
- •Основні види сировини
- •Зернові культури
- •Будова зерна
- •Хімічний склад зерна
- •Хімічний склад меляси
- •Мікрофлора меляси
- •Коротка характеристика хімічного складу тростинної та рафінадної меляс
- •Нетрадиційні види сировини
- •Топінамбур
- •Цикорій
- •Молочна сироватка
- •Допоміжні матеріали
- •Кислоти
- •Сірчана кислота
- •Соляна кислота
- •Антисептики та миючі засоби Хлорне вапно
- •Формалін
- •Сульфонол
- •Каустична сода
- •Контрольні питання і завдання
- •Розділ 2
- •Приймання зерна
- •Приймання меляси
- •Зберігання сировини
- •Дихання
- •Зміни хімічного складу сировини
- •Випаровування та поглинання вологи
- •Дія від'ємних температур
- •Вплив мікроорганізмів на зберігання сировини
- •Зберігання зерна
- •Зберігання меляси
- •Контрольні питання і завдання
- •Розділ з
- •Підготовка зерна
- •Повітряно-ситове сепарування
- •Магнітне сепарування
- •Відділення насіння бур'янів
- •Підготовка меляси
- •Підкислення і асептування меляси
- •Стерилізація меляси
- •Змішування меляси з водою
- •Кларифікація мелясних розчинів
- •Контрольні питання і завдання
- •Розділ 4
- •Оцукруючі матеріали
- •Характеристика ферментів загальні поняття про ферменти
- •Механізм дії ферментів
- •Концентрація ферменту
- •Температура
- •Активатори та інгібітори ферментів
- •Оксидоредуктази
- •Трансферази
- •Гідролази
- •Ізомерази
- •Активність ферментів
- •Виробництво солоду
- •Замочування зерна
- •Фізико-хімічні процеси під час замочування зерна
- •Біохімічні процеси при замочуванні зерна
- •Способи замочування зерна
- •Пророщування зерна Теоретичні основи пророщування зерна
- •Морфологічні зміни при пророщуванні зерна
- •Біохімічні зміни в зерні при пророщуванні
- •Хімічні зміни зерна при пророщуванні
- •Оптимізація процесів солодорощення
- •Способи солодорощення
- •Пророщування зерна в пневматичній солодовні
- •Токове солодорощення
- •Витрати зерна на солод
- •Виробництво мікробних ферментних препаратів
- •Продуценти ферментів
- •Контрольні питання і завдання
- •Ємкісна (мічурінська) апаратурно-технологічна схема
- •Трубчаста (мироцька) апаратурно-технологша схема
- •Контрольні питання і завдання
- •Розділ 6 спиртові дріжджі
- •Температура і рН
- •Склад живильного середовища Потреба дріжджів у живильних речовинах
- •Види і джерела живлення
- •Інші фактори
- •Аеробний розпад вуглеводів
- •Молочнокислі бактерії
- •Оцтовокислі бактерії
- •Маслянокислі бактерії
- •Гнилісні бактерії
- •Мікрофлора води та повітря
- •Розділ 7
- •Розділ 8
- •Характеристика дріжджів
- •Приготування чистої культури дріжджів
- •Періодичне культивування
- •Культивування дріжджів у виробництві спирту із меляси
- •Розділ 9 зброджування сусла
- •Періодичний спосіб
- •Безперервно-проточний спосіб
- •Циклічний спосіб
- •Технологічні показники бродіння
- •Порівняльна характеристика способів зброджування
- •Теоретичні основи процесів перегонки і ректифікації
- •Одержання спирту-сирцю
- •Непрямої дії
- •Брагоректифікаційна установка побічно-прямотечійної дії
- •Виділення сивушного масла
- •Одержання технічного спирту
- •Одержання абсолютного спирту
- •Умови безпечної експлуатації ректифікаційних установок
- •Розділ 11
- •Вихід спирту
- •Облік і зберігання спирту
- •Розділ 12
- •Сушка дріжджів
- •Термоліз дріжджів
- •Упарювання мелясної барди
- •Склад газів спиртового бродіння
- •Очистка діоксиду вуглецю від домішок
- •Технологія рідкого дІоксиду вуглецю
- •Розділ 13
- •Характеристика стічних вод
- •Механічні способи
- •Хімічні способи
- •Фізико - хімічні способи
- •Біологічні способи
- •14.1. Використання спирту етилового технічного як органічної сировини
- •14.2. Застосування спирту етилового як моторного палива
- •14.3. Виробництво спирту етилового технічного з нехарчової сировини
- •14.4. Виробництво спирту етилового технічного з вуглеводовм1сної сировини
- •14.5. Брагоректифікаційні установки для виробництва сет з вуглеводовмісної сировини
- •14.6. Дегідратація етилового спирту
- •14.8. Перспективні напрями використання спирту етилового технічного в україні
- •Контрольні питання і завдання
- •Розділ 15
- •15.1 Маловідходні та безвідходні технології
- •15.2 Основні напрями створення мало-та безвідходних технологій
- •15.3 Вторинні енергетичні ресурси та їх раціональне використання
- •15.4 Ресурсо- та енергозберігаюча технологія спиртових бражок
- •15.5 Вплив технологічних параметрів на ефективність дії концентрованих ферментних препаратів
- •15.6 Особливості використання концентрованих
- •Ферментних препаратів у залежності
- •Від технологічної схеми водно-теплової
- •Обробки сировини
- •15.7 Особливості приготування виробничих дріжджів та спиртової бражки
- •15.8 Закордонний досвід комплексної переробки зернової сировини в етиловий спирт
- •15.9 Ресурсо- та енергозберігаюча технологія перегонки та ректифікації спирту
- •15.10 Переробка спиртовмісних вторинних продуктів ректифікації в системі бру мелясних заводів
- •15.11 Виділення етилового спирту з головної фракції, збагаченої метиловим спиртом
- •15.12 Централізована переробка головної фракції етилового спирту
- •15.13 Утилізація концентрату головної фракції
- •15.14 Енергозбереження в процесі перегонки та ректифікації спирту
- •15.15 Брагоректифікацшні установки зі ступеневим використанням теплової енергії
- •15.16 Підвищення теплового потенціалу вторинних енергоресурсів
- •15.17 Енергетична характеристика брагоректифікаційних установок
- •Контрольні питання і завдання
- •Розділ 16
- •Та очистки стічних вод у спиртовій промисловості
- •Актуальні проблеми розділення сумішей за допомогою молекулярних фільтрів у спиртовій промисловості
- •Мембранне газорозділення
- •Мембранна технологія води у спиртовому виробництві
- •Мембранна технологія спирту
- •Контрольні питання і завдання
- •Розділ 17 правила охорони праці на спиртових заводах
- •Основні вимоги з техніки безпеки для апаратника ректифікації спирту, а також для приймальника- здавача та зливальника-розливальника спирту
- •Література
15.6 Особливості використання концентрованих
Ферментних препаратів у залежності
Від технологічної схеми водно-теплової
Обробки сировини
Найбільш розповсюдженими схемами водно-спиртової обробки крохмалевмі-сної сировини є Мічурінська та Чемерська схеми та їх модифікації.
Використання КФП селективної дії дозволяє спрямувати технологічний процес у бік енерго- та ресурсозбереження.
Нарис. 15.1. подана удосконалена Мічурінська схема водно-теплової обробки сировини.
Завдяки
попередньому розрідженню крохмалю
термостабільною
-амілазою
на
стадії приготування замісу створюються
умови повного використання вторинної
пари для нагріву замісу до температури
80...90°
С без можливої
клейстеризації крохмалю.
Попереднє розрідження замісу дозволяє
зменшити температуру розварювання
із 140...
150° С до
120...125°
С та
уповільнити реакцію карамелеутворення.
Переваги використання термостабільної а-амілази є і в значному зменшенні в'язкості замісу, що полегшує подальші технологічні операції. У зв'язку з тим, що під час варки при температурі 120... 125° С фермент повністю інактивується, в оцукрювач потрібно задавати відповідну дозу а-амілази з оптимумом дії при температурі оцукрення.
На рис. 15.2. наведена удосконалена Чемерська схема водно-теплової обробки сировини.
На рис. 15.3. наведена схема механіко-ферментативної обробки (МФО) сировини, яка розроблена в ВНДТ харчової біотехнології. Розробники пропонують приготування замісу разом з додаванням ферментного препарату амілосубтиліну, після чого маса поступає в апарат гідродинамічної і ферментативної обробки (ГДФО) першого ступеня, де витримується при температурі, оптимальній для дії а-амілази -65...70° С протягом 120... 150 хв при постійному перемішуванні, У ГДФО другого ступеня заміс підігрівають вторинною та гострою парою до 80...95° С і витримують при Інтенсивному перемішуванні протягом ЗО...40 хв. З ГДФО другого ступеня маса подається в паро сепаратор. При переробці дефектної сировини або сировини, яка важко розварюється, застосовують більш жорсткий тепловий режим, при цьому масу нагрівають у гостропаровій голівці до температури 105... 120° С і витримують у стерилізаторі, після чого видувають у паросепаратор.
378
379
380
381
За даними розробників така схема зменшує витрати пари на розварювання на 40 %, та втрати зброджуваних речовин на 0,5%.
Слід відзначити, що під час механіко-ферментативної обробки відбувається поступова інактивація амілосубтиліну, особливо в ГДФО другого ступеня, що зменшує ефективність процесу в цілому.
Використання термостабільної а-амілази значно інтенсифікує мехапіко-фср-ментативну обробку.
На рис. 15.4. наведена удосконалена схема механіко-ферментативної обробки сировини з використанням термостабільної а-амілази.
Термостабільна а-амілаза зберігає активність протягом усього процесу, навіть після стерилізації сусла при 105°С. Втрата активності термостабільної а-амілази відбувається тільки на стадії бродіння.
Використання термостабільної а-амілази дозволяє спростити апаратурно-технологічну схему, зменшити ємність апарату при збереженні потужності.
Приготування замісу і МеханІко-фермента- Механіко- Оцукрення
попереднє розріджен- тивна обробка ферментати- t-58...60° C
ня t=50... 60° С першого ступеню вна обробка
t=80...90° C другого
ступеню t=95...105°C Рис. 15.4 Удосконалена схема механіко-ферментативної обробки сировини з
використанням термостабільної а-амізали:
1 - змішувач; 2 - гостропарова головка; 3 - ГДФО першого ступеня; 4 - трубчастий витримувач; 5 - ГДФО другого ступеня; 6 - паросепаратор; 7 - оцукрювач
382
На підставі досліджень, проведених в НУХТ, УкрНДІспиртбіопрод та НВО "Інтермаш" за участю провідних фахівців галузі розроблена енерго- та ресурсо-заощаджуюча технологія спиртових бражок, яка є базовою для спиртових заводів України.
Основу даної технології складають операції, які забезпечують переробку сировини в умовах підвищених концентрацій зернових замісів з використанням ферментних комплексів підсиленої селективної дії з повторним використанням фільтрату барди.
Для скорочення технологічних витрат та зменшення енерговитрат передбачено отримання помелу з високим ступенем дисперсності та однорідності.
На спиртових заводах для подрібнення зерна використовують в основному молоткові дробарки, вальцьові станки, дезінтегратори. Дезінтегратори забезпечують найбільш тонкий помел, однак характеризуються підвищеною витратою електроенергії та вимагають надійного захисту від металевих домішок.
Найбільше розповсюдження знайшли ситові молоткові дробарки. Діаметр отворів сит визначає ступінь помелу та потужність дробарок. Перспективними слід вважати безситові молоткові дробарки з пневматичною рециркуляцією грубих фракцій. Вальцьові станки використовують рідше через складності у відновленні риф-лів на вальцях.
Перавага вальцьових станків у тому, що вони краще подрібнюють крохмалисту частину зерна І гірше клітковину. Це полегшує подальшу фільтрацію барди.
Високодисперсний однорідний помел дозволяє знизити гідромодуль замісу, який визначає об'єм продуктового потоку, концентрацію напівпродуктів, в тому числі концентрацією спирту в зрілій бражці, та технологічні витрати по стадіях технологічного процесу.
Зниження гідромодуля замісу дозволяє одночасно зменшити вихід барди, скоротити витрати на нагрів, охолодження, перекачування напівпродуктів та перегонку спирту з бражки.
Для зменшення в'язкості замісів з підвищеною концентрацією сухих речовин, особливо в інтервалі температур 70...80° С, використовують розріджуючі КФП.
Зменшення в'язкості напівпродуктів знижує експлуатаційні витрати, пов'язані з перемішуванням, перекачуванням, інтенсифікує процеси нагріву, охолодження, запобігає утворенню осаду на поверхнях обладнання.
Зменшенню в'язкості замісів деяким чином сприяє і використання фільтрату барди на стадії приготування замісу.
Використання фільтрату барди, як показали досліди в лабораторних та виробничих умовах, крім зменшення в'язкості заторів та сусла, дозволяє покращити і біологічну активність дріжджів, особливо в умовах дефіциту азотного живлення, викликаного використанням КФП, скоротити технологічні втрати; за рахунок часткового повернення незброджених вуглеводів, зменшення потреб технологічної води, скоротити об'єм барди та витрати на її подальшу переробку.
383
Таким чином, високий ступінь і однорідність помелу, низький гідромодуль при отриманні замісів з частковим використанням фільтрату барди і використанням розріджуючих ферментних препаратів складає основу ресурсо-та енергозберігаючої технології переробки зерна на спирт.
На рис. 15.5 приведена апаратурно-технологічна схема виробництва спиртової бражки з використанням КФП селективної дії та оцукренням сусла в бродильному апараті, яка була впроваджена на Червонослобідському спиртзаводІ. Згідно з цією схемою заміс разом зі всією кількістю термостабільної а-амілази нагрівають при інтенсивному перемішуванні до температури клейстери з ації крохмалю даного виду сировини. Із змішувача частково розріджена маса перекачується спочатку в апарат термоферментативної обробки першого ступеня, де він нагрівається до 80...82° С за рахунок теплоти замісу, який відходить з апарата термоферментативної обробки другого ступеня. Нагрів замісу до температури 90...95° С здійснюється в гостропаровій голівці, яка встановлена на комунікації замісу між апаратами термоферментативної обробки першого і другого ступеня. Розріджена маса, яка виходить з апарата першого ступеня ділиться на два потоки. Перший - у кількості 10-20 % з температурою 85-87° С поступає на приготування виробничих дріжджів, а другий подається в бродильний апарат, куди задається розрахункова кількість оцукрюючого ферменту. Після охолодження розрідженої маси у дріжджанці до температури 58-60° С до неї задається оцукрюючий фермент 10-20 % від його загальної кількості. Залишкова кількість оцукрюючого ферменту задається в бродильний апарат. Зброджування сусла ведуть при температурі 35-37° С, для чого використовують тсрмотолерантні раси дріжджів.
На рис. 15.6 наведена апаратурно-технологічна схема приготування спиртової бражки з додаванням КФП в зони їх найбільш ефективної дії. Подрібнена крохма-левмісна сировина змішується з водою при температурі клейстеризації крохмалю сировини - 65...80° С з одночасною її обробкою термостабільною а-амілазого, яка задається в кількості 70.,.80 % від розрахункового об'єму. Розріджування здійснюється в апараті ферментативної обробки при температурі 82...95° С в залежності від виду сировини та ступеню її подрібнення. До цієї температури заміс нагрівається в гостропаровій голівці.
Для більш ефективного перемішування маси та руйнування клітинної оболонки сировини під час розріджування застосовують ротаційно-пульсаційний апарат.
Остаточне
розріджування крохмалю здійснюється
в оцукрювачІ одночасно з оцукренням
розрідженої маси, для чого в оцукрювач
разом з розрахунковою кількістю
глюкоамІлази задається 20...ЗО
%
більш
дешевої нетермостабільної
-амілази.
Температура
в оцукрювачІ підтримується в межах
58...60°
С.
У таблиці 15.1 наведений термодинамічний аналіз різних схем водно-теплової обробки сировини, проведений з застосуванням ексергетичного методу (див. стор. 448).
Ексергетичний
коефіцієнт
характеризує
внутрішні витрати ексергії в системі.
Корисний ексергетичний коефіцієнт
характеризує
ступінь використання вторинної
енергії, або зовнішні витрати енергії.
-
сумарні витрати ексергії.
3S4
385
386
Таблиця 15.1 Термодинамічний аналіз різних схем водно-теплової обробки
сировини
Схема водно-теплової обробки сировини |
Показники |
Витрата на 1 дал а. а. |
|||||||||
Ле. |
* Л е, |
SD, |
Первинної ексергії, |
Вторинної ексергії, |
Пари, |
Роботи на перемішування |
|||||
кДж |
% |
кДж |
% |
кДж |
% |
кДж |
% |
||||
Класична з використанням солоду |
71,8 |
18,6 |
70,0 |
9912 |
100 |
4923 |
100 |
10,0 |
100 |
17 |
0,17 |
Середньотем-пературне розварювання |
70,0 |
14,4 |
84,1 |
7456 |
75,2 |
2926 |
59,4 |
8,0 |
75,1 |
17 |
0,23 |
Низькотемпературне розварювання |
41,3 |
32,6 |
93,5 |
5311 |
53,6 |
1450 |
29,5 |
5,6 |
51,7 |
188 |
3,5 |
У таблиці 15.2 наведено аналіз енергетичних витрат при класичному та низькотемпературному розварюванні для заводу потужністю 2000 дал спирту на добу
Таблиця 15.2 Порівняльний аналіз енергетичних витрат на водно-теплову обробку сировини для заводу потужністю 2000 дал спирту на добу
Показник |
Високотемпературне розварювання |
Низькотемпературне розварювання |
Кількість маси на варку (кг/г) |
10000 |
10000 |
Температура варки (°С) |
150 |
85 |
Витрати тепла на варку (кДж/г) |
4180000 |
1710000 |
Витрати пари на варку (кг/г) |
1849,6 |
756,6 |
Добова витрата пари на варку (кг/добу) |
44390,4 |
18158,4 |
Добова економія пари на варку (кг/добу) |
|
26232 |
Добова витрата газу на варку (м3/добу) при використанні газу |
4185,6 |
1711,2 |
Добова економія газу на варку (м3/добу) |
|
2474,4 |
Добова витрата мазуту на варку при використанні мазуту (кг/добу) |
3552 |
1452 |
Добова економія мазуту при використанні мазуту на варку (кг/добу) |
— |
2100 |
387
Ресурсе- й енергозберігаюча технологія водно-теплової обробки сировини і приготування сусла з використанням КФП потребує корегування подальшого технологічного процесу приготування спиртової бражки.