Полы нижнего этажа — бетонные, покрываются метлахской плиткой и делаются с уклоном для стока промывных вод к канализационным трапам.

Для подкисления дрожжевого сусла применяются серная кислота, а для дезинфекции оборудования — формалин и хлорная известь. При обращении с химикатами следует пользоваться спецодеждой и защитными приспособлениями (фартук, перчатки, очки). Химикаты должны храниться в закрытой таре в изолированном помещении под замком, в количестве не более двухсменной потребности. Тара для химикатов должна быть из коррозионностойких материалов. Подача химикатов в цех должна быть механизирована. В случае расхода небольших количеств химикатов переноска их должна осуществляться с соблюдением специальных правил.

В процессе брожения выделяется углекислый газ, представляющий собой в больших концентрациях сильнотоксичное вещество. Концентрация углекислого газа в помещении не должна превышать 0,5% к объему помещения. Бродильные чаны и дрожжегенераторы должны быть герметизированы и оборудованы предохранительным клапаном и вакуум — прерывателем. Выброс углекислого газа в атмосферу должен быть организованным. На трубопроводе, отводящем углекислый газ в спиртоловушку, перед запорной арматурой устанавливают обратный клапан, препятствующий проникновению углекислого газа в свободный от бражки бродильный чан, в котором могут находиться люди для мойки и осмотра его. Спуск рабочего в бродильный чан или дрожжегенератор допускается только через нижний люк после проверки чана на отсутствие в нем углекислого газа и обязательно в присутствии и под наблюдением второго лица. Верхний люк заваривают металлической крестовиной для невозможности доступа туда человека, и служит он для опускания шланга при мойке чана и для наблюдения за состоянием чана.

При нарушении герметизации во время сгонки бражки, мойки и дезинфекции бродильного чана углекислый газ попадает в помещение цеха и накапливается внизу, так как он тяжелее воздуха. Кроме того, возможно выделение углекислого газа через неплотности в арматуре и газопроводах. Таким образом, возникает необходимость в непрерывном контролировании степени загазованности рабочей зоны бродильного отделения. Практикуемый способ проверки наличие углекислого газа открытым пламенем (свеча, спичка) не является надежным, так как пламя гаснет в воздухе с содержанием 6−12% СО₂.

Бродильное отделение в любом случае при наличии или отсутствии автоматизированной системы предупреждение накопление и удаление углекислого газа должно быть оборудовано приточно-вытяжной вентиляцией. У входа в помещение в удобном месте должны находиться противогазы с длинными гофрированными шлангами для воздушного забора свежего воздуха при работе в загазованном помещении. На рабочем месте следует вывесить инструкции по технике безопасности. Рабочие должны быть обучены правилам пользования защитными средствами и приемом оказания первой доврачебной помощи пострадавшим.

Аварийное состояние в бродильном отделении может возникнуть в случае отключения электроэнергии во всем заводе.

В этом случае необходимо:

отключить все оборудование;

закрыть воду, поступающую на охлаждение чанов.

В случае отключения воды:

перекрыть поступление в бродильное отделение осахаренной массы;

перекрыть воду на охлаждение.

При возникновении ситуаций, которые могут привести к аварии, необходимо остановить работу и сообщить о возникшей ситуации руководителю работы.

В случае возникновения пожара, необходимо сообщить сменному мастеру и дежурному по КПП и вызвать пожарную охрану и приступить к тушению.

Заключение

В данном курсовом проекте изучили процессы осахаривания и брожения для получения сусла спиртового производства из крахмалсодержащего сырья.

Выбрали осахаривание с одноступенчатым вакуум-охлаждением и брожение по непрерывно-поточному способу, как наиболее прогрессивному, предусмотрели переработку барды в сухой кормопродукт.

Установили, что данная схема является наиболее оптимальной для предприятий спиртовой промышленности.

Произвели продуктовый расчет, исходя из задания на проектирование, и подбор технологического оборудования для обеспечения рациональной работы завода. Разработали технологическую схему и проект цеха осахаривания, брожения спиртового завода и переработку барды по данной схеме.

Список использованных источников

1. Бачурин П. Я. Оборудование для производства спирта и спиртопродуктов. — М.: Агропромиздат, 1985. — 343 с.

2. Климовский Д. Н. Технология спирта. — М.: Пищевая промышленность, 1967. — 452 с.

3. Колосков С. П. Оборудование спиртовых заводов. — М.: Пищевая промышленность, 1975. — 295 с.

4. Кретов И. Т. Машины и аппараты пищевых производств — М.: Высшая школа, 2001. — 452 с.

5. Методические указания. Проектирование предприятий отрасли с основами автоматизированного проектирования. — Могилев, 2002. — 30 с.

6. Николаев Л. К. Насосы пищевой промышленности. — М.: Пищевая промышленность, 1972. — 218 с.

7. Общие требования и правила оформления учебных текстовых документов: СТП СМК 4.2.3−01−2011. — Введ. 2011;04−07. — Могилев: Могилевский государственный университет продовольствия, 2011. — 43с.

8. Халаим А. Ф. Оборудование предприятий спиртовой и ликеро-водочной промышленности. — М.: Пищевая промышленность, 1976. — 292с.

9. Яровенко В. Л. Справочник технолога ликеро-водочного производства. — М.: Пищевая промышленность, 1976. — 256с.

10. Яромич Л. П., Цед Е. А. Технология спиртового и ликеро-водочного производств. — Могилев: УО" МГУП", 2009. — 179с.