36, Особливості технології отримання етанолу. Технологічні принципи.

Існує 2 основних способи отримання етанолу - мікробіологічний (спиртове бродіння) і синтетичний (гідратація етилену).

Сучасна промислова технологія отримання спирту етилового з харчової сировини включає наступні стадії:

Підготовка і подрібнення крохмалистою сировини - зерна (насамперед - жита, пшениці), картоплі, кукурудзи і т. п. Ферментація. Бродіння. Брагоректифікації

Продуктивність сучасного спиртового заводу близько 30000-100000 літрів спирту на добу.

Виробництво спирту складається з трьох основних етапів: 1. Підготовчого – очищення сировини від домішок, приготування солоду або культур цвілевих грибів; 2. Основного – розварювання крохмалистої сировини, оцукрювання крохмалю, зброджування цукрової маси, перегонка бражки і отримання сирого спирту; 3. Завершального – ректифікація.

Етиловий спирт з харчової сировини і деревини отримують по одному і тому принципу шляхом зброджування цукрів під дією ферментів дріжджів.

В основі виробництва етилового спирту із бульб картоплі лежать два біохімічних процеси: – гідроліз (оцукрювання) крохмалю, що міститься в сировині, і зброджування утворюються цукрів на спирт і вуглекислий газ, – фізичний процес розділення рідин по точках кипіння.

Стадії виробництва спирту

Опрацювання картоплі

Полягає у відділенні і видаленні сміття від сировини, миття та дробленні. На транспортування і мийку витрачається 700 - 800% води по вазі сировини.

Тривалість перебування картоплі в мийці – 10-14 хвилин, залишкова забрудненість після мийки - 0,25%.

Транспортування картоплі на стадії опрацювання рекомендується вести наступним обладнанням:

– стрічковими і гвинтовими конвеєрами, – елеваторами, – гідротранспортом.

Розварювання, оцукрювання і охолодження сировини

Водно - теплова обробка сировини на діючих заводах прийнята безперервним способом у агрегатах колонного типу.

Приготування замісу передбачається в змішувачі, в передрозварювальник. У змішувачі підтримується температура 40 - 45 °С - в передрозварювальник - 60 - 65 °С с витримкою замісу 6 - 7 хв. Картопляна кашка нагрівається не вище 45 °С. Режим розварювання картоплі Температура = 138 ° С Тривалість = 40 хв. Оцукрювання прийнято безперервне з одноступеневим вакуум-охолодженням. Перша ступінь охолодження до температури 60 - 62 °С відбувається в випарнику при вакуумі в межах 0,08 - 0,081 МПа. Для оцукрювання крохмалю застосовується солодове молоко або ферментні препарати. Тривалість оцукрювання 15 хв. при температурі 58 - 60 °С. Витрата солодового молока на оцукрювання становить 15 - 16% від маси крохмалю сировини. Другий ступінь охолодження до температури складки 18 - 20 °С виробляється в теплообміннику холодною водою з температурою 10 - 12 °С. В даний час рекомендований до впровадження спосіб механіко-ферментативної обробки крохмалистої сировини на спиртових заводах, що застосовують ферментні препарати взамін солоду. Застосовуються препарати мікробних ферментів: α-амілази і глюкоамілази на стадіях розрідження, оцукрювання і бродіння. В якості цукрувальних матеріалів використовуються рідкі глибинні культури мікроорганізмів - продуцентів амілолітичних ферментів, які вирощуються в ферментних цехах при спиртових заводах по відповідним регламентам.

Обробка крохмалистої сировини Початкова стадія розрідження крохмалю відбувається в змішувачі при температурі 55 - 60 °С за рахунок дії α-амілази ферментного препарату амілосубтіліна.

Подальше розрідження крохмалю виробляється в апаратах гідроферментативної обробки 1 ступеня - ГДФО-1 при температурі 65 - 70 °С. Тривалість витримки - 3 - 4 години.

Інтенсивна клейстеризація крохмалю відбувається в апараті гідроферментативної обробки 2-му ступені ГДФО-2, розділеному на 3 відсіки. Перша секція - температура 68 - 70 °С,  час витримки 15 - 16 хв. Друга секція - температура 72 - 75 °С,  час витримки 15 - 16 хв. Третя секція - температура 85 - 95 °С,  час витримки 15 - 16 хв. Оцукрювання стерилізованої маси відбувається в випарнику, де маса змішується з ферментним препаратом α-амілази – амілосубтіліна.

Приготування дріжджів і зброджування сусла

На спиртових заводах при впровадженні механіко-ферментативного способу обробки крохмалистої сировини процес дріжджегенераціі полягає в розведенні виробничих дріжджів з чистої культури або закладених посівних дріжджів. Зброджування Після підготовки бродильного апарату починається приплив сусла, оцукрованого α-амілазою і одночасно подача зрілих дріжджів. По заповненні бродильного апарату на 20 - 25% спускають всю глюкоамілазу, розраховану на бродильний апарат. Подачу глюкоамілази виробляють у випарник. Потім бродильний апарат заливають суслом повністю і залишають на бродіння. Брагоректифікації та зберігання спирту

Найбільш енергоспоживаючим технологічним процесом в спиртовому виробництві є брагоперегонка та ректифікація спирту. Найбільш ефективні вакуумні брагоректифікаційні установки (БРУ), які дозволяють на 30 - 40 % знизити питомі енерговитрати у порівнянні із типовими установками, що працюють при тиску, близькому до атмосферного. Широкому впровадженню вакуумних БРУ заважає відсутність достовірних даних про поведінку органічних домішок спирту, що формують його якість, при тиску, нижче за атмосферний.

Органічні домішки спирту вилучаються та концентруються, в основному, в епюраційній та спиртовій колонах, а також в додаткових колонах (сивушній, кінцевої очистки та розгінній) при їх наявності. Для покращення якості спирту рекомендовано збільшувати кількість тарілок в колонах БРУ в залежності від конструкції самих тарілок та фізико-хімічних властивостей ключових домішок спирту.

Застосування етанолу

Етанол як розчинник застосовується у харчовій промисловості, парфумерії, фармації, медицині (екстрагування, виготовлення настоянок тощо), у виробництві барвників, пластмас, лаків, політур, в якості антифризу, для синтезу оцтової кислоти, як пальне.

Паливо

Для ракетних двигунів, двигунів внутрішнього згоряння в чистому вигляді.

Застосовується для вироблення високоякісного палива та компоненту бензинів - етил-трет-бутилового ефіру, більш незалежного від викопної органіки.

Хімічна промисловість

Служить сировиною для одержання багатьох хімічних речовин, таких, як ацетальдегід, діетиловий ефір, тетраетилсвинець, оцтова кислота, хлороформ, етилацетат, етилен та ін.

Широко застосовується як розчинник.

Є компонентом антифризу і склоомивачів.

У побутовій хімії етанол застосовується в чистячих і миючих засобах.

Є розчинником для репелентів.

Медицина

як антисептик;

як знезаражувач;

обробка операційного поля або в деяких методиках обробки рук хірурга;

розчинник для лікарських засобів, для приготування настоянок, екстрактів з рослинної сировини та ін;

консервант настоянок і екстрактів;

піногасник при подачі кисню, штучної вентиляції легень;

для фізичної охолодження при лихоманці (для розтирання);

антидот при отруєнні етиленгліколем і метиловим спиртом;

можливе застосування як компонента парентерального харчування (у вигляді 5% розчину) в ослаблених хворих з урахуванням високої енергетичної цінності речовини;

компонент загальної анестезії в ситуації дефіциту медикаментозних засобів.

Парфумерія та косметика

Є універсальним розчинником різних речовин і основним компонентом духів, одеколонів, аерозолів і т. п.

Входить до складу різноманітних засобів, включаючи навіть такі як зубні пасти, шампуні, засоби для душу, і т. д.

Харчова промисловість

Розчинник для харчових ароматизаторів. Застосовується як консервант для хлібобулочних виробів, а також у кондитерській промисловості.

Поряд з водою, є необхідним компонентом спиртних напоїв (горілка, віскі, джин та ін.) Також в невеликих кількостях міститься в ряді напоїв, одержуваних бродінням, але не зараховують до алкогольних (кефір, квас, кумис, безалкогольне пиво та ін.) Вміст етанолу в свіжому кефірі мізерно (0,12%), але при довгому стоянні, особливо в теплому місці, може досягти 1%. У кумисі міститься 1-3% етанолу (в міцному до 4,5%), в квасі - від 0,6 до 2,2%.

Фізіологічна дія етанолу

Наслідки вживання алкоголю ще згубніші, коли людина п'є постійно. Зловживання напоями, що містять етанол (інакше алкоголь), викликає страшне захворювання – алкоголізм. Спирт при тривалій дії на організм людини викликає глибокі порушення нервової, серцево-судинної та травної системи.

Особливо небезпечний алкоголь для молодих людей, бо в організмі, який росте, інтенсивно відбуваються процеси обміну речовин, і він особливо чутливий до його токсичної дії. Тому молоді швидше, ніж дорослі, можуть підірвати здоров'я, захворіти і деградувати як особливість.

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------